8模块光学量检测下.ppt

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1、2023-11-141机、电类传感器与检测技术项目教程模块八、光学量检测模块八、光学量检测 课件2023-11-142本模块介绍本模块介绍“光学量光学量”的基本概念、的基本概念、各种光各种光电元件电元件，例如：，例如：紫外光电管紫外光电管、光敏电阻光敏电阻、光敏、光敏二极管、二极管、光敏晶体管光敏晶体管、光电池光电池，介绍，介绍各种光电各种光电元件的应用。元件的应用。还介绍了还介绍了光导纤维传感器及其应光导纤维传感器及其应用用。内容简介内容简介今天是：今天是：20232023年年11 11月月1414日星期二日星期二2023-11-143模块八、光学量检测（下）模块八、光学量检测（下）目录目录

2、进入进入进入进入（上）知识链接（上）知识链接 光学量的基本概念光学量的基本概念（上）项目一、光电元件及应用电路（上）项目一、光电元件及应用电路（中、下）项目二、光电传感器的应用（中、下）项目二、光电传感器的应用拓展阅读拓展阅读 光导纤维传感器及应用光导纤维传感器及应用現在時間現在時間是：是：5:415:41进入进入2023-11-144 光幕应用（续）光幕应用（续）高度测量高度测量2023-11-145 光幕应用（续）光幕应用（续）三维尺寸三维尺寸检测检测宽度宽度 测量测量长度长度 测量测量高度高度 测量测量2023-11-146 光幕应用（续）光幕应用（续）木材外形截面积检测木材外形截面积检

3、测2023-11-147 光幕应用（续）光幕应用（续）孔的检测孔的检测2023-11-148 光幕应用（续）光幕应用（续）光幕用于光幕用于自动收费系统的自动收费系统的车辆检测车辆检测2023-11-149 光幕应用（续）光幕应用（续）锻压机床的锻压机床的 安全区域设置安全区域设置 及入侵报警及入侵报警2023-11-1410 光幕应用（续）光幕应用（续）安全区示警安全区示警2023-11-1411 光幕应用（续）光幕应用（续）手的安全区保护手的安全区保护2023-11-1412二、带材的边缘位置宽度的测量二、带材的边缘位置宽度的测量图图8-37 光敏二极管线阵在带材宽度检测中的应用光敏二极管线

4、阵在带材宽度检测中的应用1平行光源（光幕）平行光源（光幕）2狭缝狭缝 3被测钢板带材被测钢板带材 4光敏二极管阵列光敏二极管阵列宽度宽度 L=x0+x3+x42023-11-1413三、光电式带材跑偏检测器三、光电式带材跑偏检测器在带材生产线上在带材生产线上，由于带材横向厚度及由于带材横向厚度及压辊压力不均等原因压辊压力不均等原因，导致带材边缘或纵向导致带材边缘或纵向标志线与加工机械的标志线与加工机械的中心线不平行或不重中心线不平行或不重合，从而发生带材横合，从而发生带材横向运行偏差，称为向运行偏差，称为“跑偏跑偏”。需要以带需要以带材边缘纵向为基准，材边缘纵向为基准，实行边缘位置控制，实行边

5、缘位置控制，称为称为“纠偏纠偏”。光电传感器光电传感器 带材走偏时带材走偏时,边缘经常与传送机械边缘经常与传送机械发生碰撞发生碰撞,易出现卷边易出现卷边,造成废品。造成废品。2023-11-1414图图8-38 光电式边缘位置检测纠偏原理图光电式边缘位置检测纠偏原理图a）原理示意图）原理示意图 b）光电检测装置）光电检测装置 c）测量电路）测量电路1被测被测带材带材 2开卷电动机开卷电动机 3卷取辊卷取辊 4伺服液压缸伺服液压缸 5活塞活塞 6滑台滑台 7光电边缘位置检测传感器光电边缘位置检测传感器 8LED光源光源 9扩束透镜扩束透镜 10平行光束透镜平行光束透镜 11汇聚透镜汇聚透镜 12

6、测量光电池测量光电池 13温度补偿光电池温度补偿光电池 14遮光罩遮光罩 15跑偏指示跑偏指示（见（见下页放大图下页放大图）2023-11-1415带材左偏时，带材左偏时，Uo3如何变化？如何变化？图图8-382023-11-1416 光幕用于纠偏光幕用于纠偏 光幕可检测光幕可检测出出带材在卷曲带材在卷曲过程中的偏移过程中的偏移，经控制器和执经控制器和执行机构使带材行机构使带材向正确的方向向正确的方向运动（纠偏运动（纠偏）。）。2023-11-1417光电式带材跑偏测控系统指标光电式带材跑偏测控系统指标 带钢最大传送速度：带钢最大传送速度：10m/s纠偏最大动态范围：纠偏最大动态范围：100m

7、m纠偏误差：纠偏误差：0.5mm跑偏检测传感器响应时间：跑偏检测传感器响应时间：100s液压比例伺服阀响应时间：液压比例伺服阀响应时间：50ms伺服液压缸最大驱动速度：伺服液压缸最大驱动速度：20mm/s电液伺服最大推力：电液伺服最大推力：6104 N（可按需要配置液压系统）（可按需要配置液压系统）环境工作温度：环境工作温度：-2070 在带钢纠偏装置中，在带钢纠偏装置中，边缘位置检测传感器的位置固定边缘位置检测传感器的位置固定不动不动，开卷机的开卷辊可左右移动开卷机的开卷辊可左右移动。在伺服液压缸的推。在伺服液压缸的推动下，开卷机构（包括减速箱和开卷辊等）动下，开卷机构（包括减速箱和开卷辊等

8、）沿着导轨作沿着导轨作垂直于带材行进方向的纠偏运动垂直于带材行进方向的纠偏运动。2023-11-1418光电式带材跑偏的光电检测装置光电式带材跑偏的光电检测装置.1带材带材 2边缘位置边缘位置 检测传感器检测传感器 3电源及信号电源及信号 线连接座线连接座2023-11-1419带材纠偏系统带材纠偏系统 光电传感器光电传感器带材带材液压伺服系统液压伺服系统2023-11-1420带材纠偏系统（续）带材纠偏系统（续）2023-11-1421拓展阅读拓展阅读 光导纤维传感器及应用光导纤维传感器及应用光导纤维简称光纤光导纤维简称光纤，是，是以特别的工艺拉成的细丝以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细

9、，虽比头发丝还细，却光纤透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有能把光封闭具有能把光封闭在其中并沿轴向进行传播的特征在其中并沿轴向进行传播的特征。目前好的光纤的损耗。目前好的光纤的损耗已优于已优于0.1dB/km。由光源、光纤及接收器组成的传感器称为光纤传感由光源、光纤及接收器组成的传感器称为光纤传感器器。光纤传感。光纤传感器具有抗电磁干扰能力强器具有抗电磁干扰能力强、防雷电击、防、防雷电击、防燃防爆、燃防爆、绝缘性好绝缘性好、柔韧性好、耐高温、重量轻等特点。、柔韧性好、耐高温、重量轻等特点。不存在一次仪表与二次仪表之间接地的麻烦，所以不存在一次仪表与二次仪表之间接地的麻烦，所以特别特别适合在狭小的

10、空间、强电磁干扰和高电压环境或在适合在狭小的空间、强电磁干扰和高电压环境或在潮湿的环境中工作潮湿的环境中工作。下课下课回目录回目录2023-11-1422光的全反射演示光的全反射演示 图图8-41 光纤的损耗光纤的损耗1折射折射 2全反射全反射3散射散射2023-11-1423各种装饰性光导纤维各种装饰性光导纤维 2023-11-1424传导光线用的光导纤维传导光线用的光导纤维2023-11-1425光纤的光纤的拉制拉制2023-11-1426“光导纤光导纤维内窥镜维内窥镜”可实现探头可实现探头360360全方全方位旋转。耐位旋转。耐磨，耐腐蚀，磨，耐腐蚀，探头装有高探头装有高亮度多组亮度多组

11、LEDLED照明光照明光源，可以用源，可以用于管道检测于管道检测或医学检测。或医学检测。2023-11-1427一、光纤的基本概念一、光纤的基本概念当一束光线当一束光线以一定的入射角以一定的入射角1 1从从介质介质1 1射到介质射到介质2 2的分界面上时的分界面上时,一部分一部分能量反射回原介质能量反射回原介质；另一部分能量则另一部分能量则透过分界面透过分界面,在另一介质内传播在另一介质内传播。1.光的全反射光的全反射2023-11-1428光线的在两种介质界面的反射与折射光线的在两种介质界面的反射与折射图图8-39 光线的在两种介质光线的在两种介质界面的反射与折射界面的反射与折射a）1c时的

12、情况时的情况 b）1=c时的情况时的情况 c）1c时的情况时的情况光线沿着水流传导光线沿着水流传导2023-11-1429光的全反射光的全反射当减小入射角时，进入介质当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹的折射光与分界面的夹角将相应减小角将相应减小，就可能将导致折射波只能在介质分界面，就可能将导致折射波只能在介质分界面上传播。对上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角这个极限值时的入射角，定义为临界角c。当入射角小于当入射角小于c时，入射光线将发生全反射时，入射光线将发生全反射。2023-11-1430光纤的结构光纤的结构图图8-40 光纤的结构光纤的结构1纤芯纤芯 2包层包层 3

13、缓冲层缓冲层 4加强层加强层 5PVC外套外套2023-11-1431光纤的结构（续）光纤的结构（续）2023-11-1432多股光纤的结构多股光纤的结构 2023-11-1433光在光在光纤中光纤中的全反射的全反射 2023-11-1434光纤的类型光纤的类型 a）阶跃型）阶跃型 b）梯度型）梯度型 c）单孔型型）单孔型型2023-11-1435光纤的类型（续）光纤的类型（续）阶跃型：阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。称为多模光纤。典型多模光纤：典型多模光纤：50/125um、62.5/125 m（前者为（前者为纤芯直径，后者为纤芯纤芯

14、直径，后者为纤芯+包层直径）包层直径）2023-11-1436 梯度型光纤梯度型光纤梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射即在轴线上折射率最大率最大，离开轴线则逐步降低离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样降低到与包层区一样。2023-11-1437单孔型光纤单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米），单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米），接近于被接近于被传输光波的波长，光以电磁场传输光波的波长，光以电磁场“模模”的原理在纤芯中的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。典型

15、单模光纤直径典型单模光纤直径：9/125m（前者为纤芯直径，后者为纤芯（前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径）包层直径）2023-11-1438与光纤耦合的电光与光电转换器件与光纤耦合的电光与光电转换器件 实现电光转换的元件通常是实现电光转换的元件通常是发光二极管发光二极管或或激光二极管激光二极管。2023-11-1439与光纤耦合的与光纤耦合的“电光电光”与与“光电光电”转换转换器件器件 1 1发射光纤发射光纤 2 2接收光纤接收光纤光纤耦合器光纤耦合器(Coupler)(Coupler)又称分歧器、连接器、适配器、又称分歧器、连接器、适配器、法兰盘法兰盘，用于实现光信号分路用于实现光信号分

16、路/合路，或用于延长光纤合路，或用于延长光纤链路的元件链路的元件，是光纤与光纤，或光纤与光源、接收器之是光纤与光纤，或光纤与光源、接收器之间，进行可拆卸间，进行可拆卸(活动活动)连接的器件连接的器件，能将光路的两个端能将光路的两个端面精密对接起来面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小统造成的影响减到最小。图图8-42 光纤与光发射器及光接收器的配合光纤与光发射器及光接收器的配合2023-11-1440激光二极管的外形激光二极管的外形 激光二极管激光二极管芯片芯片2023-11-1441激光二极管激光二极管与与发光二极管的发光二极管的带宽及带宽及效率比较效率比较单模光单模光纤必须与能纤必须与能发射单一光发射单一光谱的激光二谱的激光二极管配对极管配对，在传导过程在传导过程中的中的发散损发散损耗耗可以较小，可以较小，稳定性较高。稳定性较高。2023-11-1442光纤的损耗光纤的损耗光纤在传输光纤在传输信号的过程中信号的过程中损耗应尽量小