光电传感器应用技术 教学课件 作者 王庆有 第13章 第3节.ppt

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1、13.8用于物体振动的非接触测量振动测量与试验一直是工程技术界重视的课题，对于航空航天、动力机械、交通运输、军械兵器、能源工业、土木建筑、电子工业、环境保护等尤为重要。用线阵CCD光电传感器对铁轨的震动进行非接触的测量方法，该方法适用于桥梁等构件振动的非接触测量。运用光学、电子学、CCD光电传感技术与微机数据处理技术相结合，克服了接触式测量方法的缺点，同时，能进行多点振动的测量，具有造价低、灵敏度高、安全性好等优点。13.8.1工作原理图13-31所示为采用线阵CCD测量铁轨振动的原理图。将粘贴在铁轨外侧的黑底白条图案经光学成像物镜成像到线阵CCD的光敏面上，将输出如图13-32所示的信号U0

2、。输出的U0经二值化电路得到如图13-36所示的波形，脉冲的前沿对应于黑白边N1，而后沿对应于白黑边N2。白条中心值N应为(13-28)初始(t＝0时)位置为N（t）＝N0，当轨道受激振动时（t≥0），轨道上的白条图像在线阵CCD的像敏单元阵列上做上、下的振动。线阵CCD不断地输出白条像在像面上不同位置的视频信号U0。经二值化处理电路得到每个积分时间内的二值化方波，经数据采集电路得到轨道位置N(t)值。N(t)值与轨道的时间位移量S(t)的关系为(13-29)式中，l为CCD两相邻像元的中心距；β为光学成像系统的横向放大倍率。β可以通过已知的白条宽度W随时进行标定(13-30)(13-31)将

3、（13-28）与（13-29）式代入（13-30）式得到时间位移量S(t)与测量值N1与N2的关系利用（13-31）式可以得到铁轨在垂直方向上振动的位移S(t)曲线。13.8.2振动测量的硬件电路振动测量的硬件电路原理方框图如图13-37所示。13.8.3软件设计线阵CCD在驱动电路发出的驱动脉冲作用下将载有黑底白条信息的视频信号U0送入二值化处理电路进行二值化处理。数据采集的主模块流程图，如图13-38所示。C语言程序如下：re2：t＝inportb(0x357)；if(t<＝127)gotore2；for(i＝0；i<5；i++){data[i]＝inportb(0x340十i*4)；yy

4、[i]＝inporrtb(0x341十i*4)；yy[i]＝(yy[i]&0x0007)；data[i]＝yy[i]*256十data[i]；}13.8.4实验测试结果为标定和检验轨道振动的测量仪器，将黑白条标志贴在标准的液压振动台上。该振动台为德国进口并通过国家计量局检定，它可以产生已知振幅和频率的正弦波震动。图13-39所示为轨道振动测量仪对标准振动台进行实测所得到的实测振动波形。根据实测数据分析，该仪器的振幅测量范围为0.1~200mm，测量精度优于0.lmm。实践证明该仪器具有速度快、精度高、抗干扰能力强、性能稳定、可靠及对被测物体没有机械、电、磁等扰动，适应于多种现场振动检测的需要，

5、是一种值得推广的非接触测量振动的方法。振动频率的测试，受到CCD积分时间的影响。在要求测量较高振动频率的情况下，应尽量选择更高速度的线阵CCD或者选用像敏单元数较少的线阵CCD，以便缩短每次测量的时间段，获得更高分辨率的振动波形。13.11CCD光电传感器用于ICP-AES光谱探测以电荷为光电信息载体的CCD器件在很宽的光谱响应区间具有卓越的光电响应量子效率，因而成为光谱分析仪器的理想探测器件。它不但具有固体集成器件所具有的体积小、重量轻、抗震性能强、功耗低等一系列优点，还具有能够并行多通道（数千个光电探测通道）探测光谱的特点，尤其它可以进行长时间的“电荷积累”，使光电探测灵敏度可与传统的光电

6、倍增管相比拟，并且，由于它能够同时探测多条谱线而逐渐地取代光电倍增管在光谱探测领域独占熬头的霸主地位，成为现代光谱探测领域具有很强生命力的探测器件。13.11.1ICP-AES探测器的基本原理如图13-54所示为CCD-ICP-AES光谱仪的原理结构方框图。该系统由ICP光源、光栅分光摄谱仪、感光接收单元等硬件设备组成。表13-4常用与光谱探测的线阵CCD特性对比CCD型号光谱响应范围（nm）灵敏度动态范围单价TCD1200DTCD1206UDTCD1208APRL2048DKQ-011RL1024SBQ-011S3923-1024Q250~1000250~1000300~1000200~10

7、00200~1000200~1000135(1)135(1)330(1)2.7(2)2.9×102(2)17001700750130031250几百元几百元几百元几千元近万元近万元注：（1）此灵敏度为在2854K标准钨丝灯下测得的典型值，单位为v/lx.s；（2）此灵敏度为2870K钨丝灯测得的典型值，单位为v/μJcm-21.光栅响应范围ICP－AES是对各种样品进行元素组成分析的强有力手段。理