邸志剛 賈春榮

(河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北唐山 063009)

基于白光的汽車玻璃透射比在線檢測系統(tǒng)的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北唐山 063009)

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,汽車外形復(fù)雜度也不短增加,汽車玻璃的性能對駕駛員和乘客的視野、舒適度以及安全性有著直接的關(guān)系,尤其是光學(xué)特性。本文采用與太陽光接近的白光作為光源,結(jié)合光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、微信號處理技術(shù)和單片機處理技術(shù),設(shè)計出一套汽車玻璃透射比在線撿測系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有成本低、操作簡單快捷、抗干擾性強等優(yōu)點。

白光光源 汽車玻璃 透射比

1 引言

近年,由于我國政府對汽車產(chǎn)業(yè)的支持及家用車在我國的普及,汽車工業(yè)在中國迎來了前所未有的發(fā)展良機。汽車玻璃是汽車車身的重要組成部分,其面積約占整個汽車表面積的1/3[1]。汽車車型更新速度的不斷加快,汽車外形復(fù)雜度也不斷增加,汽車玻璃的形狀及大小對駕駛員和乘客的視野和舒適度有很大影響,其性能的好壞也直接關(guān)系到乘客安全,尤其是光學(xué)特性。如不符合國家規(guī)定的汽車玻璃光學(xué)性能要求,極易造成光污染,從而引起的疾病、車禍、眩光等危害[1-3]。

本文采用與太陽光接近的白光作為光源,結(jié)合光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、微信號處理技術(shù)和單片機處理技術(shù),設(shè)計出一套汽車玻璃透射比在線撿測系統(tǒng)。本檢測系統(tǒng)操作簡單快捷,實現(xiàn)了從源頭上減少殘次品的產(chǎn)生,確保了汽車玻璃的合格率,有效避免了由于光污染而引起的疾病、車禍、眩光等危害,具有很高的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

2 系統(tǒng)設(shè)計

國家規(guī)定汽車玻璃中的風(fēng)窗玻璃可見光透射比、風(fēng)窗以外玻璃用于駕駛員視區(qū)部位的可見光透射比應(yīng)大于70%,其余風(fēng)窗以外玻璃的可見光透射比可由共需雙方商定[4]。為了在線準(zhǔn)確測量汽車玻璃的透射比,本系統(tǒng)設(shè)計光源發(fā)出脈沖,先用分束鏡將調(diào)制光分成兩束,一束光直接射入光電管;另一束光垂直穿過玻璃后,由光電管接收。光電管將光信號轉(zhuǎn)換為微弱電信號,經(jīng)放大器,濾波器模擬信號處理,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,最后經(jīng)單片機控制實現(xiàn)鍵盤控制、報警、顯示的功能。

2.1 光源與光路

人眼可接收到的電磁輻射波長大約在380至780nm之間,我們稱之為可見光。而實際上太陽光是一種復(fù)色光,其組成成分不僅包括可見光部分,還包括人眼不可見的紫外光和紅外光等等。由于汽車玻璃大多處在太陽光環(huán)境下,而白光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等各種色光組成的。所以在選擇光源時,應(yīng)盡量選擇與日光接近的光源即白光光源。這樣獲得的汽車玻璃透射比的準(zhǔn)確性比采用可見光中的單色光作光源更準(zhǔn)確。

發(fā)光二極管以其工作電壓很低、工作電流很小、抗沖擊和抗震性能好、可靠性高、壽命長等優(yōu)點,通常在一些光電控制設(shè)備中用作光源。本系統(tǒng)采用東莞市普飛電子科技有限公司的5WW4-Y-T,它具有高指向性、環(huán)氧封裝、圓形的超高亮度的特點。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖

光路部分為了克服單通道的不穩(wěn)定性和不重復(fù)性,系統(tǒng)采用雙通道光路設(shè)計方式。用等強度分束鏡將白光信號分成等強度的兩束光,一束作為參考光,另一束作入射光信號。

2.2 光電轉(zhuǎn)換器件

為了保證光電檢測系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài),選擇一個合適的光電探測器件,主要從以下四個方面去考慮：光電轉(zhuǎn)換能力強;動態(tài)響應(yīng)速度快;信號檢測能力強;穩(wěn)定性、可靠性好。結(jié)合所選的白光LED光源,再結(jié)合各光電轉(zhuǎn)換器件波長范圍、價格、有效面積以及特性等多方面因素的對比分析,最終選取波長范圍在300到1100納米的硅材料FDS100,作為本檢測系統(tǒng)的光電二極管。它不僅光譜響應(yīng)曲線寬;而且光譜曲線在可見光范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,能夠保障光電二極管在可見光范圍內(nèi)的均勻采樣,大大的提高了采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[5]。

2.3 模擬信號處理與A/D轉(zhuǎn)換電路

模擬信號處理電路主要完成電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號、微弱信號的放大處理、以及濾除雜散電磁波信號功能,這是保證汽車玻璃透射比的準(zhǔn)確性措施之一。

A/D轉(zhuǎn)換電路主要完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,為后期的單片機數(shù)據(jù)處理作準(zhǔn)備。采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道的逐次逼近式A/D0808芯片,它具有單電源供電、低功耗的特點。

2.4 單片機與外圍電路

采用主流AT89C51單片機作為主控制器,它具有功能全、成本低和功耗小等優(yōu)點。

單片機外圍電路主要包括時鐘電路、復(fù)位電路、控制電路和報警電路等部分,完成汽車玻璃透射比的實時顯示和超限報警功能。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)針對汽車玻璃光學(xué)特性中國家規(guī)定的透射比進行在線檢測,采用接近太陽光的白光二極管作光源,雙光路檢測技術(shù),結(jié)合光電技術(shù)、微信號處理與單片機技術(shù)構(gòu)成一套檢測系統(tǒng)。經(jīng)Proteus軟件進行電路和系統(tǒng)整體軟硬的仿真,結(jié)果準(zhǔn)確,可以實現(xiàn)汽車玻璃透射比的實時檢測。

[1]王篤飛,程少杭.近期內(nèi)中國汽車市場銷量分析.湖北經(jīng)濟學(xué)院學(xué)報,2012(3)：59-73.

[2]范毅.汽車玻璃折光測試淺談[J].玻璃與搪瓷,2006,34(3)：50-54.

[3]張振.汽車安全玻璃發(fā)展研究[J].車界論壇,2005(2)：1-3.

[4]國家技術(shù)監(jiān)督局.中華人名共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 11614-56汽車玻璃,1989.

[5]莊躍輝,舒妙飛,莊舒昊.光電元器件速查代換大全[M].南京：浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2010.

本項目為河北省科技廳項目(12212201、12212172);河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項目(ZD2013102)資助。