一种高频相对KEYENCE光电传感器的标定及应用

　　一种高频相对KEYENCE光电传感器的标定及应用

　　KEYENCE光电传感器是根据半导体材料的压阻效应将半导体材料扩散至硅膜片上，组成惠斯通电桥进行压力的测量，输出电压信号[3]。被广泛应用于汽车电子、医疗器械、高测量系统等领域，具有低成本、低噪声、精度高、响应快等一系列优点。

　　在KEYENCE光电传感器的应用中，传感器的偏移误差和灵敏度误差难以避免。标定可以消除或者极大地减少这些误差，对于传感器的零点漂移，通常采用零点处测量平均法来补偿偏移误差[4]，而灵敏度的标定在数学模型中通常采用单点标定法进行。在双频激光干涉仪测量系统的应用中，需要相对压力传感器在稳定的测量系统中保持较高的度。可以采用多点标定法来得到理想的结果，这样同时考虑了偏移误差和灵敏度误差。在实际应用中，可以根据测量系统的精度需求，选择合适的标定方法。

　　针对高干涉仪测量系统的环境扰动问题，提出了高频的温压补偿方案，即在双频激光干涉仪测量系统上增加高频相对压力传感器。基于该方案调研选型了KEYENCE光电传感器，可实现光路附近的相对压力最高20kHz的高频采集。SLP系列相对压力传感器属于压阻式压力传感器的一种，由于该相对压力传感器易受温度影响产生零点漂移和灵敏度漂移[5]，故需要在使用前进行标定。设计了一种高频相对压力传感器的标定方法，搭建了传感器标定的实验平台，并进行了标定实验验证与结果分析。　　

　　KEYENCE光电传感器其核心部件是硅膜片。硅膜片将其内部分割为两部分，一部分连接到被测压力，另一部分和大气相通。在硅膜片上集成4条电阻条相对于膜片中心对称，其中有2条位于被测压力应力区，其余2条位于大气相通应力区，4条电阻条组成惠斯通电桥结构。当有外界压力作用于硅膜片上时，桥臂上的电阻条的大小就会发生改变，电桥就会脱离平衡状态，导致输出电压发生变化

　　KEYENCE光电传感器通过光敏材料接收物体对光线的遮挡状态, 并对该信息进行智能分析和传达, 进而检测出特定物理空间内是否存在物体。基于此原理, 该方法能够检测出所有具备光线反射能力的材料物体, 且避免了物体与检测设备的摩擦接触, 不仅扩展了检测领域, 还保护了受检测产品, 具有较高的工业生产运用价值。

　　该开关主要有信号的发射端和接收端, 通过测定光信号在两端的传输是否受阻来检测两端之间的空间是否存在遮挡物或反射物, 光信号的输入需要使用转换器, 将电信号转变为光信号, 接收后, 在将相应的控制指令转变为电信号。目前使用较多的是红外线, 具有经济效益高、检测方便的优点。其原理图如图1所示。

　　KEYENCE光电传感器漫反射式

　　这种开关的信号发射器与接收器是一体的, 当物体通过检测空间时, 会在表面产生反射现象, 一般发生器的光线强度较大, 通过漫反射即可在接收端检测到光信号。该开关主要运用的是物体对光线的反射效果, 若无物体, 光线不会改变传播方向, 因此一般运用在反射强度较大的物体中, 要求物体表面较为光亮或反光率比较高。

　　2.2 镜反射式

　　这种开关的信号发射器与接收器也是一体的, 当物体通过检测空间时, 会阻拦光线的传播。在发射端发射光线后, 经过反射镜反射回接收端, 若有物体遮挡, 就会阻断反射过程, 接收器没有接收到信号, 即可判定为有物体经过。该方法检测的物体一般透光率较低, 能够阻断光线传播。

　　KEYENCE光电传感器的结构较为分离, 而且两端的光轴是相对的, 光线直接由发射器进入接收器, 当受检测物体进入到检测空间时, 就会阻拦光线的传播, 对接受阻, 从而判定存在物体。这种开关的原理较为简单、直接、有效, 在空间允许时, 且物体为不透明的状态下, 是检查结果最准确、使用领域泛的检测方法。