模块八光学量检测中.ppt

模块八光学量检测中.ppt

《模块八光学量检测中.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块八光学量检测中.ppt（106页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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、光学量检测课件统一书号：

统一书号：

ISBN978-7-111-48817-0课程配套网站www.sensor-或或2015年年2月第月第1版版（作者：

梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）（作者：

梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）11/10/20221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：

11/10/202211/10/202211/10/20222模块八、光学量检测（中）模块八、光学量检测（中）目录目录进入进入进入进入（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）项目二、光电传感器的应用（中）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：

08:

3508:

35进入进入11/10/20223项目二项目二光电传感器的应用光电传感器的应用【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）了解光电传感器）了解光电传感器4种类型的应用种类型的应用。

2）了解锅炉炉膛火焰的检测方法。

）了解锅炉炉膛火焰的检测方法。

技能目标技能目标1）掌握转速测量中的）掌握转速测量中的1误差分析。

误差分析。

2）掌握边缘位置的检测和纠偏方法。

）掌握边缘位置的检测和纠偏方法。

回目录回目录11/10/20224光电传感器的几种基本应用型式光电传感器的几种基本应用型式图图8-23光电传感器的光电传感器的4种应用型式种应用型式a）被测物是）被测物是光源光源b）被测物）被测物吸收吸收部分光部分光c）被测物是有）被测物是有反射能力反射能力的表面的表面d）被测物）被测物遮蔽遮蔽部分光部分光光电传感器的几种应用形式的演示光电传感器的几种应用形式的演示11/10/20225任务一任务一被测物本身是光源的检测被测物本身是光源的检测光的照度光的照度E的单位是的单位是lx（勒克斯勒克斯），），表示受照物体表示受照物体被照亮的程度被照亮的程度，可以用可以用照度计照度计（也称勒克斯（也称勒克斯计）计）来测量。

来测量。

光电池光电池（外外加柔光罩）加柔光罩）11/10/20226一、照度计一、照度计是一种专门测量光的照度的仪器仪表，又称勒克斯计是一种专门测量光的照度的仪器仪表，又称勒克斯计。

照度计通常是。

照度计通常是由硅光电池由硅光电池（或硒光电池）与（或硒光电池）与微安表微安表（模拟式）或数字电路（模拟式）或数字电路组成。

组成。

a）原理图）原理图b）外形）外形1余弦角度补偿器余弦角度补偿器2V（）修正滤光片修正滤光片3磷硅玻璃磷硅玻璃4氮化硅减反射膜氮化硅减反射膜5SnO2半透明栅线前电极半透明栅线前电极6光电池光电池7银铝浆电极银铝浆电极8微安表微安表9液晶屏液晶屏10控制键控制键图图8-2411/10/20227照度计的照度计的技术指标技术指标技术指标技术指标：

示值切换范围：

示值切换范围：

1.99910nlx（n=15）取样率：

取样率：

2.5次次/秒秒操作环境：

操作环境：

050相对湿度相对湿度70%RH11/10/20228照度计中的照度计中的补偿器补偿器1.受照面的亮度与光源受照面的亮度与光源的入射角度有关。

当光源的入射角度有关。

当光源入射角度不与柔光罩垂直入射角度不与柔光罩垂直时，必须进行时，必须进行余弦补偿余弦补偿。

斜向光照斜向光照2.光电池光电池对不同颜色光的对不同颜色光的转换效率不同，必须进行颜转换效率不同，必须进行颜色补偿色补偿。

光电池的峰值波长。

光电池的峰值波长约为约为0.78微米。

微米。

11/10/20229二、火焰探测器二、火焰探测器1火焰探测器的用途火焰探测器的用途在大型锅炉的燃烧过程中，需要在大型锅炉的燃烧过程中，需要利用火焰探测器来检利用火焰探测器来检测火焰的燃烧和熄灭，并检测火焰的稳定性测火焰的燃烧和熄灭，并检测火焰的稳定性。

火焰探测。

火焰探测器与炉膛吹扫、送风机、给煤粉机等组成器与炉膛吹扫、送风机、给煤粉机等组成FSSS（或（或BMS）燃烧器管理系统，可以）燃烧器管理系统，可以防止火焰突然熄灭时，炉防止火焰突然熄灭时，炉膛内积存的可燃性气体在高温下发生炉膛爆燃事故膛内积存的可燃性气体在高温下发生炉膛爆燃事故。

2火焰的特点火焰的特点较强的火焰能发射出几乎连续的发光光谱，包含红外较强的火焰能发射出几乎连续的发光光谱，包含红外光、可见光和紫外光。

多数火焰的光、可见光和紫外光。

多数火焰的燃烧信号是一种不规燃烧信号是一种不规则的脉动信号则的脉动信号。

频率信号包含信号的频谱、带宽、峰峰。

频率信号包含信号的频谱、带宽、峰峰值等参数，要对这部分信号进行滤波，从中值等参数，要对这部分信号进行滤波，从中提取火焰的提取火焰的燃烧特征燃烧特征。

锅炉中的煤粉火焰存在着锅炉中的煤粉火焰存在着3种闪烁频率：

种闪烁频率：

1550Hz时火焰正常时火焰正常；715Hz时火焰不稳定时火焰不稳定；小于小于7Hz时火时火焰丧失焰丧失。

11/10/202210火焰信号火焰信号的特点的特点火力发电厂火力发电厂图图8-25锅炉炉膛的锅炉炉膛的辐射强度变化辐射强度变化跳动的火焰跳动的火焰11/10/20221133火焰探测器的结构火焰探测器的结构图图8-26锅炉火焰检测原理图锅炉火焰检测原理图1火焰火焰2高温镜头高温镜头3红外滤除片红外滤除片4成像光导纤维束成像光导纤维束5光导纤维外壳光导纤维外壳6火焰成像火焰成像7光电池光电池11/10/202212图图8-27火焰探头的光谱响应火焰探头的光谱响应图图8-28炉膛火焰探测器的安装炉膛火焰探测器的安装11/10/202213锅炉安全保护系统锅炉安全保护系统FSSSFSSS系统系统11/10/202214三、色彩传感器三、色彩传感器也称颜色传感器、色标传感器等。

也称颜色传感器、色标传感器等。

色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。

例如，色彩是光源、物体和观察者之间交互的结果。

例如，红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分红纸会吸收光谱中大多数带绿色的部分和带蓝色的部分，同时反射光谱中同时反射光谱中红色的部分，红色的部分，因此对观察者会表现为因此对观察者会表现为红红色色。

叶绿素吸收红、蓝、紫光，反射绿色光。

叶绿素吸收红、蓝、紫光，反射绿色光。

任何一个物体的颜色任何一个物体的颜色都可用红、绿、蓝都可用红、绿、蓝（R、G、B）三原色的光功率三原色的光功率谱的函数来表示谱的函数来表示。

射入。

射入眼睛的光线刺激视网膜眼睛的光线刺激视网膜上对不同颜色有不同灵上对不同颜色有不同灵敏度敏度的视觉细胞，并通的视觉细胞，并通过视神经传送到大脑，过视神经传送到大脑，从而感觉到色彩。

从而感觉到色彩。

11/10/202215色彩色彩色度图色度图色彩传感器常用于检测色彩传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，特定色标或物体上的斑点，它是通过它是通过与非色标区相比与非色标区相比较来实现色标检测较来实现色标检测。

视网膜中的视网膜中的三三种视锥细胞对种视锥细胞对颜色的感应颜色的感应三基色光合成三基色光合成11/10/202216色彩传感器（续）色彩传感器（续）图图8-29色彩传感器及信号处理示意图色彩传感器及信号处理示意图1红红、绿绿、蓝蓝滤色片滤色片2玻璃基板玻璃基板3-Si4透明导电膜透明导电膜5公共电极公共电极6背面引出电极背面引出电极7遮光保护树脂遮光保护树脂8电流电流/电压转换器电压转换器11/10/202217色彩传感器（续）色彩传感器（续）11/10/202218色彩传感器（续）色彩传感器（续）无定型硅（无定型硅（-Si）制成的色彩传感器能）制成的色彩传感器能得到三色信号得到三色信号。

在玻璃基板上在玻璃基板上按顺序粘贴按顺序粘贴红红、绿绿、蓝蓝滤色镜滤色镜，分别与，分别与R、G、B三个输出电极处于同一轴线上。

三个输出电极处于同一轴线上。

-Si本身的本身的光谱光谱灵敏度与人眼十分接近，峰值波长约为灵敏度与人眼十分接近，峰值波长约为0.50.6m。

当。

当光线透过红、绿、蓝滤光片后，就可以分别得到光线透过红、绿、蓝滤光片后，就可以分别得到R、G、B三根光谱特性。

三根光谱特性。

图图8-29色彩传感器色彩传感器及信号处理示意图及信号处理示意图11/10/202219色标传感器的原理及应用色标传感器的原理及应用颜色传感器中，有一类称为颜色传感器中，有一类称为“色标传感器色标传感器”，常用，常用于于检测特定色标或物体上的斑点检测特定色标或物体上的斑点，它是，它是通过与非色标区通过与非色标区相比较来实现色标检测相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。

，而不是直接测量颜色。

可用于包装、印刷、可用于包装、印刷、制药、纺织、制药、纺织、涂料、涂料、化妆品、农业、血液化妆品、农业、血液诊断、尿样分析和假诊断、尿样分析和假牙等牙等。

还。

还可用于彩色可用于彩色材料的定位、定长、材料的定位、定长、分切、纠偏、计数分切、纠偏、计数等等功能。

功能。

11/10/202220各种色标传感器外形各种色标传感器外形色标传感器色标传感器能区别能区别红红、绿绿、蓝蓝（或其他）颜色。

（或其他）颜色。

11/10/202221色标传感器外形（续）色标传感器外形（续）11/10/202222色标传感器在流水线上检测产品的颜色色标传感器在流水线上检测产品的颜色11/10/202223用多个色标传感器用多个色标传感器测量薄板的颜色测量薄板的颜色11/10/202224产品包装色彩检测、分选产品包装色彩检测、分选11/10/202225任务二任务二被测物吸收部分光的检测被测物吸收部分光的检测一、人体指尖脉搏仪一、人体指尖脉搏仪（放大图放大图见后一页见后一页）图图8-31光电式指尖脉搏仪示意图光电式指尖脉搏仪示意图a）电原理框图）电原理框图b）各关键点信号波形）各关键点信号波形1中指中指2遮光盒遮光盒3红色发光二极管红色发光二极管4光敏晶体管光敏晶体管5基座基座11/10/202226波形放大图波形放大图见后一页见后一页图图8-3111/10/20222711/10/20222811误差误差因时间因时间闸门闸门开启开启和和关闭关闭时与时钟脉冲的时与时钟脉冲的边沿不同步边沿不同步而而致，使计数脉冲群的首尾可能致，使计数脉冲群的首尾可能多一个脉冲多一个脉冲或或少一个脉冲少一个脉冲，从而产生从而产生“1误差误差”。

可以。

可以提高提高“时钟时钟”频率频率，来相对，来相对地减小地减小1误差。

误差。

11/10/202229人体指尖脉搏仪原理（续）人体指尖脉搏仪原理（续）每分钟的脉搏数值每分钟的脉搏数值（8-8）式（式（8-8）给出的理论分辨率可达）给出的理论分辨率可达1/1000。

因时间闸因时间闸门开启和关闭时与时钟脉冲的边沿不同步，致使计数脉门开启和关闭时与时钟脉冲的边沿不同步，致使计数脉冲群的首尾可能多一个或少一个脉冲，冲群的首尾可能多一个或少一个脉冲，称为称为1误差误差。

当脉搏在当脉搏在99次次/min以下时，小以下时，小数点设置在倒数数点设置在倒数第二位，分辨力第二位，分辨力为为0.1次次/min；当当脉搏在脉搏在99次次/min以上时，不设小以上时，不设小数点。

数点。

11/10/202230血氧、脉搏检测仪血氧、脉搏检测仪脉搏血氧饱和度测量的基本原理是：

脉搏血氧饱和度测量的基本原理是：

还原血红蛋白还原血红蛋白（RHb）与氧气结合后变成氧合血红蛋白与氧气结合后变成氧合血红蛋白（HbO2），呈暗红色呈暗红色，氧合血红蛋白呈鲜红色氧合血红蛋白呈鲜红色，两者对红光和红外光的吸收，两者对红光和红外光的吸收不同。

不同。

在波长为在波长