光學(xué)傳感器的工作原理

光學(xué)傳感器及儀器是依據(jù)光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量的，它有許多優(yōu)點(diǎn)，如非接觸和非破壞性測(cè)量、幾乎不受干擾、高速傳輸以及可遙測(cè)、遙控等，主要包括一般光學(xué)計(jì)量?jī)x器、激光干涉式、光柵、編碼器以及光纖式等光學(xué)傳感器及儀器。在設(shè)計(jì)上主要用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物是否出現(xiàn)，或者進(jìn)行各種工業(yè)、汽車、電子產(chǎn)品和零售自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

近幾十年以來(lái)，電氣傳感器一直作為測(cè)量物理與機(jī)械現(xiàn)象的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)揮著它的作用。盡管它們?cè)跍y(cè)試測(cè)量中無(wú)處不在，但作為電氣化的設(shè)備，他們有著與生俱來(lái)的缺陷，例如信號(hào)傳輸過(guò)程中的損耗，容易受電磁噪聲的干擾等等。這些缺陷會(huì)造成在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合中，電氣傳感器的使用變得相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，甚至完全不適用。光纖光學(xué)傳感器就是針對(duì)這些應(yīng)用挑戰(zhàn)極好的解決方法，使用光束代替電流，而使用標(biāo)準(zhǔn)光纖代替銅線作為傳輸介質(zhì)。

在過(guò)去的二十年中，光電子學(xué)的發(fā)展以及光纖通信行業(yè)中大量的革新極大地降低了光學(xué)器件的價(jià)格，提高了質(zhì)量。通過(guò)調(diào)整光學(xué)器件行業(yè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，光纖傳感器和光纖儀器已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究階段擴(kuò)展到了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，比如建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用等。

光學(xué)傳感器種類主要有激光、紅外光、照度、可見(jiàn)光以及圖像傳感器等等，它們分別利用光的一些固有特性，快速發(fā)展起來(lái)的傳感技術(shù)。比如，激光的出現(xiàn)，使無(wú)線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充。現(xiàn)在，利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險(xiǎn)、易燃的場(chǎng)所。還有用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器，能測(cè)量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實(shí)測(cè)地點(diǎn)，不必電源供電，這對(duì)于安全防爆措施要求很嚴(yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來(lái)在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測(cè)化學(xué)技術(shù)。

原理：發(fā)光二極管照亮采樣表面，對(duì)比度強(qiáng)烈的待采樣影像通過(guò)透鏡在CMOS上成像，CMOS將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電信號(hào)傳輸給DSP，DSP則將此影像信號(hào)與存儲(chǔ)的上一采樣周期的影像進(jìn)行比較分析，然后發(fā)送一個(gè)位移距離信號(hào)到接口電路。接口電路對(duì)由DSP發(fā)來(lái)的位移信號(hào)進(jìn)行整合處理，而已傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)部的位移信號(hào)再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)程序的進(jìn)一步處理，最終在系統(tǒng)中形成光標(biāo)的位移。