一種高頻相對(duì)光電傳感器的標(biāo)定及應(yīng)用

　　光電傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)將半導(dǎo)體材料擴(kuò)散至硅膜片上，組成惠斯通電橋進(jìn)行壓力的測(cè)量，輸出電壓信號(hào)[3]。被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子、醫(yī)療器械、高測(cè)量系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有低成本、低噪聲、精度高、響應(yīng)快等一系列優(yōu)點(diǎn)。

　　在光電傳感器的應(yīng)用中，傳感器的偏移誤差和靈敏度誤差難以避免。標(biāo)定可以消除或者極大地減少這些誤差，對(duì)于傳感器的零點(diǎn)漂移，通常采用零點(diǎn)處測(cè)量平均法來(lái)補(bǔ)償偏移誤差[4]，而靈敏度的標(biāo)定在數(shù)學(xué)模型中通常采用單點(diǎn)標(biāo)定法進(jìn)行。在雙頻激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要相對(duì)壓力傳感器在穩(wěn)定的測(cè)量系統(tǒng)中保持較高的度?？梢圆捎枚帱c(diǎn)標(biāo)定法來(lái)得到理想的結(jié)果，這樣同時(shí)考慮了偏移誤差和靈敏度誤差。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的精度需求，選擇合適的標(biāo)定方法。

　　針對(duì)高干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的環(huán)境擾動(dòng)問(wèn)題，提出了高頻的溫壓補(bǔ)償方案，即在雙頻激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)上增加高頻相對(duì)壓力傳感器。基于該方案調(diào)研選型了光電傳感器，可實(shí)現(xiàn)光路附近的相對(duì)壓力最高20kHz的高頻采集。SLP系列相對(duì)壓力傳感器屬于壓阻式壓力傳感器的一種，由于該相對(duì)壓力傳感器易受溫度影響產(chǎn)生零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移[5]，故需要在使用前進(jìn)行標(biāo)定。設(shè)計(jì)了一種高頻相對(duì)壓力傳感器的標(biāo)定方法，搭建了傳感器標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析。　　

　　光電傳感器其核心部件是硅膜片。硅膜片將其內(nèi)部分割為兩部分，一部分連接到被測(cè)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(duì)于膜片中心對(duì)稱(chēng)，其中有2條位于被測(cè)壓力應(yīng)力區(qū)，其余2條位于大氣相通應(yīng)力區(qū)，4條電阻條組成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)。當(dāng)有外界壓力作用于硅膜片上時(shí)，橋臂上的電阻條的大小就會(huì)發(fā)生改變，電橋就會(huì)脫離平衡狀態(tài)，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化

　　光電傳感器通過(guò)光敏材料接收物體對(duì)光線(xiàn)的遮擋狀態(tài), 并對(duì)該信息進(jìn)行智能分析和傳達(dá), 進(jìn)而檢測(cè)出特定物理空間內(nèi)是否存在物體。基于此原理, 該方法能夠檢測(cè)出所有具備光線(xiàn)反射能力的材料物體, 且避免了物體與檢測(cè)設(shè)備的摩擦接觸, 不僅擴(kuò)展了檢測(cè)領(lǐng)域, 還保護(hù)了受檢測(cè)產(chǎn)品, 具有較高的工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用價(jià)值。

　　該開(kāi)關(guān)主要有信號(hào)的發(fā)射端和接收端, 通過(guò)測(cè)定光信號(hào)在兩端的傳輸是否受阻來(lái)檢測(cè)兩端之間的空間是否存在遮擋物或反射物, 光信號(hào)的輸入需要使用轉(zhuǎn)換器, 將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào), 接收后, 在將相應(yīng)的控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。目前使用較多的是紅外線(xiàn), 具有經(jīng)濟(jì)效益高、檢測(cè)方便的優(yōu)點(diǎn)。其原理圖如圖1所示。

　　光電傳感器漫反射式

　　這種開(kāi)關(guān)的信號(hào)發(fā)射器與接收器是一體的, 當(dāng)物體通過(guò)檢測(cè)空間時(shí), 會(huì)在表面產(chǎn)生反射現(xiàn)象, 一般發(fā)生器的光線(xiàn)強(qiáng)度較大, 通過(guò)漫反射即可在接收端檢測(cè)到光信號(hào)。該開(kāi)關(guān)主要運(yùn)用的是物體對(duì)光線(xiàn)的反射效果, 若無(wú)物體, 光線(xiàn)不會(huì)改變傳播方向, 因此一般運(yùn)用在反射強(qiáng)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(kāi)關(guān)的信號(hào)發(fā)射器與接收器也是一體的, 當(dāng)物體通過(guò)檢測(cè)空間時(shí), 會(huì)阻攔光線(xiàn)的傳播。在發(fā)射端發(fā)射光線(xiàn)后, 經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收端, 若有物體遮擋, 就會(huì)阻斷反射過(guò)程, 接收器沒(méi)有接收到信號(hào), 即可判定為有物體經(jīng)過(guò)。該方法檢測(cè)的物體一般透光率較低, 能夠阻斷光線(xiàn)傳播。

　　光電傳感器的結(jié)構(gòu)較為分離, 而且兩端的光軸是相對(duì)的, 光線(xiàn)直接由發(fā)射器進(jìn)入接收器, 當(dāng)受檢測(cè)物體進(jìn)入到檢測(cè)空間時(shí), 就會(huì)阻攔光線(xiàn)的傳播, 對(duì)接受阻, 從而判定存在物體。這種開(kāi)關(guān)的原理較為簡(jiǎn)單、直接、有效, 在空間允許時(shí), 且物體為不透明的狀態(tài)下, 是檢查結(jié)果最準(zhǔn)確、使用領(lǐng)域泛的檢測(cè)方法。