第7章光电式传感器.ppt
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1、1第第 7 章章 光电式传感器光电式传感器 2传感器原理2第第7章章 光电式传感器光电式传感器 2光电式光电式第三节第三节 光电传感器的应用光电传感器的应用2 2 一、利用几何光学原理进行距离测量一、利用几何光学原理进行距离测量 二、金属丝的杨氏模量二、金属丝的杨氏模量测量测量 三、三、激光测距激光测距-传输时间激光测距传感器传输时间激光测距传感器 四、激光测长四、激光测长 五、激光陀螺五、激光陀螺传感器原理传感器原理3一、利用几何光学原理进行距离测量一、利用几何光学原理进行距离测量三角法测距三角法测距 1下图为三角法测量原理图下图为三角法测量原理图图中图中 x,y 坐标中坐标中O 为坐标原点
2、,测量系统基准线为坐标原点,测量系统基准线AB的中点的中点Q 为待测点为待测点X,Y 为待测量点为待测量点Q坐标坐标L 为基准线为基准线AB的长度的长度A(-L/2,0)B(L/2,0)tan)2(XLYtan)2(XLYOxy三角法测量原理三角法测量原理Q(X,Y)E第四节第四节 光电传感器的应用光电传感器的应用2 24A(-L/2,0)B(L/2,0)OQ(X,Y)tan)2(XLYtan)2(XLYxy三角法测量原理三角法测量原理E利用几何光学原理进行距离测量利用几何光学原理进行距离测量光线沿着光线沿着AQ和和BQ传播,如果能测出两条光线与基准线的夹角传播,如果能测出两条光线与基准线的夹
3、角、,则直线则直线QE(Y)为:)为:AQE:BQE:测点的坐标为:测点的坐标为:tantantantan LYtantantantan21LXtan)2(XLYtan)2(XLY5三角法测距三角法测距 2利用三角测量原理可构成利用三角测量原理可构成简单距离测量传感器,简单距离测量传感器,如图所示。如图所示。A点为入射透镜的中心(称点为入射透镜的中心(称为主点),从光源来的光经为主点),从光源来的光经过透镜聚焦后,以一束细小过透镜聚焦后,以一束细小的光照在被测物上,的光照在被测物上,被测对象被测对象dRS三角法测距传感器三角法测距传感器B点为受光透镜的主点,受点为受光透镜的主点,受光透镜用以对
4、来自于被测光透镜用以对来自于被测物的反射光线进行成像。物的反射光线进行成像。被测物将光反射(不能散被测物将光反射(不能散射)射)xy0入射透镜入射透镜受光透镜受光透镜LAQ(X,Y)光光源源B面型传感器面型传感器6ABLxyQ(X,Y)0dRS光源光垂直照射于物体,光源光垂直照射于物体,所以角所以角=90。利用面型传感器可测出反利用面型传感器可测出反射成像的位置射成像的位置R,因为因为B点点与面型传感器之间的距离与面型传感器之间的距离BS=d 为已知,故角度为已知,故角度可可由直角由直角BRS求得,所以被求得,所以被测物体的距离为:测物体的距离为:Y=Ltan实际传感器光源为半导体实际传感器光
5、源为半导体激光,激光,面型传感器为位置检测器面型传感器为位置检测器PSD。光光源源被测对象被测对象面型传感器面型传感器入射透镜入射透镜受光透镜受光透镜ABLxyQ(X,Y)0dRS三角法测距传感器三角法测距传感器7PSD(Position Sensitive Detector)位置检测器是一种对感光面位置检测器是一种对感光面上入射光点位置敏感的器件,与光源组合可实现位置的测量。上入射光点位置敏感的器件,与光源组合可实现位置的测量。PSD位置检测器位置检测器工作原理:工作原理:入射光点打到入射光点打到PSD传感器上,根据入射光点作用位置不同,由电传感器上,根据入射光点作用位置不同,由电极极1和电
6、极和电极2输出的电流输出的电流I1、I2会发生变化,且电流的大小与其会发生变化,且电流的大小与其到输到输出电极的距离出电极的距离成反比,即:成反比,即:xIxLI21212IILIx8二、二、PSD位置传感器在杨氏弹性模量测量中的应用位置传感器在杨氏弹性模量测量中的应用测量的核心问题是如何测量钢丝的微小伸长,对此测量方法有测量的核心问题是如何测量钢丝的微小伸长,对此测量方法有光杠杆法光杠杆法霍尔位置传感器霍尔位置传感器叠栅条纹技术等叠栅条纹技术等金属丝的杨氏弹性模量是金属力学性质的一个重要参数,一般金属丝的杨氏弹性模量是金属力学性质的一个重要参数,一般是用拉伸法来测。是用拉伸法来测。本例介绍用
7、光电位置传感器本例介绍用光电位置传感器 PSD(Position Sensitive Detector)的的测量装置,该方法不但能精确测出杨氏模量值,而且可得出钢测量装置,该方法不但能精确测出杨氏模量值,而且可得出钢丝受力作用后,伸缩过渡过程的规律。丝受力作用后,伸缩过渡过程的规律。这些方法各有优缺点,但是它们共同的缺点就是只能得出加砝这些方法各有优缺点,但是它们共同的缺点就是只能得出加砝码后最终的钢丝长度,而不能测出当加上砝码以后钢丝是如何码后最终的钢丝长度,而不能测出当加上砝码以后钢丝是如何变化的(钢丝长度变化的过渡过程)。变化的(钢丝长度变化的过渡过程)。9金属丝的杨氏模量测量金属丝的杨
8、氏模量测量由虎克定律可知由虎克定律可知金属丝长为金属丝长为L截面积为截面积为S 当受到沿长度方向的拉力当受到沿长度方向的拉力F 作用时,作用时,在弹性限度以内,它将伸长一定长度在弹性限度以内,它将伸长一定长度L,那么单位长度的伸长量与单位截面积那么单位长度的伸长量与单位截面积所受的拉力成正比,所受的拉力成正比,式中:E 金属丝的杨氏弹性模量S 金属丝截面积L 金属丝长度L 金属丝长度变化量d 金属丝截面积半径LLESFLSFLEFLL金属丝的杨氏模量测量金属丝的杨氏模量测量杨氏模量杨氏模量(Youngs modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理
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- 光电 传感器
