机械工程测试技术 第3版 第6章 光电检测技术.ppt

图示为一个线型传感器：1728个光敏二极管作为感光像素位于传感器中央，两侧设置CCD转移寄存器，寄存器上面覆以遮光物奇数号位的光敏二极管的信号电荷移往下侧的寄存器；偶数号位的信号电荷则移往上侧的寄存器再以输出控制栅驱动CCD转移寄存器，把信号电荷经公共输出端，从光敏二极管PD上依次读出固态图像传感器按其像素排列分为线型、面型或圆型等线型：1024、1728、2048、4096像素面型：32×32，100×100，320×244，490×400像素6.3固态图像传感器及其应用6.3固态图像传感器及其应用3.固态图像传感器特点及应用特点工作介质是光线，非接触、远距离测量小型、质轻、高速、高灵敏、高稳定性、高寿命可在危险地点或人不易到达场所测量应用图像检测——照相、摄像、传真、文字识别、图像识别物体检测——有/无、形状、尺寸、位置1）热轧铝板宽度的自动检测热轧铝板宽度自动检测原理图

两个CCD线型传感器1和2分别测知L1、L2，已知Lm可求宽度LCCD传感器3接收反射的激光信号，用于补偿板厚变化造成的测量误差。可在线实时自动测量，测量精度可达板宽（2m）的土0.025％6.3固态图像传感器及其应用（2）二维零件尺寸的在线检测零件在生产线上传输CCD传感器逐行扫过零件的整个面积零件轮廓形状转换成逐行数据进行存储存储的数据经过数据处理后最终可重构出零件的轮廓形状计算出零件的各部分尺寸前提条件是传送带与零件之间有明显的光照对比度6.3固态图像传感器及其应用（3）工件的无损检测利用X光与CCD结合进行焊缝质量检测原理：X光穿透被测件，投射到X光增强器的阴极上；经过X光增强器产生的可见光图像为CCD所摄取，变成视频信号；视频信号经采集板采集并转换为数字信号送入计算机系统。计算机系统将送入的信号数据(含形状、尺寸、均匀性等数据)与原来存储在计算机系统中的数据比较，可检测出被测件相关信息6.3固态图像传感器及其应用6.4光纤传感器测量技术光纤特点信息传输量大灵敏度高、抗干扰性强体积小、可弯曲、极易接近被测对象、可非接触测量耐高压、耐腐蚀测量对象位移、温度、压力、速度、加速度、液面、流量纤芯5~75μm1.光纤结构：纤芯：掺杂二氧化硅，5~75μm包层:纯二氧化硅，100~200μm涂敷层：硅铜，增加机械强度护套：尼龙，保护作用6.4光纤传感器测量技术2.光纤传光原理光线进入光纤后，当射到光纤的内包层界面时，当入射角满足全反射条件，光线将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播。传播途径始终在同一平面内，通常称为子午平面*NA值应该大还是应该小？NA愈大，光纤的集光能力愈强。NA定义为“数值孔径”，它是衡量光纤集光性能的一个主要参数。NA值仅由光纤纤芯与包层的折射率所决定。根据折射定律，可得全反射临界入射角：6.4光纤传感器测量技术3．光纤传感器工作原理及分类（1）光纤传感器工作原理将光源的光经光纤送入调制区内，通过光与被测对象的相互作用，将被测量的信息传递到光纤内的光波中，或将信息加载于光波之上，简称光调制光调制可分为：强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和光谱调制等检测同一物理量可以利用多种光调制技术来实现光的解调过程通常是将载波光携带的信号转换成光的强度变化，然后由光电检测器进行检测。6.4光纤传感器测量技术传光型光纤传感器中，光纤仅作为传播光的介质，对外界信息的“感觉”功能是依靠其他功能元件来完成的传光型光纤是不连续的传感型光纤传感器中，光纤不仅起传光的作用，而且还在外界因素作用下，通过改变其光学特性（如光强、相位、偏振态等）来实现传感的功能。传感器中光纤是连续的（2）光纤传感器分类：传光型（或称非功能型）和传感型（或称功能型）6.4光纤传感器测量技术4.光纤传感器的应用（1）光纤位移传感器光源→发射光纤→被测物体→接收光纤→光电检测→信号调理、处理→输出输出电压与位移在一定范围成线性关系交汇面和距离有关发射光纤接收光纤发射光纤接收光纤可用于非接触式微小位移测量表面粗糙度测量6.4光纤传感器测量技术（2）光纤液位计利用光纤头在空气及水中的折射率不同测量液位；液位调制光强，根据其减弱的幅度获得液位信息。光纤本体的顶端加工成棱镜状光纤的包层剥去一部分，且将裸露部分弯曲成U字形状将微型棱镜安装在光纤的顶部——浸入液体时光强变化大6.4光纤传感器测量技术（3）光纤压力传感器压力传感光