基于白光的汽車玻璃透射比在線檢測系統的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯合大學電氣工程學院,河北唐山 063009)

基于白光的汽車玻璃透射比在線檢測系統的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯合大學電氣工程學院,河北唐山 063009)

隨著汽車產業的蓬勃發展,汽車外形復雜度也不短增加,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系,尤其是光學特性。本文采用與太陽光接近的白光作為光源,結合光電轉換技術、微信號處理技術和單片機處理技術,設計出一套汽車玻璃透射比在線撿測系統。本系統具有成本低、操作簡單快捷、抗干擾性強等優點。

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業的支持及家用車在我國的普及,汽車工業在中國迎來了前所未有的發展良機。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系到乘客安全,尤其是光學特性。如不符合國家規定的汽車玻璃光學性能要求,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,結合光電轉換技術、微信號處理技術和單片機處理技術,設計出一套汽車玻璃透射比在線撿測系統。本檢測系統操作簡單快捷,實現了從源頭上減少殘次品的產生,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,具有很高的應用價值和發展前景。

2 系統設計

國家規定汽車玻璃中的風窗玻璃可見光透射比、風窗以外玻璃用于駕駛員視區部位的可見光透射比應大于70%,其余風窗以外玻璃的可見光透射比可由共需雙方商定[4]。為了在線準確測量汽車玻璃的透射比,本系統設計光源發出脈沖,先用分束鏡將調制光分成兩束,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。光電管將光信號轉換為微弱電信號,經放大器,濾波器模擬信號處理,再經A/D轉換成數字信號,最后經單片機控制實現鍵盤控制、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境下,而白光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等各種色光組成的。所以在選擇光源時,應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確性比采用可見光中的單色光作光源更準確。

發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、壽命長等優點,通常在一些光電控制設備中用作光源。本系統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、環氧封裝、圓形的超高亮度的特點。

圖1 系統結構原理框圖

光路部分為了克服單通道的不穩定性和不重復性,系統采用雙通道光路設計方式。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 光電轉換器件

為了保證光電檢測系統處于最佳的工作狀態,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：光電轉換能力強;動態響應速度快;信號檢測能力強;穩定性、可靠性好。結合所選的白光LED光源,再結合各光電轉換器件波長范圍、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,作為本檢測系統的光電二極管。它不僅光譜響應曲線寬;而且光譜曲線在可見光范圍內具有良好的線性關系,能夠保障光電二極管在可見光范圍內的均勻采樣,大大的提高了采樣數據的準確性[5]。

2.3 模擬信號處理與A/D轉換電路

模擬信號處理電路主要完成電流信號轉換為電壓信號、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確性措施之一。

A/D轉換電路主要完成模擬信號到數字信號的轉換,為后期的單片機數據處理作準備。采用美國國家半導體公司生產的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點。

單片機外圍電路主要包括時鐘電路、復位電路、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 結語

本系統針對汽車玻璃光學特性中國家規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,結合光電技術、微信號處理與單片機技術構成一套檢測系統。經Proteus軟件進行電路和系統整體軟硬的仿真,結果準確,可以實現汽車玻璃透射比的實時檢測。

[1]王篤飛,程少杭.近期內中國汽車市場銷量分析.湖北經濟學院學報,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.汽車安全玻璃發展研究[J].車界論壇,2005(2)：1-3.

[4]國家技術監督局.中華人名共和國國家標準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：浙江科學技術出版社,2010.

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