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了解数字式光电传感器和表面缺陷光电传感器

2019-10-10
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摘要 光电式转速计将转速的变化变换成光通量的变化,再经光电元件转换成电量的变化。

  1.数字式光电传感器

  (1)光电转速传感器

  光电式转速计将转速的变化变换成光通量的变化,再经光电元件转换成电量的变化。根据其工作方式可分为反射型和直射型两类。

  反射型光电转速计的工作原理如下图(a)所示。金属箔或反射纸带沿被测轴1的圆周方向按均匀间隔贴成黑白反射面。光源3发射的光线经过透镜2成为均匀的平行光,照射到半透明膜片6上。部分光线透过膜片,部分光线被反射,经聚光镜7照射到被测轴上。该轴旋转时,反射光经聚焦透镜5聚焦后,照射在光电元件4上产生光电流。由于轴1上有黑白间隔,转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的光脉冲,使光电元件产生相应的电脉冲。当间隔数一定时,电脉冲数便与转速成正比,电脉冲送至数字测量电路,即可计数和显示。


光电式转速计

  直射型光电转速计的工作原理如上图(b)所示。转轴1上装有带孔的圆盘,圆盘的一边设置光源3,另一边设置光电元件4。圆盘随轴转动,当光线通过小孔时,光电元件产生一个电脉冲。转轴连续转动,光电元件就输出一列与转速及圆盘上的孔数成正比的电脉冲数。在孔数一定时,脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入测量电路后,被放大和整形,再送入频率计显示,也可专门设计一个计数器进行计数和显示。

  (2)天幕靶

  天幕靶主要用于对飞行器(如弹丸)飞行速度的测量。

  天幕靶是利用天空自然光,通过光学镜头和光学狭缝来给岀一个限定的光幕,天幕以外的天空自然光是无法入射到光电元件上的,如下图所示。


天幕靶结构示意图

        天幕靶由两个靶组成,因而在弹道上两点P1和P2处,形成两个楔性天幕,如下图所示。


天幕靶工作原理图

  光学镜头把天幕入射光通量聚集后,投射到光电元件上。平时天空背景亮度变化不大,光电管上接收的光通量变化也不大,光电管无突变信号输出。当弹丸通过天幕时,天幕入射光通量产生突变,经过光学镜头聚焦在光电管上的光照也发生突变,使光电管有一脉冲信号输出。经过放大整形,通过引出线给计时仪器一个启停信号,即可测出弹丸通过P1和P2间所需的时间以∆t。由于P1和P2间距离是给定的,因而可算出这段距离内弹丸的平均速度。

  天幕靶特别适用于高角测速,但不能在夜间使用,若加防护可在雨天和雪天使用。下表列出了国产天幕靶参数以供参考。


  表 国产天幕靶参数

  2.表面缺陷光电传感器

  表面缺陷光电传感器的组成如下图所示。


表面缺陷光电传感器原理图

  无缺陷的表面其光束的反射(或透射)方向和强度均是恒定的。有缺陷的光学特性如下图所示。


缺陷表面的光学特性

        有缺陷时,光束的反射(或透射)方向和强度将发生变化,根据对反射光束接收方式的不同,可分为两种接收式。

  (1)正反射接收式

  如下图所示为正反射接收式。


正反射接收式

  正反射接收式的特点是接收光电管的光轴和光源投射光束,并与工作表面上反射光束相重合。缺陷部分会使在制定各方向反射的光通量减弱。这种因缺陷引起的光通量变化为光电元件感受并输出电信号(光电流减小)。

  (2)非正反射接收式

  如下图所示为非正反射接收式。


非正反射接收式

  非正反射接收式的情况和正反射接收相反,由于接收光电管偏离正反射的方向,所以无缺陷表面反射的光线不被光电元件接收,此时接收部分呈现黑的状态。

  当缺陷出现时,会引起反射光束的偏转或异常的散射,这些光线有进入光电元件的部分,此时接收部分呈亮的状态。所谓非正反射接收,就是以接收这种异常反射出来的光线来判别缺陷的。

  在实际中,这两种接收方式都应用得很广泛。由下表给出了两种接收方式的比较。


两种接收方式特性


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