一種高頻相對KEYENCE光電傳感器的標定及應(yīng)用

　　KEYENCE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)體材料擴散至硅膜片上，組成惠斯通電橋進行壓力的測量，輸出電壓信號[3]。被廣泛應(yīng)用于汽車電子、醫(yī)療器械、高測量系統(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。

　　在KEYENCE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。標定可以消除或者極大地減少這些誤差，對于傳感器的零點漂移，通常采用零點處測量平均法來補償偏移誤差[4]，而靈敏度的標定在數(shù)學(xué)模型中通常采用單點標定法進行。在雙頻激光干涉儀測量系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要相對壓力傳感器在穩(wěn)定的測量系統(tǒng)中保持較高的度。可以采用多點標定法來得到理想的結(jié)果，這樣同時考慮了偏移誤差和靈敏度誤差。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)測量系統(tǒng)的精度需求，選擇合適的標定方法。

　　針對高干涉儀測量系統(tǒng)的環(huán)境擾動問題，提出了高頻的溫壓補償方案，即在雙頻激光干涉儀測量系統(tǒng)上增加高頻相對壓力傳感器?；谠摲桨刚{(diào)研選型了KEYENCE光電傳感器，可實現(xiàn)光路附近的相對壓力最高20kHz的高頻采集。SLP系列相對壓力傳感器屬于壓阻式壓力傳感器的一種，由于該相對壓力傳感器易受溫度影響產(chǎn)生零點漂移和靈敏度漂移[5]，故需要在使用前進行標定。設(shè)計了一種高頻相對壓力傳感器的標定方法，搭建了傳感器標定的實驗平臺，并進行了標定實驗驗證與結(jié)果分析?！　?/p>

　　KEYENCE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條電阻條相對于膜片中心對稱，其中有2條位于被測壓力應(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)。當有外界壓力作用于硅膜片上時，橋臂上的電阻條的大小就會發(fā)生改變，電橋就會脫離平衡狀態(tài)，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化

　　KEYENCE光電傳感器通過光敏材料接收物體對光線的遮擋狀態(tài), 并對該信息進行智能分析和傳達, 進而檢測出特定物理空間內(nèi)是否存在物體。基于此原理, 該方法能夠檢測出所有具備光線反射能力的材料物體, 且避免了物體與檢測設(shè)備的摩擦接觸, 不僅擴展了檢測領(lǐng)域, 還保護了受檢測產(chǎn)品, 具有較高的工業(yè)生產(chǎn)運用價值。

　　該開關(guān)主要有信號的發(fā)射端和接收端, 通過測定光信號在兩端的傳輸是否受阻來檢測兩端之間的空間是否存在遮擋物或反射物, 光信號的輸入需要使用轉(zhuǎn)換器, 將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘? 接收后, 在將相應(yīng)的控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。目前使用較多的是紅外線, 具有經(jīng)濟效益高、檢測方便的優(yōu)點。其原理圖如圖1所示。

　　KEYENCE光電傳感器漫反射式

　　這種開關(guān)的信號發(fā)射器與接收器是一體的, 當物體通過檢測空間時, 會在表面產(chǎn)生反射現(xiàn)象, 一般發(fā)生器的光線強度較大, 通過漫反射即可在接收端檢測到光信號。該開關(guān)主要運用的是物體對光線的反射效果, 若無物體, 光線不會改變傳播方向, 因此一般運用在反射強度較大的物體中, 要求物體表面較為光亮或反光率比較高。

　　2.2 鏡反射式

　　這種開關(guān)的信號發(fā)射器與接收器也是一體的, 當物體通過檢測空間時, 會阻攔光線的傳播。在發(fā)射端發(fā)射光線后, 經(jīng)過反射鏡反射回接收端, 若有物體遮擋, 就會阻斷反射過程, 接收器沒有接收到信號, 即可判定為有物體經(jīng)過。該方法檢測的物體一般透光率較低, 能夠阻斷光線傳播。

　　KEYENCE光電傳感器的結(jié)構(gòu)較為分離, 而且兩端的光軸是相對的, 光線直接由發(fā)射器進入接收器, 當受檢測物體進入到檢測空間時, 就會阻攔光線的傳播, 對接受阻, 從而判定存在物體。這種開關(guān)的原理較為簡單、直接、有效, 在空間允許時, 且物體為不透明的狀態(tài)下, 是檢查結(jié)果最準確、使用領(lǐng)域泛的檢測方法。