【正文】 2的比值 ,從而進(jìn)一步計(jì)算出被測煙塵的濃度。根據(jù)這種測量原理也可以制作煙霧報(bào)警器 ,以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患。光電開關(guān)可以分為透射型和反射型。反射型光電開關(guān)又分為 2種類型 :反射鏡反射型和被測物體反射型 (散射型 )。散射型安裝最為方便 ,并且可以根據(jù)被檢測物上的黑白標(biāo)記來檢測 ,但散射型的檢測距離較小 ,只有幾百微米。目前 ,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)包裝機(jī)、自動(dòng)灌裝機(jī)和裝配流水線等自動(dòng)化機(jī)械裝中。 圖 3 光電開關(guān) 光電式轉(zhuǎn)速儀 光電式轉(zhuǎn)速儀利用光電式傳感器將旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速變換成相應(yīng)頻率的電信號(hào) ,通過放大整形電路加工成方波信號(hào) ,采用轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率及電路測出方波信號(hào)頻率 ,經(jīng)處理后 ,由顯示器顯示旋轉(zhuǎn)體每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù) ,即轉(zhuǎn)速。與機(jī)械式轉(zhuǎn)速表和接觸式電子轉(zhuǎn)速表相比 ,其可實(shí)現(xiàn)非接觸測量 。由于光電元器件的反應(yīng)速度快 ,動(dòng)態(tài)性較好 。 圖 4 光電式轉(zhuǎn)速儀工作 原理圖 光電式轉(zhuǎn)速儀分為纏繞反射式和直射式 2種。用金屬箔或反射紙纏繞在轉(zhuǎn)軸上 ,貼出一圈黑白相間的反射面 ,光源發(fā)射的光線經(jīng)透鏡 半透膜和聚焦透鏡 3投射在轉(zhuǎn)軸反射面上 ,反射光經(jīng)聚焦透鏡 2匯聚后 ,照射在光電元件上 ,產(chǎn)生光流。當(dāng)黑白間隔數(shù)一定時(shí) ,電脈沖的頻率便與轉(zhuǎn)速成正比。 直射式光電轉(zhuǎn)速儀的工作原理如圖 4b所示 。圓盤隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng) ,當(dāng)光線通過圓盤上的小孔時(shí) ,將使光電元件產(chǎn)生一個(gè)電脈沖 ,轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) ,光電元件就輸出一列與轉(zhuǎn)速及圓盤上孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù) ,在孔數(shù)一定時(shí) ,電脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比。 光電式轉(zhuǎn)速儀實(shí)物如圖 5所示。因?yàn)樯⑸湫凸庋凼且揽磕繕?biāo)的反射光實(shí)現(xiàn)檢測的，所以象清潔玻璃或透明塑料類材料就很難檢測到。 一種用于傳送玻璃板的空吸杯自動(dòng)系統(tǒng)工作過程如下：機(jī)械手把迭在一起的玻璃板一次一塊地搬送到傳送帶上。當(dāng)機(jī)械手抓起玻璃詹，光眼連續(xù)監(jiān)測空吸杯下面的玻璃位置，直到機(jī)械手將玻璃傳送給等待中的傳送機(jī)為止。 當(dāng)玻璃堆的玻璃運(yùn)空時(shí)，最后只剩下一塊尺寸與玻璃板一樣大小的碳板。因此，這里超聲和光電傳感器都需要。 光電檢測技術(shù)在光纖通信與光纖傳感 領(lǐng)域的應(yīng)用 概述 近年來光電檢測技術(shù)已在光纖通信與光纖傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。光電檢測出來的信號(hào)通常很微弱M。由于外部光路的擾動(dòng)、光電二極管的固有噪聲．前置放大器的自身噪聲等因素的影響憫，很難將有用信號(hào)從這些噪聲中分開．這對(duì)提高光電檢測系統(tǒng)的精度和保持信號(hào)的完整性帶來了一定的難。這樣就要求光電檢測的電路部分應(yīng)選擇噪小、偏置電流小、增益大的運(yùn)放。提高電路的精度．光電檢測電路部分的電阻應(yīng)選擇高精度的金屬膜電阻．電容應(yīng)選擇漏電流小的電容．前置運(yùn)放與光電二極管的節(jié)點(diǎn)處需要用保護(hù)環(huán)保護(hù)起來。運(yùn)放的供電電源需要有效的濾波并且供電電源不宜過大．以防止由于系統(tǒng)溫度過高增加的熱噪聲。 圖 6 光電轉(zhuǎn)換放大電路 前置運(yùn)放為高精度、低偏置芯片 OPAl29U進(jìn)行反相放大。光電探測器相當(dāng)于一個(gè)電流源，完成光功率到電流 的轉(zhuǎn)化。另外．對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行了有效的屏蔽和濾波，并使用高性能的穩(wěn)壓電源給系統(tǒng)供電。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 系統(tǒng)如圖 7所示。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過 FFP— TF濾波后形成窄帶光源。當(dāng)窄帶光掃過某個(gè) Bragg波長時(shí)，則有相應(yīng)傳感 光柵反射的光信號(hào)輸出．輸出的光一部分進(jìn)入光譜儀進(jìn)行監(jiān)測：另一部分經(jīng)過光探測模塊后轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大、濾波后一部分進(jìn)入示波器進(jìn)行顯示：另一部分通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入 ARM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。 ARM則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。 圖 7 分布式 FBG傳感系統(tǒng)框圖 中心波長為 1530nm和 1550nm的光纖光柵在30℃時(shí)的反射光譜圖如圖 8所示：中心波長1530nm、 1535nm、 1540nm和 1550nm的光纖光柵在 50℃時(shí)的反射光譜圖如圖 4所示。從圖 3和圖9中可以看出．各點(diǎn)光纖光柵反射譜的光功率明顯不同．這主要是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過程中使用了連接器將不同的光纖光柵連接起來。若不用連接器而是將不同的光柵用光纖熔接在一起．通過光譜儀檢測出它們的光功率基本相同．熔接的方法可以有效抑制功率的衰減。 圖 10所示的檢測系統(tǒng)由遠(yuǎn)心光路光源精密滾珠絲桿電動(dòng)位移臺(tái)交流位置伺服系統(tǒng)和光柵尺閉環(huán)測控系統(tǒng)組成用激光測距儀檢測電動(dòng)位移臺(tái)位移誤差寫入誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)提高位移精度經(jīng)修正后的重復(fù)性誤差和定位精度可達(dá)到微級(jí)。 交流位置伺服系統(tǒng)的工作方式與步進(jìn)電機(jī)相似 每給一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角位移當(dāng)量通過滾珠絲桿的轉(zhuǎn)換行走一個(gè)線位移當(dāng)量然后通過光柵尺檢測實(shí)際位移 D1 D1 是已經(jīng)誤差補(bǔ)償后的位移。 kD其中 k 為滿足上式的最大整數(shù)當(dāng)電動(dòng)位移臺(tái)位移 kD1 時(shí)即 k 步時(shí)向線陣 CCD 發(fā)送一個(gè)外同步信號(hào)啟 動(dòng)一次 CCD 行掃描這樣掃描的分辨力和精度不再受運(yùn)動(dòng)速度的影響而只取決于電動(dòng)位移臺(tái)的定位精度。 采用模板邊緣跟蹤方法對(duì)零件圖像邊緣進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，采用用于邊緣檢測的 Kirsch像素模板，用所有邊緣模板逐一作用于圖像中的每一個(gè)像素 產(chǎn)生最大絕對(duì)值輸出值的模板所在的像素位置有邊緣存在其模板方向代表了該處的邊緣方向當(dāng)檢測到邊緣和邊緣方向后把模板中心點(diǎn)沿該方向移動(dòng)模板大小個(gè)像素重復(fù)以上過程直到邊緣跟蹤完成。 經(jīng)邊緣探測后得到的圖像拐點(diǎn)處的 (Xi, Yi)坐標(biāo)值也即為拐點(diǎn)特征值它為合理確定檢測位置提供了有利的依據(jù)由于能根據(jù)被測零件的復(fù)雜程度自動(dòng)提取圖像拐點(diǎn)特征值因而可以用探測到的特征值作為基準(zhǔn)確定檢測位置摒棄了固定位置進(jìn)行檢測的弊病。每個(gè)直徑檢測三次檢測結(jié)果如表 1。 表 1 檢測結(jié)果 在搭建的線陣 CCD 軸類零件尺寸檢測平臺(tái)上開展了檢測方法和測試結(jié)果驗(yàn)證，證明 1) 研發(fā)的專用數(shù)字同步技術(shù)在保證與被測物體運(yùn)動(dòng)方向相垂直方向的高精度檢測的同時(shí)大大提高了被測物體運(yùn)動(dòng)方向的檢測速度和精度消除了被測物體運(yùn)動(dòng)速度變化對(duì)檢測精度的響。 3) 檢測誤差 177。 通過對(duì)基于線陣 CCD 的軸類零件尺寸檢測方法和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究為工程界尋求一種基于線陣 CCD的零件圖像檢測技術(shù)提供了實(shí)用和有效的方法和實(shí)現(xiàn)手段。 鋼鐵工業(yè)的浸酸過程中，需要展開鋼板，然后通過酸池除去表面的銹和污物。通常是用直徑為張力?？捎酶咴鲆娴暮蠓瓷湫凸庋蹝呙杈磔S邊沿，只要反射器和傳感器之間的光束不斷，則表明卷索過程進(jìn)展正確。用一個(gè)積分型延遲定時(shí)器可展寬傳感器的輸出和響應(yīng)信號(hào)。 在造紙工業(yè)中的應(yīng)用 在造紙工業(yè)中，檢測紙輥上的卷紙量時(shí)，一般都采用超聲波傳感器，而不是光電傳感器。只要將傳感器與紙輥垂直安裝、檢測目標(biāo)是良好的聲反射 體即可。 采用光電傳感器可以提供也紙輥直徑成比例的 4— 20mA信號(hào)。而這種場合應(yīng)用的光電傳感器還有一個(gè) 額外的優(yōu)點(diǎn)，就是它不受目標(biāo)顏色變化的影響。而在這里應(yīng)用的光電傳感器是通過相位比較檢測目標(biāo)距離的。利用相位比較法將不受反射信號(hào)強(qiáng)度變化和背景亮度變化的影響，因此可保證準(zhǔn)確度。 CCD是一種以電荷量表示光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的器件，具有自動(dòng)掃描、動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、功耗低、壽命長和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上， CCD 可分為線陣 CCD和面陣 CCD兩種，后者主要用于攝取圖像，而前者作為一種高靈敏光電傳感器在生產(chǎn)線上大量應(yīng)用于產(chǎn)品外形尺寸非接觸測量、分類、表面質(zhì)量評(píng)定和精確定位等。 CCD 的突出特點(diǎn)在于它是以電荷作為信號(hào)的，它的基本參數(shù)是電荷而不是電壓或電流， 這就使得在器件的外圍電路以及信號(hào)處理方面引入了新的概念和技術(shù)。因此， CCD 的基本工作原理是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存貯、傳輸和檢測。 由于 CCD 具有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲(chǔ)等能，因而在圖像傳感、信號(hào)處理、數(shù)字信息存儲(chǔ)三大領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。近 20年來，由于 CCD圖像傳感技術(shù)研究的迅速發(fā)展， CCD器件 在像素集成度、分辨率、靈敏度、工作速度等指標(biāo)上取得了突破性進(jìn)展。線陣 CCD 靈敏度高、光譜響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、操作與維護(hù)方便、成本低廉，在工業(yè)生產(chǎn)線上，已廣泛用于產(chǎn)品外部尺寸非接觸檢測、控制和分類、自動(dòng)化及機(jī)器人視覺中的精確定位等技術(shù)領(lǐng)域。本節(jié)對(duì) CCD 在 焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行詳述。 CCD跟蹤對(duì)象可以是輔助圖象、電弧及熔池?zé)釄觥D 10是埋弧焊自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的傳感器結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)中采用的線陣 CCD器件被置于工件正上方，在垂直方向只接收散射光信號(hào)的光路結(jié)構(gòu)。適當(dāng)選取柱面透鏡的焦距。由于該光平面以一定角度入射到工件上，隨著坡口處位置高低的變化， 該光帶在工件表面和坡口內(nèi)部將形成一條空問曲線 ABCDE。根據(jù) 瑞利定律可知散射光的強(qiáng)度隨觀察方向變化。工件表面上的散射光帶作為光源，經(jīng)過圓透鏡成像。當(dāng)圓透鏡的焦距足夠大時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)的 景深也相應(yīng)較長。將線陣 CCD放置在像平面上，使其感光部分與像曲線的直線部分 ab和 de重合。焊縫坡口內(nèi)的部分與工件表面高度差別越大的點(diǎn)，所成的像離 CCD相應(yīng)的感光部分越遠(yuǎn)。 采集到信號(hào)后對(duì)焊縫坡口信號(hào)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理：圖像處理，跟 蹤控制鋒法，焊矩高度的自適應(yīng)控制等等，最終達(dá)到埋弧焊的自動(dòng)跟蹤控制。 （ 2）工業(yè)機(jī)器人視覺傳感器 機(jī)器人視覺涉及三個(gè)方面的問題，即視覺敏感器、照明、視覺信息處理的硬件和軟件。目前用于激光掃描三角測量的視覺敏感器主要有二維面型 PSD 、線型 PSD和CCD。可以獲得精確的幾何形狀和空間位置信息； b)檢測空間范圍大，誤差容限大 (35譜響應(yīng)范圍