维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷 第２期 中州大学学报 Ｖ０１．２３ ，Ｎｏ．２ ２００６年４月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ｛ＣＩＮＧ劂 ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ａｐｒ．２００６ 紫外线传感器的设计特点及应用前景 游煌煌，周万春 （中州大学工程技术学院，郑州４５００１５） 摘要：紫外线传感器具有灵敏度高、选择性好、检测出原本存在且不可见的信息等优点，比可见光传感器消耗 能量少、且成本较低。文章介绍了该传感器的设计特点，适用场合。随着机电一体化技术的发展，紫外线传感器必 将有广阔的应用前景。 关键词：紫外线；传感器；成本；机电一体化技术；应用前景 中图分类号：ＴＮ３８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—３７１５（２００６）０２—０１２３—０２ Ｏ引言 同颜色和强度的可见光。这种可觅光就是荧光。它是这些 光电式传感器是将光量转换为电量的一种变换器。应 物质吸收紫外线光能后，重新发射波长稍长的光。不同的荧 用这种传感器测量其他非电量时，是先将其他非电量及其变 光物质产生的荧光波长不完全一样，因此颜色也有差异。由 化转换为光量，再通过光电传感受器转换为电量，其工作原 于荧光方法有固有的灵敏度与选择性，而且还由于荧光信号 理是基于物质的光电效应 １ Ｊ。光电传感器在机电一体化技 的丰富使传感器探头设计简便；又由于荧光发射是向各个方 术中和自动生产线上已经得到了普遍的应用。 向发出的，原则上可在任何角度进行观测，故在传感器探头 工程技术人员在进行这类传感器设计时，通常要尽嚣为 设计时可免去反射镜装置。紫外线光敏感物质可以添到许 其所检测的对象选择最合适的类型。目前设计中选用的光 多材料中，包括透明的和不透明的塑料、彩色墨水、蜡笔、纸 源有两种类型：可见光和红外线。利用４００ ８００ ｒｌｌＴｌ光波波 张和合成纤维等。为了降低产品成本，设计人员在选择零件 长的可见光传感器常称为光电传感器，利用７５０～１００００ｒｉｍ 材料的设计阶段，可以选择具有对紫外光敏感的原材料，而 光波波长的红外光称为红外线传感器，这两种光源的共同特 不必将其另行设计并组装成机电一体化产品的附加组件。 点是需要热辐射热源，使用时易发热，消耗能量多。如果工 用具有荧光特性的纸或蜡笔等设计制作出可接触式的或非 程设计人员考虑选用３５０～６８０ ｒｉｍ光波波长的紫外线冷光 接触式的被测对象。这种标记对象的方法简单、快捷、迅速、 源作为传感器，不但可以节约能源，而且这种冷光传感器具 清晰、准确，而且不易使荧光物质四处飞溅，节省紫外线光敏 有灵敏度高、选择性好的性能。当被检测物体表面不够清洁 感物质材料。大约六十克左右的颜料就可以标记２０，０００至 时，光电传感器和红外线传感器的分辨率会下降。当被照射 ４０，０００个零件 Ｊ。当被检测的零件形状不规则，或者工作 光的颜色相近时，光电传感器也很难分辨清楚，而紫外线传 在高温、高速、潮湿、有油的环境下时，可选用利用流体力学 感器则可以分辨出不同颜色的冷光，因而提高了其检测的可 原理工作的喷嘴涂抹器可以制成具有彩色编码和质量控制 靠性。工程应用中的零件材料通常其本身是不发热的。例 且清晰的标记。 如轴承在使用状态下，必须处于润滑状态，否则会发生黏结 紫外线冷光传感器的工作原理见图１所示。其中电子 或胶合状态，造成机械无法运转。利用润滑油在紫外线照射 装置用于控制和输出信号；光电控探器可检测到通过照射后 可以发荧光的特点，就可以监测其是否处于润滑状态。机电 被测对象反射的可见光；聚光透镜用于接受可见光并将其聚 一体化系统中所采用的视觉传感器主要用于确定对象物的 集到光电探测器上；分光器是将光线分解成紫外光和可见 位置和姿态、图像、形状、尺寸等 ２］。紫外线冷光传感器可以 光；紫外光源通常是一个发光二极管或其他光源（也称黑光 很容易检测出紫外线照射下带有发光物质的对象方向性，并 灯）组成；物镜可接受紫外光并将其聚集到光电探测器上。 可将其传送到视觉传感受检测系统装置进行记录。比如用 紫外线传感器检测范围在几毫米到３５０毫米，选用合适 于检测机械设备中的重要螺母是否松动，可大大降低检测系 的透镜焦距可以避免检测装置受到损伤，保持检测仪的清洁 统装置的造价。与采用可见光系统比较，紫外线传感器消耗 和得到满意的测量信号。若将透镜设计成在检测装置内位 的费用不足其费用的六分之一。 置是可调的，则可得到紫外线光照射的从较宽的面积到几平 当然，紫外线传感器也有其不足之处。由于紫外线传感 方毫米的范围。照射面积大的可用于要求检测时反射光强 器的光是不可见的，因此它不能用于读取有标记或分辨标记 度大、易对准测量的对象。照射面积小的可用于检测确定被 的形状，工程技术人员在调试时，用裸眼较难调试其照射范 测对象的有无状态或确定对象的位置。由于紫外线传感器 围，调试时周围需要较暗的光线。当其使用到一定期限时， 选择检测的是脉冲式的光，而可见光照射是连续的，因此检 不易读取数字化信号，且自适应功能有所下降【 。 测时它可以忽略连续照射的可见光信号而只选择检测脉冲 １设计特点 式的紫外线光信号。紫外线传感器的响应ｍｊ＂ｆｎ］在０．１４ｍｓ范 通常冷光光源发光时不产生热，如萤火虫发的光。当人 围内，多数情况下会因调节装置的反应过程而产生滞后现 的裸眼看不见的紫外光照射某些敏感物质（如丙烯酸尿烷树 象。若反应调节装置速度较快则可减少时间滞后现象。当 脂、聚丙烯酸脂等）时，这些物质通过分子能级跃迁会发出不 需要检测的对象是具有紫外线照射下产生荧光的物质时，如 收稿日期：２００５一ｌ１ ２０ 作者简介：游煌煌（１９５９一），女，江西省九江市人，硕士，中州大学工程技术学院讲师，研究方向为机电一体化技术。 ・． １２３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 棵眼看不到的墨迹或能自动产生荧光的纤维织物时，可以选 正确的位置。在机械制造自动化系统中，若将检测位置标记 用各种不同颜色底面的能发出荧光的材料（必要时可在荧光 安装在连杆盖与连杆体联接的轴承部位，可检测和调整曲轴 物质中添加增光剂），作为被检测对象。但必要时需要在检 的位置方向是否正确。在机械制造工艺系统中，利用紫外线 测器前增加滤光器。 传感器安装在夹紧装置的定位元件，可使工件迅速装夹定 电子装置 位，从而避免机械夹紧装置对零件产生的夹紧变形造成的加 工精度的误差［４ｌ。在数控加工中心上，可自动检测刀具库刀 具的换刀、转位、刀具与工件问的定位等情况。汽车经销商 可以利用紫外线传感器检测操纵系统装置鉴别各种零部件 是否处于正确的位置，如检测点火线上标记位置的正确性， 消音器铜管上配件位置的正确性及各种零件矫正垫圈位置 的正确性。提供各种零部件的经销商可用紫外线传感器检 查两种配合零件上粘附的标签，以确定其提供的配件是否符 合用户的要求。紫外线传感器也可以检测采购的配件上铆 接痕迹是否符合要求。 紫外线传感器应用在其他方面同样可以收到良好的效 果。如玻璃生产中的火焰探测和燃烧温度控制。楼宇自动 化中的电梯、太平门的自动化控制。在电子产品装配生产 中，可用于检测电子线路板线路标记是否零乱而自动整理和 紫 排放整齐。在真空吸尘器生产中用于检测真空囊黏结的密 封性和清洁管线外表。在家具装配中用于检测板与板之间 的胶粘情况。检查食品袋上的编码日期和封口时间，瓶装产 品瓶盖的密封等等。 例如，某企业在机械装配中曾遇到了用泡沫塑料垫与机 架间缺少润滑油而产生尖叫声的问题。为了解决该问题消 除噪声，他们当初在润滑油中添加了着色剂，以便随时检测 是否缺少润滑油而及时补充。但他们发现这样做着色剂会 使零件产生锈蚀。后来改用紫外线敏感材料代替着色剂，利 用紫外线传感器检测使问题得到了解决＿３］。 图１ ３小结 根据紫外线传感器与传感技术结合的方式不同，紫外线 紫外线传感器灵敏度高、选择性好，应用广泛，与光电传 传感器的表现形式和控制方式各不相同。为了保证紫外线 感器相比发热量少、消耗能量少，成本较低；可以检测到棵眼 传感器检测时有一定的直线性、达到一定的测量精度、减小 看不到原本存在的信息。随着机电一体化新技术的继续发 滞后量和零漂误差，其测量调节指示装置的设计是很重要 展，紫外线传感器的性能将会得到不断完善，其检测结果将 的。可以采用发光二极管来指示各项指标量是否已达到，也 会更精确，检测距离更长，动态检测性能更好。因此，紫外线 可以采用数码显示装置。数码显示的优点是，当周围光的照 传感器的应用前景必将更加广阔。 度较高，且较难观测清物体被测部位情况时，数码显示不但 能指示出要检测的目标是否对准，而且能表明调节是否到 参考文献： 位。如果将紫外线传感器与自主学习功能相结合设计成自 ［１］卢文祥．机械制造中的测试技术［Ｍ］．北京：机械工业出 学功能装置，它可以帮助没有经验的使用者学会使用某种东 版社．１９８１：６２． 西。若将其与模拟信号控制输出装置相结合设计，可以用于 ［２］刘杰．机电一体化技术基础与产品设计［Ｍ］．北京：冶金 质量控制程序。例如，当被测对象位置有偏移现象时，其平 工业出版社，２００３：１８１． 均亮度会减弱，这时控制装置会产生反馈，调整装置自动将 ［３］Ｊｏｅ Ｒｏｚｇｏｎｙｉ．Ｔｈｅ Ｇｌｏｗ ｏｆ Ｓｕｃｃｅ￣［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ：ＡＳＳＥＭ－ 被测对象调整到正确的位置。 ＢＩ Ｙ，２００５，４８（１）：１１０． ２应用前景 ［４］Ｄｅｒｅｋ Ｋｏｍ，Ｌｉ【ｇｈｔ—Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｇｌｕｅ Ｈｏｌｄｓ Ａｎｄ Ｒｅｌｅａｓｅｓ 紫外线传感器可以广泛用于机电一体化技术产品中。 ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ Ｉｎ Ａ Ｆｌａｓｈ［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ：Ｍｏｄｅｍ Ｍａｃｈｉｎｅ 机动车制造企业可以将紫外线传感器装配在车辆上需要监 Ｓｈｏｐ，２００４，７７（６）：４８—５０． 测的重要零件部位。例如，可设计一套自动调整装置，若螺 母一旦松动，通过自动检测装置起动机械手将其恢复到所需 （责任编辑吕志远） Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｆ０ｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ＹＯＵ Ｈｕａｎｇ—ｈｕａｎｇ．ＺＨＯＵ Ｗａｎ—ｃｈｕｎ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｚｈｏｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１ ５） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ，ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｉｎｇｓ ｔｈａｔ ａｒｅ ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ ｉｎｖｉｓ— ｉｂｌｅ；ｌＯＷ ｃｏｎｓｕｍｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｈａｎ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｃｏｓｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｏｓｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｃｃａｓｉｏｎ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｕｌｔｒａｖｉｏ— ｌｅｔ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ；ｓｅｎｍｒ；ｃｏｓｔ；ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． ・１２４・
