一種高頻相對光電傳感器的標定及應用

　　一種高頻相對光電傳感器的標定及應用

　　光電傳感器是根據半導體材料的壓阻效應將半導體材料擴散至硅膜片上，組成惠斯通電橋進行壓力的測量，輸出電壓信號[3]。被廣泛應用于汽車電子、醫療器械、高測量系統等領域，具有低成本、低噪聲、精度高、響應快等一系列優點。

　　在光電傳感器的應用中，傳感器的偏移誤差和靈敏度誤差難以避免。標定可以消除或者極大地減少這些誤差，對于傳感器的零點漂移，通常采用零點處測量平均法來補償偏移誤差[4]，而靈敏度的標定在數學模型中通常采用單點標定法進行。在雙頻激光干涉儀測量系統的應用中，需要相對壓力傳感器在穩定的測量系統中保持較高的度。可以采用多點標定法來得到理想的結果，這樣同時考慮了偏移誤差和靈敏度誤差。在實際應用中，可以根據測量系統的精度需求，選擇合適的標定方法。

　　針對高干涉儀測量系統的環境擾動問題，提出了高頻的溫壓補償方案，即在雙頻激光干涉儀測量系統上增加高頻相對壓力傳感器。基于該方案調研選型了光電傳感器，可實現光路附近的相對壓力最高20kHz的高頻采集。SLP系列相對壓力傳感器屬于壓阻式壓力傳感器的一種，由于該相對壓力傳感器易受溫度影響產生零點漂移和靈敏度漂移[5]，故需要在使用前進行標定。設計了一種高頻相對壓力傳感器的標定方法，搭建了傳感器標定的實驗平臺，并進行了標定實驗驗證與結果分析。　　

　　光電傳感器其核心部件是硅膜片。硅膜片將其內部分割為兩部分，一部分連接到被測壓力，另一部分和大氣相通。在硅膜片上集成4條電阻條相對于膜片中心對稱，其中有2條位于被測壓力應力區，其余2條位于大氣相通應力區，4條電阻條組成惠斯通電橋結構。當有外界壓力作用于硅膜片上時，橋臂上的電阻條的大小就會發生改變，電橋就會脫離平衡狀態，導致輸出電壓發生變化

　　光電傳感器通過光敏材料接收物體對光線的遮擋狀態, 并對該信息進行智能分析和傳達, 進而檢測出特定物理空間內是否存在物體。基于此原理, 該方法能夠檢測出所有具備光線反射能力的材料物體, 且避免了物體與檢測設備的摩擦接觸, 不僅擴展了檢測領域, 還保護了受檢測產品, 具有較高的工業生產運用價值。

　　該開關主要有信號的發射端和接收端, 通過測定光信號在兩端的傳輸是否受阻來檢測兩端之間的空間是否存在遮擋物或反射物, 光信號的輸入需要使用轉換器, 將電信號轉變為光信號, 接收后, 在將相應的控制指令轉變為電信號。目前使用較多的是紅外線, 具有經濟效益高、檢測方便的優點。其原理圖如圖1所示。

　　光電傳感器漫反射式

　　這種開關的信號發射器與接收器是一體的, 當物體通過檢測空間時, 會在表面產生反射現象, 一般發生器的光線強度較大, 通過漫反射即可在接收端檢測到光信號。該開關主要運用的是物體對光線的反射效果, 若無物體, 光線不會改變傳播方向, 因此一般運用在反射強度較大的物體中, 要求物體表面較為光亮或反光率比較高。

　　2.2 鏡反射式

　　這種開關的信號發射器與接收器也是一體的, 當物體通過檢測空間時, 會阻攔光線的傳播。在發射端發射光線后, 經過反射鏡反射回接收端, 若有物體遮擋, 就會阻斷反射過程, 接收器沒有接收到信號, 即可判定為有物體經過。該方法檢測的物體一般透光率較低, 能夠阻斷光線傳播。

　　光電傳感器的結構較為分離, 而且兩端的光軸是相對的, 光線直接由發射器進入接收器, 當受檢測物體進入到檢測空間時, 就會阻攔光線的傳播, 對接受阻, 從而判定存在物體。這種開關的原理較為簡單、直接、有效, 在空間允許時, 且物體為不透明的狀態下, 是檢查結果最準確、使用領域泛的檢測方法。