光电检测技术范文

时间:2023-10-28 04:39:30

光电检测技术

光电检测技术篇1

【关键字】光伏发电;孤岛效应;孤岛检测

【中图分类号】TM615 【文献标识码】A

1、引言

随着全球能源形势的日益紧张和环境污染的加剧,光伏发电以其环境友好而成为了世界各国争相发展的能源新宠。本文在详细分析并网型光伏发电系统运行中的孤岛效应基础上,对三类孤岛检测方法进行了对比介绍。

2、孤岛效应

如图1所示,并网光伏发电系统(Grid-connected PV System)经过断路器1接至公共连接点(point of common coupling,PCC),R、L、C为光伏发电系统负载。孤岛效应是指电网从PCC处断开,进而使得分布式电源(Distributed Generation,DG)与其负载形成封闭系统的现象[1]。一般情况下,因为DG输出功率和负载的不匹配,电网和DG系统间都会有能量的流动,即。当孤岛产生时,突变为0,这将导致PCC处电压和频率发生突变,进而出现过电流等现象,威胁到系统运行、设备及人员的安全,因此,孤岛的快速有效检测对保护控制尤为重要[1]。

图1光伏发电系统运行原理图

3、孤岛检测

孤岛检测方法主要分为基于电力线路通信的检测方法、被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法三种。

3.1基于电力线路通信的检测方法

基于电力线路通信的检测方法有:基于SCADA系统的断路器和重合闸装置状态检测方法和电力线路载波方法[2]。这种方法的可靠性较强,但因为成本较高,联动操作复杂及延时较长,基于电力线路通信的检测方法未被广泛应用。

3.2被动式孤岛检测方法

被动式孤岛检测方法是通过检测PCC处电压、频率等电参量来完成孤岛检测的。主要有:过/欠电压和高/低频率检测法(Over/Under Voltage and Over/Under Frequency,OUV and OUF)、电压相位跳变检测(Phase Jump Detection,PJD)和电压谐波检测法(Harmonic Detect,HD)[3]。被动式孤岛检测方法的优点是不会对系统产生影响;缺点是系统检测盲区(No-detection Zone,NDZ)较大,易出现误动。

3.3主动式孤岛检测方法

主动式检测方法主要思想是通过分布式电源的控制器向电网中注入小的扰动,根据电网对此扰动的响应来检测孤岛。主要有:阻抗测量检测法、主动频率偏移法(Active Frequency Drift,AFD)、Sandia频率漂移检测法(Sandia frequency shift,SFS)和Sandia电压漂移检测法(Sandia Voltage shift,SVS)等[4],本文重点介绍AFD及其改进检测方法。

1)主动频率偏移法(Active Frequency Drift,AFD)

主动频率偏移法[5]是通过控制逆变器来改变PV系统输出电流的半波周期,如图2所示,在每个半波周期结束时加入一个死区时间,则半周期频率偏移量为。基于系统稳定运行的需要,电流的整波周期认为0.02s。定义截断系数,为电网电流周期。

正常情况下,光伏逆变器为单位功率因数运行。当电网与PV系统断开时,电流和电压的相位差会逆变器增大输出电流的频率;另一方面,死区时间的设置会使得电流频率不断的增大,直至频率增大至触动过频率保护。这种孤岛检测方法对感性负载中检测效果最好,电阻性负载检测效果一般,但是由于容性负载对PCC电压频率的一直作用使得孤岛检测失败,即有一定的检测盲区。

2)Sandia频率漂移检测法(Sandia frequency shift,SFS)

基于AFD的Sandia频率漂移检测法[6]是在AFD的基础上进行了正反馈的线性放大处理,如式(1)所示,重新定义截断系数为:

cfk=cf0+k((fk-1)―f0) (1)

式中:为截断系数初值,K是反馈系数,是第k-1次检测到的PCC处的频率,是电网工频(50Hz)。

未形成孤岛时,和相等,即公式(1)括号内部分为0;当PV系统和电网断开时,逐渐增大,公式(1)等号右侧后半部分不断增大,直至越过频率保护限值。反馈系数K的控制可以实现检测速度的调节、频率负向变化的检测,同时也减小了NDZ的范围。

较被动式孤岛检测技术,主动式的孤岛检测方法检测盲区更小、检测速度更快;不足是会向电网注入少量的谐波,对系统电能质量产生一定的影响。

4、结束语

本文对孤岛效应的形成原因及其对光伏发电系统的影响做了深入的分析,对比阐述了三类孤岛检测技术的原理和技术性能。此外,未来在开发新孤岛检测方法的基础上,多种检测技术的组合使用方法也是一个提高孤岛检测效率及性能的研究方向。

【参考文献】

[1]郭小强,赵清林,邬伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术[J].电工技术学报,2007,4(22):157-162.

[2]鹿婷,段善旭,康勇.逆变器并网的孤岛检测方法[J].通信电源技术,2006,23(3):38-41.

[3]Z. Ye, R. Walling, L. Garces, R. Zhou, L. Li and T. Wang, “Study and development of anti-islanding control for grid-connected inverters,” NREL/SR-560-36243. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, May 2004.

[4]冯轲,贺明智,游小杰,等.光伏并网发电系统孤岛检测技术研究[J].电气自动化,2010,2(32):39-42.

[5]Yafaoui, A. Bin, Wu. Kouro. S. Improved Active Frequency Drift Anti-islanding Detection Method for Grid Connected Photovoltaic Systems. New York, USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers,2009.

光电检测技术篇2

关键词 光学自动检测技术;高密度板极电路

中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)07-0089-01

现阶段电子制造业电路板SMT发展日益成熟生产效率大幅提升,随着元件的小型化、集成化、多种类型元件混装化趋势下,对PCB焊膏丝印、贴装和回流焊全工序过程提出了极高的工艺要求。这种情况下电路板元件在贴装、焊接后极可能出现偏移侧立等缺陷,所以检查并发现这些缺陷对合格成品质量和改进工艺方法起着至关重要的作用。随着大批量高密度板极电路组件的投产应用,单纯的靠人工检测已满足不了生产形势,必须要利用先进的检测技术对环节把控,不但可以提高检测质量还可以提高检验效率缩短生产周期。

1 简介

光学检测技术在很大程度上解放了人工对照图纸单个元件检验的模式,通过电脑程序对电路板元件属性的设置,即可快速检测发现焊接缺陷。该技术有着检测精度高、速度快特点,目前检测设备主要有国内和国外的制造商,他们的最大不同点是处理图像算法不同。目前我们使用的是Orbotech公司Vantage s22型号光学自动检测仪,生产焊点检测速度:大于60CM2/S;最小检测器件:01005;最小引脚间距:0.15 mm;最大PCB尺寸:510 mm×470 mm;检查项目:元器件缺陷(缺失、极性、立碑、反转、错件、引脚损害、偏移);焊点缺陷(桥连、开路、翘脚、润湿问题、焊锡过多或不足等问题);其他(污染、弯角、碎片、另外提供OCV光学识别字符)。

2 结构和原理

1)结构组成。光学自动检测仪由主体设备、离线编程工作站和返修工作站组成。主体设备由主机、运动和气动系统、光学头部部分、系统控制单元和电源组成。运动和气动系统:XYZ轴的运动实现板卡在水平和竖直方向运动,汽缸实现对电路板的位置调整与固定,光学尺、增量式编码器和传感器用于测量;光学头部部分:5个相机(1个正面4个侧面)和16个LED闪光灯;系统控制单元:图像采集板卡、运动控制板卡;电源:上部接线盒、中央接线盒。

图1

2)原理。通过内部照明单元LED将焊锡元件分解成不同颜色在制作检查程序时取一块标准板对上面的各个元件的不同部分设定合适参数。利用三色光的反射原理,控制闪光灯定时接收PC中相机控制板发出开启和暂停信号,用相机拍摄获取电路板元件焊接情况图像,通过复杂算法比对设定门槛值(亮暗参考值)得出结果,进行判断好坏。

3 系统动作过程

进板、回原点(气缸完成停板和夹板动作)、找MARK点(两个)、两个基本点按照程序编写窗口顺利检测、出板、等待进板。这些动作包括:XYZ轴的运动来转换板卡的位置,汽缸的运动调整板卡的位置,相机拍照来获取信息,另外系统可完成自动宽度调整和高速手动放板。

图2

4 应用过程

1)编程。打开应用软件后主界面分为编程和生产页面,点击编程选项后进行电路板检测程序编程。编程可分为六个步骤:建立板号、选择焊料种类和设置尺寸、加载电路板和获取电路板背景图片、导入CAD数据、标记MARK点(2个)、设置封装、逻辑错误检查。其中最后两步较为关键也较为复杂。

建立元件封装包括:设置元件本体尺寸、元件引脚(尺寸、数量、类型)、焊盘位置、和极性标记;每个元件都要加载相应类型封装,如封装库已有相同类型的可自动连接导入;逻辑错误检查:检查前面设置是否合理是否存在逻辑错误,需要进行反复修改完善。

程序编辑主要分为:测试程序图像区、测试程序编辑区、元件属性编辑区、视图模式和测试结果组成。

图3

2)测试。打开生产测试程序,主测试设备对电路板进行检测后,将测试数据传送给离线工作站,工作站从数据库中调出相应板号程序,打开数据包按照报警定位图片信息根据工艺标准逐一进行排查,确定缺陷返工维修。

图4

5 结束语

在编程时程序设计过程越完整元件属性定义越准确误报率越低,大批量PCB板生产检测效率高,稳定产品质量加强过程控制尤为重要。

参考文献

[1]贾忠中.SMT核心工艺解析与案例分析[M].电子工业出版社,2010.

光电检测技术篇3

1 质量检测技术

对水利工程开展质量检测是水利工程项目建设中的核心组成部分,也是施工质量和交、竣工验收评定工作中不可或缺的重要环节,应穿插于各个施工阶段之中。借助先进的检测技术手段,可定性乃至定量地对正在施工中或已施工完成设施的质量进行科学地评估,有助于及时发现存在的质量问题,实现对工程质量的实时监控,切实保障工程质量。

归纳而言,水利工程质量检测技术是集试验检测基本理论、测试操作技术手段以及建设工程相关学科的基础知识于一体,检测结果可作为工程设计参数选取、施工质量控制及最终施工质量验收评定的主要参考依据。当前,水利工程质量检测技术从大层面可分破损式检测技术和无损式检测技术两大类。细分,前者主要指传统的机电检测技术和机械检测技术;后者主要指超声波检测技术、雷达检测技术、激光检测技术等新型检测技术。各种技术的原理及适用场合具体如下。

1.1 破损式检测技术

传统的机电检测技术和机械检测技术是破损式检测技术的典型代表。这两种技术的原理类似,共同之处在于都是通过借助于机械机构和人工操作的方式获取工程设施的基本参数,不同之处在于前者还可通过电子系统测试采集所需的部分技术参数。相比而言,机电检测技术因获取数据资料的手段更为丰富,因而目前在水利工程质量检测领域的应用空间较广。

但必须指出的是,破损式检测技术存在一定的局限性,比如,①质量检测中通常随机选取被测点,因而检测结果显得片面,不具普遍性;②所选检测点的密度通常较小且呈现无规律分布态势,这必然易造成某些局部厚度偏小、水泥混凝土或沥青内部存在的缺陷、压实度达不到要求等不良区段漏检,无法保证此处的工程质量,提升了安全隐患出现概率;③缺乏有效的检测手段探测工程设施(尤其是隐蔽设施)内部可能存在的潜在性危害,如内部疏松、空洞、缩孔等,难以做到防患于未然。随着时间推移和环境气候的侵蚀和影响,这些潜在危害必将成为事故诱发导火索。

也正是因为上述的局限性,很大程度制约着破损式检测技术的应用空间。在此背景下,无损建筑设施结构且能形象直观探明水利工程设施内部及外观质量的新型无损式检测技术逐渐备受青睐。

1.2 无损式检测技术

无损式检测技术的优势在于采取不破坏建筑设施结构的方式获取能反映设施内部质量的有效数据。目前,该技术主要涵盖五大类,即超声波检测技术、激光检测技术、频谱分析技术、雷达检测技术和其他检测技术。本文选取超声检测技术、激光检测技术和频谱分析技术为代表进行详细概述。

1.2.1 超声波检测技术

作为无损式检测技术中的典型代表,超声波检测技术是一种基于人工方式在建筑工程内部结构中激发出一定频率的弹性波,由此发射出超声波到材料介质,接到反射波的相关参数,通过分析研究这些波动信号,进而判断建筑结构的力学特性或内部破损情况的检测方法。因兼具激光激发容易、检测操作便捷、成本低廉等优点,目前在水利工程质量检测方面(尤其是隐蔽基础设施质量检测方面)已显现出一定优越性,同时展现出美好的应用前景。

1.2.2 激光检测技术

激光检测技术是新型无损式检测技术的另一典型代表。该技术以其方向性强、亮度高、相干性衍射性好及微侧强度良好的优点,极大拓宽了应用空间,目前已成为工程质量检测的首选手段之一。概括来说,激光检测技术应用于工程质量检测主要利用其三方面的原理:

1)激光衍射原理:激光遇到狭缝时会发生衍射现象,屏幕上会出现亮暗相间的条纹,而亮暗相间条纹与狭缝宽窄有关,调整狭缝的宽窄,得到屏幕上不同狭缝宽度下的亮暗相干条纹,根据相干条纹的情况来判断狭缝宽度的变化,即可评估工程结构变形情况。

2)光电反射原理:根据激光光强愈强则光电流愈强的原理,通过光电转化器将光能转化为电能。当激光光强发生变化时,光电流也随之发生变化。因而,事先标定建立光电流与位移的关系,即可根据光电流的变化推算出弯沉位移变化量。

3)光时差原理:利用激光传播速度极快的原理记录激光通过很短距离的时差。

1.2.3 频谱分析技术

频谱分析技术检测工程质量的原理是通过分析传播于不同介质中表面波的频率特性。具体检测过程为:通过力锤垂直冲击建筑结构表面,以此方式产生以振源为中心的具有各种频率成分并且能沿地表一定深度向四周传播的表面波。借助于传感器检测表

面波的传播频率,同时依托频域互谱和相干分析技术进行分析,并测试不同建筑结构不同深度层的力学参数,以间接反映工程质量。但相比前两种技术而言,该技术存在一定的局限性,仅适用于检测工程设施的内部均匀性。

2 质量检测技术发展前景展望

着眼于切实保障水利工程建设质量,工程质量检测技术必须持续进步、深化发展。总的来看,近些年,我国工程质量检测技术的发展态势良好,呈现为由借助于人工方段检测向借助于自动化手段检测、由一般技术含量向高新技术含量、由破损式检测方式向无损式检测方式的过渡局面。尽管如此,相比于国外的工程质量检测技术先进水平,我国仍存在明显的差距,这与对工程质量检测技术的重视程度不够和对新技术开发的投入力度不足密切关联。但同时也应看到,工程质量检测技术的发展空间广阔,相信随着诸如控制显示一体化、GPS卫星定位、图像处理与模式识别、信息高度集成等多项尖端技术的融入和渗透,未来的工程质量检测技术必将兼具精密化、实时化、标准化和智能化,助力水利工程建设事业的跨越式发展。

参考文献

[1]梁新政.建筑工程无损检测技术新发展[J].公路,2002,9.

[2]叶青.激光技术在工程建设中的应用简介[J].中南建设工程,1996,12.

[3]聂友芳.工程质量检测评价方法的研究[J].公路与汽运,2003,3.

光电检测技术篇4

关键词:光电技术;纺织生产;光电池;电检测

0 引言

随着光电技术的迅速发展以及人们对纺织品更新的需求,光电技术在纺织品的设计以及纺织生产过程中都具有新的应用。这对于增加纺织品的功能,提高纺织的生产效率和产品质量具有重要的作用。

1 光电技术在高性能纺织纤维设计中的应用

纺织行业中,除了传统的服装使用以及遮盖用的纺织品外,光电技术在高性能、多功能纺织品中的应用正在不断拓展。在设计纺织材料的过程中,除了在纺织材料中嵌入各种光电材料之外,还可以与太阳能技术整合起来,作为一个重要的纺织结构材料。由此看来,可以采用光电技术将纤维和纺织材料制成为光电池。因些,可以利用光电技术制成的光电纺织物制作成轻便的新产品,或者是采用电子设备的形式将光电纺织材料整合起来,形成新的应用产品。最终,使用光电技术应用在纺织中制造出新复合材料之外,还可以生产出更具有柔软性的光电结构产品,诸如柔韧性极高的高效光电纤维等。

生产这些高效能的光电纤维,其主要是采用特殊的材料和生产工艺。尤其是随着铜、铟、镓和硒等化合物光电材料的迅速发展,而且这些材料更加环保,在柔性的纺织材料中太阳能电池中得到广泛的应用,在太空科技中有更高的应用,而使得传统的硅基材料使用程度有所减小。

在当前各种形式的太阳能电池中,在考虑柔韧性、经济性以及使用性能等多个特征的基础上,这种基于纺织纤维的高性能电池更适合于在织物中使用。当前,已经有文献对在纺织材料中添加光电太阳能电池方面进行了研究。而且对这种光电织物在推广过程中需要注意的问题进行了分析,诸如在设计的过程中更具有针对性,以市场的需求为导向,以客户的要求为基准,以免产生负面的商业影响。同时,光电膜也应该设置在织物或者是纺织产品的外层,这样可以最大程度的接受来自太阳的能量。与传统的树脂基太阳能电池相比,这种基于纤维的光电池将更加的轻质和柔韧,而且可以添加到织物的土层当中,便于其推广和应用。例如,可以将之设置到野营的帐篷或者是遮蔽材料中,有时还可以设置到户外背包中,使得在野外也可以获得电能。

2 光电检测技术在大容量棉纤维长度检测中的应用

当前的棉纤维长度检测设备主要可以分为三个基本类型:光电检测设备、分组称量型设备以及全自动测量设备。其中,分组称量型设备虽然具有原理简单、明了的特点,但是其操作过于繁琐、劳动强度较大,导致其误差的来源较多,难以控制;而光电检测设备则具有测量速度快、检测效率高以及灵敏度高的特点,在精密测试设备中得到了广泛的应用。其基本的原理就是对被测量的变化而引起的光参数变化,诸如光强度、相位、偏振以及频率等的变化,最终获得被测量数据的变化。

2.1 系统测试原理

在对棉纤维的长度进行测试的过程中,光电检测设备需要从松散的棉纤维样品中抽取大约120g的棉纤维样品,然后采用螺旋式梳夹将其锁紧,在经过梳刷的初步处理之后,将其中的浮游纤维去掉,通过这个过程保证棉纤维的伸直和平行。然后,在一定的拉伸张力之下使得棉纤维伸展开来,然后将其通过光电检测设备。之后,使用棉纤维跟随梳夹在支架上伴随移动,随着棉纤维的移动会使得光源透射到光电接收设备之上,然后利用光电转换设备将表示纤维长度的光信号转变成为电信号,最终得到所有棉纤维的长度分布曲线图,最终统计得到棉纤维长度的各种指标曲线。这种棉纤维长度检测技术是典型的透射式光强度信号检测技术,其具有技术原理简单,操作方便,检测的灵敏度、可靠度以及精度较高的特点。

2.2 棉纤维长度光电检测系统基本组成框图

根据上面对棉纤维长度光电检测系统检测原理的表述,在对实际的检测电路进行设计的过程中,首先要设计出该系统的光电检测系统框图,其基本的流程如下图1所示。

1)检测设备光学部分的设计流程。该检测系统的光学部分主要包括光源、光源导光板、接收光线的聚光透镜以及光电接收设备pa与pb等构成的两条基本管线通路,如下图2所示。

其中,光源是采用通过精心选择,且光线强度经过严格匹配之后获得的多种发光二极管,最终形成了条状的光源。在检测工作进行的过程中,由于发光二极管的发射角通常比较小,这导致立体角方向的光能量得到迅速的提高,能够保证棉纤维束所得到的光线强度也对应的提高,便于检测设备捕获到光信号的变化。而光源导光板则是利用特殊的材料制成,保证通过该设备可以将光源所发出的光便变成一道均匀而平行的光束,且光源能够平行的照射到被检测的棉纤维之上,使得检测精度得到有效控制。

而变化光源的聚光接受透镜则是利用光的全反射原理,将透镜制作成为一个梯形的形状,使得经过棉纤维束的光线在有效宽度之内能够有效的聚集到光电接收设备的接收器Pa之上。其中,光电接收设备中利用光电二极管制成Pb,而Pa则是线性的噪声度较低,且能够在光源波长处具有最大接收灵敏度的光电池。光源中发出的光在经过光源导板之后,直接照射到被检测的棉纤维束上,而透过的光则通过接收聚光透镜,将处于有效测量宽度之内的透射光聚焦到光电接收设备Pa之上。这时,被检测的纤维束是处于光源导光板以及光线接收透镜之间的通道之中的,形成了一条测量的光路。而另外一部分光线则是直接传输到光电接收设备Pb之上,进而形成一条参考光通路。同时,将参考光路之上的光源以及光电接收设备Pb封装在一起。其中,在测量光通路上,光源导光板、光电接收设备Pa以及接收透镜,一起对场角的大小进行控制,这样可以将进入光电接收设备Pa的杂散光线,进而对背景噪声的大小进行有效控制,提高光电检测系统的信噪比,确保光学部分的信号传输尽可能的准确。

2)检测设备光电转换部分的设计。测量光路传输过来的光信号包含了被检测纤维束不同长度处的光信号,在经过光电池之后可以将之转换成为电压信号,便于分析和处理。与此同时,在参考光路上直接传输过来的光信号在经过光电二极管的处理之后也形成电压变化信号。

其次,在检测设备的设计过程中,光电池的长度要适当长出接收聚光透镜光面长度大约4mm。这样,能够尽可能的降低光电池在光电转换的过程中出现可能存在的边缘效应。确保光电池能够很好的使用电信号描述出光强度的变化。

3)调制和解调电路的设计。对于光强度检测系统的调制设备而言,导致信号的检测出现误差的重要因素是由于光源强度的漂移以及光信号受到干扰。为了达到有效去除由于测量现场光污染出现的干扰光以及光强的漂移问题,需要对光源进行调制处理,然后在两个光电接收设备的输出处进行解调,实现快速高效地提高设备的检测精度。

在长度检测系统当中,脉冲发生器产生的脉冲能够对产生光源的电源电压进行通断操作,实现对光源的调制。然后利用和输入信号同频率、同相,而且幅值足够大的方波信号作为检测光源信号的参考信号,利用相敏解调电路来对光电转换信号进行解调,达到对噪声进行抑制的目的,有效的提高了系统的信噪比,进一提高检测的精度。

3 结语

本文对纺织纤维的高性能光电池,光电检测技术在大容量棉纤维长度检测中的应用进行了较为详细的论述,分析了光电技术在纺织中的应用,拓宽了光电技术在纺织过程中的应用起到了一定的促进作用。

参考文献:

[1]赵亚妮,光电检测技术在大容量棉纤维长度测试中的应用[J].上海纺织科技,2012,40(2):47-51.

[2]A.C.Bedeloglu、Y. Bozkurt、A.Demir等,光电技术在纺织中的应用[J].国际纺织导报,2010,38(11):70-71.

光电检测技术篇5

关键词:照明;检测技术;LED

中图分类号:U260.4 文献标识码:A

1 概述

检测技术是科技领域的重要组成部分,可以说,科技的发展每一步都离不开检测技术的配合,尤其是极端条件下的检测技术,已成为深化认识、推动科技进步的重要手段。而照明电器检测技术也不例外,照明行业的发展离不开照明检测技术,检测技术是行业研发新产品的技术保障。

照明行业是永恒的阳光产业,从白炽灯,到荧光灯、高强度气体放电灯、LED,满足了人们对光的基本需求,更创造出了许多美轮美奂的场景,也满足了人们对生活更美好的追求,行业的发展离不开检测技术的作用。节能、高效、环保、安全、高品质等成为照明电器行业的发展方向。照明检测主要包括两种类型:工程产品检测和现场工程检测。1)工程产品检测:当前主要是做灯具和光源的光学性能检测,以及电气安全性能检测。 2)现场工程检测:可分为室内照明检测和室外照明检测。室外照明检测根据实际需要分为体育场(馆)照明检测、道路(包括桥梁)照明检测、机场停机坪照明检测、广场照明检测、城市夜景照明检测等。

2 照明检测技术

2.1 LED检测技术

LED作为一种新型光源应用在照明领域,其结构、特性、应用等,与白炽灯、荧光灯等传统光源相比,均存在很大差别。加之LED照明产品往往存在较复杂的光束分布,可能有一定的空间色度差异,同时LED及LED照明产品的多样性、创新性,LED照明产品生产相关技术的突破发展,新产品的不断涌现,造成目前LED标准、检测、评估等工作的相对滞后,成为影响LED照明产业发展的瓶颈。

2.1.1 LED灯具检测

与传统光源(白炽灯、荧光灯)相同,LED灯具产品也需要对其电学参数、光学参数、色度参数、热学参数、寿命、可靠性、安全性等进行测试分析来表征。但由于LED灯具独特的发光特性,单个LED具有点光源特性,使得LED产品的特性与传统光源有较大的差别。当多个LED集成组成光源和灯具产品,多样的结构组合产生更加复杂得光源特性。同时,由于LED灯具独特的整体特性及其复杂的现场环境,其LED光源模块、散热部件和驱动电源等组成部分紧密结合,发光强度分布在长距离测量不能字符的LED和LED luminares光度足够的差异,同时传统的测量条件下的测试的结果,与LED模块进入灯具内的实际工作情况的差异,使得对LED灯具的测试技术提出了更高的要求。众所周知,LED的光电特性与其结温度有密切的关系,同个产品,结温不同测得的光电参数会相差甚远。在LED产品的光电色参数测试中,环境温度、散热器的温度变化都会改变LED的结温,从而影响产品的光学性能。在LED灯具的光度测试中,往往是发光器件与灯具壳件是不可分离,需要一体测试,通常采用绝对光度测量方法。

2.1.2 LED芯片封装缺陷检测技术

LED封装工艺是影响LED功能作用的主要因素之一,而目前LED产品的检测技术主要针对封装前半导体参数的检测以及封装完成后LED成品的特性参数检测,而对封装过程缺陷的检测技术较少。从使用角度分析,LED封装过程中产生的缺陷,虽然使用初期并不影响其光电性能,但在以后的使用过程中会逐渐暴露出来并导致器件失效,同时封装缺陷不仅影响LED产品的性能,同时也会增加生产成本,阻碍LED照明产业的发展。目前,在实验检测方面有通过测试引脚式LED支架回路光电流的大小和有无,来反映LED封装工艺中的各个功能状态,从而初步检测出LED芯片缺陷和功能的方法;根据PN结的光生伏特效应原理,利用非接触法的方法检测LED封装过程中产生的缺陷。在生产线上,有利用机器视觉图像定位来LED芯片进行检测,分拣。

2.2 闪光型照明装置光度特性的检测技术

闪光型照明装置的指示信号用在固定建筑物、构筑物上的障碍灯,标志直升机场位置的指示灯、航海救生设备中的信号灯,以及快速道路的养路修路设备的指示灯。闪光型照明装置的光度测试技术最终是模似人眼的感光方式,提高感知度。目前,国内的光度测量技术大多是针对持续发光的光源的。对这种快速变化的光源的测试研究的较少。对于闪光型灯具有效光强的测试有两种方法,一采用Blondel-Rey公式方法来评价闪光型灯具的有效光强,二采用波形系数的方法,简化非矩形脉冲的方法来计算有效光强。闪光型灯具光度特性测试系统由闪光光度测试设备和B-平面系统分布广度测角仪组成。

2.3 道路照明灯具空间光分布测试技术

道路照明灯具空间光分布是决定道路照明效果的关键性指标,合适的配光分布是提高照明效率的重要手段。通过对道路灯具的光度分布特点的分析,对配光测试方法的研究,应用空间光分布精确测试方法,获得准确的配光数据,指导科学地选择照明灯具,提高照明质量、节约能源、保证交通安全。目前,在国内的道路照明行业中,多数使用照度计采用传统的人工逐点测量的方法来测量路灯照明系统的照度和照度均匀度等数据。目前有开发了车载式道路照明检测系统软件,此软件可实现将两只照度传感器采集的照度值进行求平均值,并可计算出当前测量的路面的照度平均值和照度均匀度。软件还可以绘制出当前测量的路面的适时照度和平均照度的曲线,方便、实用。

2.4 照明设备多路照度检测控制系统研究

传统的照明控制系统中,较多的使用普通光传感器结合A/D转换器(ADC)的方案。一是因为光传感器检测到的光信号包含可见光、红外光成分,在设计中要充分考虑到滤除红外光对光传感器检测数据的影响,在设计其要采用分离的器件,使得设计变的相对复杂;二是由于照度的检测范围比较窄,不能实现多路照度检测,使得对同一场所内多个照明设备必须实施分区域控制。目前,开发研制的多路照度检测控制系统照明设备以单片机P87LPC768为控制核心,采用具有I2C总线接口的ISL29004进行照度检测,使用准双向I2C总线缓冲器P82896对I2C总线进行驱动扩展,在简化系统设计的同时实现了多路照度检测以及自动照明控制,实现对多个照明设备进行分区域控制,在节能的同时营造更舒适的照明环境。通过多路照度检测控制系统对大型照明系统的能耗进行测试,剔除掉能耗突出的照明系统方案,从而制定合理照度要求,改善灯具布局,在保证基本照明的前提下,有效的节约能源,为区域的照明设计和节能管理提供参考依据。

2.5 光生物安全测试技术

光生物安全性是指光源光辐射对人体的危害性,例如紫外辐射可以引起皮肤癌、白内障等,强激光可以灼伤皮肤、视网膜等。过去对于光辐射对人体造成的伤害并没有详细的测量评估方法,传统的测试手段是评估光波中所包含的紫外或不可见光的含量。而现今科学技术发展,有关LED产品、激光产品的光生物安全性问题越来越受到人们的关注和重视。浙大三色是国内首先开展非相干光源辐射安全测试仪器的研究单位,并已经开发研制成功紫外辐射安全测试设备,除此之外,在LED的光辐射安全测试方面又取得了重大突破。光生物安全测试技术的研究有利于减少光源光辐射对人体的危害性,具有重要的意义。

结语

我国照明检测技术已经发展到一定的水平,自行制造的部分照明检测仪器如光度计、照度计等还远销国外。但是由于目前技术还是有限,许多检测仪器还在研发阶段,部分精密检测仪器仍需由国外进口,和国外的检测技术还是有一定差距的。随着照明行业的飞速发展,如何使我国的照明检测技术与我国照明技术的快速发展相适应,如何与国际水平保持一致,是值得深思的问题。

参考文献

[1]俞安琪.LED照明产品检测方法中的缺陷和改善的对策.照明工程学报,2010,11(05).

[2]李恋,李平,文玉梅等.LED芯片非接触在线检测方法[J].仪器仪表学报,2008,29(04).

[3]尹飞,李平,文玉梅等.LED芯片在线检测方法研究[J].传感技术学报,2008,21(05).

[4]蔡有海,文玉梅.LED芯片封装缺陷检测方法研究.传感技术学报,2010,6(04).

[5]党睿,马剑,刘刚.城市居住区照明检测新技术研究.照明工程学报,2011,22(02).

[6]王天永,张志海.浅谈自动控制中的PID[J].纯碱工业,2010(01).

[7]雷德明,严新平.多目标智能优化算法及其应用[M].北京:科学出版社,2009:11-12.

光电检测技术篇6

【关键词】有机磷农药;传感器;检测

1.引言

有机磷农药是20世纪30年末问世的第二代人工合成农药,具有广谱、高效、品种多和残毒期短等特点,经常被用作杀虫剂喷洒在果树和蔬菜上。如果残留在水果和蔬菜上的有机磷或环境中的有机磷进入到有机体内,大部分会对生物体内胆碱酯酶有抑制作用,使其失去分解乙酰胆碱的能力,造成乙酰胆碱积累,引起神经功能紊乱,从而导致肌体的损害。因此,对农产品中的有机磷残留进行快速、高效的检测具有重要意义。以理化方法为主的波谱法、色谱法、色质联用法等传统检测手段,操作复杂,耗时长。在国内外近年来开展的快速、高效的检测方法研究中,传感器技术特别是生物传感器技术得到广泛应用,起到了重要作用。

2.常用传感器检测技术

2.1 电子鼻(气敏传感器)检测技术

电子鼻因模拟嗅觉系统而得名,是模仿生物鼻的一种电子系统,是二十世纪90年展起来的分析、识别和检测复杂嗅觉及大多数挥发性气体成分的仪器。电子鼻主要是由气敏传感器阵列和模式识别系统两部分组成。气敏传感器相当于人类嗅觉系统中的嗅觉细胞,是电子鼻检测性能优劣的基础。单个气敏传感器的功能十分有限,目前还没有发现只对某种气体单一敏感的传感器材料,单个传感器对不同的响应可能会有变化,但它不具备自动识别气体种类和数量的能力。因此由具有光谱响应特性、高灵敏度、对不同气体(气味)灵敏度不同的气敏传感器组成传感器阵列,利用其交叉敏感性,来提高电子鼻的检测性能。利用信号预处理方法滤除模式采集过程中引入的噪声和干扰,提高信噪比,同时消除信号的模糊和失真,人为增强有用信号。模式识别系统也称为信息处理系统,相当于动物的大脑,通过对传感器阵列的输出信号进行适当的处理,对单一和混合气体组分信息进行定性识别和浓度定量分析。

利用电子鼻技术检测有气味的农药具有简单、快捷、成本低等特点,但是该技术受到敏感材料、制造工艺、数据处理方法等多方面的限制。

2.2 光电比色(光电传感器)技术

在一定条件下,有机磷农药可以和多种显色剂发生显色反应,其吸光值与农药的浓度呈一定的相关性。获取显色反应后的吸光度谱图,确定特征吸收峰后,采用同波长的高亮度单色发光二极管做为光源,利用光敏二极管实现光电转换。由于光电转换部分的电信号十分微弱,将存在很大的干扰和非线性,运用数据融合等处理方法,对所检测的数据进行滤波、辨识、优化等,提高检测数据的可靠性。该方法费用低、时间短、灵敏度较高,但是受显色反应的时间和环境温度因素影响较大。

光电传感器还可以转换为颜色传感器,如常用的LCS011是根据测量光源相对物体的光谱透射特性,利用发光二极管发射出蓝、绿、黄、红四种单色光,由光接收器接收。通过计算机输出四种颜色值。显色样品浓度不同表现为测得的四个颜色值不同。利用数据分析方法建立颜色值与样品浓度的数学模型。

CCD(电荷藕合器件图像传感器)数码相机的核心是感光器,用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机。利用CCD数码相机可以获得静止的二维图像,利用图像处理技术可以对获得的二维图像进行处理并建立数学模型。

2.3 分子印迹(印迹传感器)技术

分子印迹技术是近年来发展起来的一门结合高分子化学、材料科学、化学工程及生物化学的交叉学科技术。它是利用分子印迹聚合物模拟酶-底物或抗体-抗原之间的相互作用,对印迹分子进行专一识别。分子印迹聚合物传感器的制备是该技术近年来的重要应用方向之一。通常将其识别元件以膜或粉末形式固定在转换器表面。这种传感器通常具有很高的灵敏度与选择性。如González等[1]制备的地高辛荧光传感器,其检出限可达3.17×10-5mg/L,且不受其结构类似物的干扰。

近年来分子印迹传感器在不同种类农药检测研究中得到进展。目前,印迹传感器技术可用于敌草净、对硫磷、氯霉素等多种农药的检测,对大部分农药检测限可达μmol/L级。随着分子印迹和微电子技术的发展,印迹传感器技术作为一种新的农药检测方法,具有广阔的发展前景。

3.生物传感器技术

生物传感器是生物反应技术与传感技术有机结合的产物,是利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜、微生物、细胞等)作为识别元件,将生化反应转换成可定量的物理、化学信号(如光、热、声、质量、颜色、电化学等),这些变化通过不同原理的传感器(如光敏管、压电装置、热敏电阻、离子选择性电极等)转换成第二信号(通常为电信号),经放大后显示或记录,从而达到分析监测的目的。目前在农残检测中得到广泛关注,种类繁多。与传统的分析方法相比,生物传感器具有如下特点:一般不需要预处理、可重复使用、可连续监测易实现自动化测量等,成本低,便于推广普及。

3.1 酶传感器

该类传感器以酶为敏感元件,将酶通过某种方式与固相载体结合,然后将其装在一个小柱子中成为一个固定化反应柱,或将酶固定在电极上以电化学的方式传导酶反应产物的信息。肖飞等[2]制备的酶抑制电流型传感器,在检测有机磷农药时具有快速、线性范围宽、灵敏度高等特点,对有机磷农药呋喃丹最低检测限为4.0nmol/L。刘润等[3]等以戊二醛为交联剂,牛血清白蛋白物质,制成的生物传感器具有良好的重现性和回收率,对辛硫磷和氧化乐果的检出限分别为3.6×10-4g/L和5.9×10-4g/L。李元光等用乙酰胆碱酯酶电极和单片机结合研制的掌上型有机磷农药现场检测仪可测定0.5μg/mL-43.1μg/mL的敌敌畏和0.1μg/mL-15μg/mL的对硫磷,且仪器的响应时间短,仅需3min。

3.2 微生物传感器

微生物传感器的测定原理有两种类型:一类是利用微生物在同化底物时消耗氧的呼吸作用;另一类是利用不同的微生物含有不同的酶,这和动植物组织一样,把它作为酶源。由于酶对底物有高度专一性,但价格昂贵、稳定性差,因而许多生物传感器中用全活细胞,如细菌、酵母和真蒲等,用其制成的传感器称为微生物传感器。利用活微生物的代谢功能检测污染物,其优点是能适应宽范围的pH和温度,使用寿命长、价格低,但有选择性差的缺点。常见的微生物传感器有电化学型、光学型、热敏电阻型、压电高频阻抗型和燃料电池型。

3.3 免疫传感器

免疫传感器利用的是抗体和抗原之间的免疫化学反应,可用于对相应农药残留进行快速定量定性检测。免疫传感器分为竞争法和夹心法两类。根据使用的信号转换器,可分为电化学免疫传感器、光学免疫传感器、压电免疫传感器及表面等离子体共振(SPR)型传感器。酶、微生物传感器在测定污染物时有催化过程,可直接通过放大、转换系统产生相应的信号,而免疫传感器中的抗体与污染物作用时没有催化过程,需要有其它体系帮助才能完成物理信号的转换和放大。酶生物传感器技术满足了现场环境检测和快速检测的需要。近年来,测定有机磷农药的胆碱酯酶生物传感器取得了很大进步,但是由于胆碱酯酶对有机磷农药的选择性差、重复利用率低、,生物材料易失活的缺点使得此类传感器很难市场化。

3.4 压电生物传感器

压电生物传感器是将高灵敏度的压电质量传感器与特定的生物反应结合在一起的生物分析方法,其工作原理是压电晶体的振荡频率会因表面吸附而降低,把对某种物质有特效的敏感材料涂敷晶体置在石英表面,当涂敷晶体与配基接触时就会发生吸附,从而可定量地测定待测物质的含量。刘展眉等[4]以PVP-TMEDA涂敷的压电传感器检测有机磷农药,检测限可达10-9g。

3.5 纳米传感器

利用纳米粒子固定生物分子,可以增加固定的分子数量,从而增强反应信号。Singh等[5]用sol gel方法合成硅纳米颗粒,其直径为20nm或200nm。用该纳米颗粒固定乙酰胆碱脂酶构建有机磷农药生物传感器,结合离子敏场效应管检测,响应时间小于10s、灵敏度较高,对杀虫剂对硝苯磷脂的检测下限可达1×10-6mol/L。Cai等[6]把胶体金纳米颗粒固定在胱氨酸修饰的金电极表面,增大了有效固定面积,使得检测下限降低。在聚丁二炔的头端修饰上具有特异识别功能的生物分子,在溶液状态下,待测分子的结合拉动聚丁二炔纳米颗粒的结构变化,从而产生肉眼可见的蓝、红颜色变化,结合紫外检测,结果更为灵敏,该方法有可能发展成一种简单、方便的新型智能生物传感器。

3.6 液晶型化学传感器

美国威斯康星大学Abbott研究小组于1998年首次报道了液晶型化学传感器技术,该技术与其他的传感器技术的设计思想完全不同。它是在显微镜载玻片上制备出具有纳米级波纹状超薄金属膜,通过自组装技术,在膜上制备出具有一定分子识别能力的敏感膜,然后在敏感膜表面设法附着液晶分子。由于液晶分子在敏感膜表面具有整齐的取向排列,当自组装敏感膜遇到特定的化学物质时,液晶取向排列发生变化,从而改变液晶折射光线的能力,导致传感器的颜色和亮度的转变。赵建军等[7]研制的液晶型化学传感器在气相条件下检测沙林模拟剂甲基磷酸二甲酯的线性范围为0.03-1.00g/m3。

4.结论

从目前的发展趋势可以看出,农药残留检测的发展趋势是基本检测方式的改变。本文从有机磷农药的检测方法出发,重点总结了传感器技术在该领域的应用和发展。单一使用气敏、光敏、压电等传感器进行检测时存在检测农药的品种受限、精确度和准确性受多种因素影响较大。发展迅猛的生物传感器呈现多样化的趋势,尽管技术还不成熟,却有着广阔的应用前景,使农药残留快速检测技术呈现多元化的局面。

参考文献

[1]González G P,Hernando P F,Alegría J S D.An optical sensor for the determination of digoxin in serum samples based on a molecularly imprinted polymer membrane[J].Analytica Chimica Acta,2009,638(2):209-212.

[2]肖飞,曲云鹤,卫银银,等.AChE/PAMAM-Au/CNTs/GC传感器用于有机磷农药检测的研究[J].化学传感器,2008(4):36-40.

[3]刘润,郝玉翠,康天敌.基于碳纳米管修饰电极检测有机磷农药的生物传感器[J].分析实验室,2007,26(9):9-12.

[4]刘展眉,陈睿,江纪修.有机磷农药的压电检测法的研究[J].华南师范大学学报(自然科学版),1998(3):35-38.

[5]Singh A K,Flouders A W,Volponi J V.Development of sensors for direct detection of organophosphates.PartⅠ:immobilization,characterization and stabilization of acetylcholinesterase and organophosphate hydrolase on silica supports.Biosensors,1999,14:703-713.

[6]Cai H,Xu C,He P.Colloid auenhenced DNA immobilization for the electrochemical detection of sequence specific DNA.Journal of Electroanalytical Chemistry,2001,510(1-2):78-85.

[7]赵建军,余建华,左言军,等.液晶型化学传感器检测有机磷农药化合物的研究[J].防化研究,2004(1):26-29.

本文资助项目:北京市级大学生科学研究与创业行动计划(项目编号:SJ201302033)。

光电检测技术篇7

[关键词]激光无损检测 超声无损检测 射线无损检测

在 现代 生产中针对不同对象选择何种无损检测方法已成为人们关注的问题,为解决好这个问题,就必须对无损检测方法及其特征有较全面的了解。所谓无损检测,是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手段。也就是说,它利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化,评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。下面简要介绍三种常用方法的应用和发展。

一、激光技术在无损检测领域的应用与发展

激光技术在无损检测领域的应用始于七十年代初期,由于激光本身所具有的独特性能,使其在无损检测领域的应用不断扩大,并逐渐形成了激光全息、激光超声等无损检测新技术,这些技术由于其在现代无损检测方面具有独特能力而无可争议地成为无损检测领域的新成员。

1.激光全息无损检测技术

激光全息术是激光技术在无损检测领域应用最早、用得最多的方法。激光全息无损检测约占激光全息术总应用的25%。其检测的基本原理是通过对被测物体加外加载荷,利用有缺陷部位的形变量与其它部位不同的特点,通过加载前后所形成的全息图像的叠加来反映材料、结构内部是否存在缺陷。

激光全息无损检测技术的发展方向主要有以下几方面。

(1)将全息图记录在非线性记录材料上,以实现干涉图像的实时显现。

(2)利用 计算 机图像处理技术获取干涉条纹的实时定量数据。

(3)采用新的干涉技术,如相移干涉技术。在原来的基础上进一步提高全息技术的分辨率和准确性。

2.激光超声无损检测技术

激光超声技术是七十年代中期发展起来的无损检测新技术。它利用q开关脉冲激光器发出的激光束照射被测物体,激发出超声波,采用干涉仪显示该超声波的干涉条纹。与其他超声无损检测方法相比,激光超声检测的主要优越性如下。

(1)能实现一定距离之外的非接触检测,不存在耦合与匹配问题。

(2)利用超短激光脉冲可以得到超短声脉冲和高时间分辨率,可以在宽带范围内提取信息,实现宽带检测。

(3)易于聚焦,实现快速扫描和成像。

3.激光无损检测的发展

激光超声检测成本高,安全性较差,目前仍处于发展阶段。但在无损检测领域,激光超声检测在以下几方面的应用前景引起了人们的关注:(1)可用于高温条件下的检测.如热钢材的在线检测;(2)适用于某些不宜接近的样品,如放射性样品的检测;(3)激光束可入射到任何部位,可用于检测形状奇异的样品;(4)可用于超薄超细的样品及表面或亚表面层的检测。国外近几年已有将激光超声检测用于飞机复合材料的检测、热态钢的在线检测的报道,在化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体溅射等高温镀膜工艺过程中膜层厚度的实时检测方面也进行了研究。

二、超声检测技术在无损检测中的应用与发展

超声无损检测技术(ut)是五大常规检测技术之一,与其它常规无损检测技术相比,它具有被测对象范围广。检测深度大;缺陷定位准确,检测灵敏度高;成本低,使用方便;速度快,对人体无害以及便于现场使用等特点。

1.超声检测技术的应用

(1)目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在投检查。如钢板、管道、焊鞋、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨和机车车辆零部件、棱元件及集成电路引线的检测等。

(2)各种新材料的检测。如有机基复合材料、金属基复合材料、结构陶瓷材料、陶瓷基复合材料等,超声检测技术已成为复合材料的支柱。

(3)非金属的检测。如混凝土、岩石、桩基和路面等质量检验,包括对其内部缺陷、内应力、强度的检测应用也逐渐增多。

(4)大型结构、压力容器和复杂设备的检测。由于超声成像直观易懂,检测精度较高。因此,近几年我国集超声成像技术及超声信号处理技术等多学科前沿成果于一体的超声机器人检测系统已研制成功,为复杂形状构件的自动扫描超声成像检测提供了有效手段。

(5)核电工业的超声检测。

(6)其它方面的超声检测。如医学诊断广泛应用超声检测技术;目前人们正试图将超声检测技术用于开辟其它新领域和行业,如人们正努力将超声检测技术用于血压控制系统进行系统作非接触检测、辨识。性能分析和故障诊断等。

2.超声检测技术的发展

在现代无损检测技术中,超声成像技术是一种令人瞩目的新技术。超声图像可以提供直观和大量的信息,直接反映物体的声学和力学性质,有着非常广阔的发展前景。现代超声成像技术都是计算机技术、信号采集技术和图象处理技术相结合的产物。数据采集技术、图象重建技术、自动化和智能化技术以及超声成像系统的性能价格比等发展直接影响超声检测图像化的进程。现代超声成像技术大多有自动化和智能化的特点,因而有许多优点,如检测的一致性好,可靠性、复现性高,存储的检测结果可随时调用,并可以对历次检测的结果自动比较,以对缺陷做动态检测等。

目前已经使用和正在开发的成像技术包括:超声b扫描成像,超声c扫描成像、超声d扫描成像,saft(合成孔径聚焦)成像,p扫描成像,超声全息成像,超声ct成像等技术。

三、射线技术在无损检测领域内的应用与 发展

1.射线检测技术的应用

射线检测技术是利用射线(x射线、射线、中子射线等)穿过材料或工件时的强度衰减,检测其内部结构不连续性的技术。穿过材料或工件的射线由于强度不同在x射线胶片上的感光程度也不同,由此生成内部不连续的图像。

(1)早期使用在石油 工业 .分析钻井岩芯。

(2)在航空工业用于检验与评价复合材料和复合结构。评价某些复合件的制造过程。也用于一系列情况下样件的评价;这种检测与评价过程,大大简化了取样破坏分析过程。

(3)检测大型固体火箭发动机,这样的射线系统使用 电子 直线加速器x射线源,能量高迭25mev,可检验直径达3m的大型同体火箭发动机。

(4)检验小型、复杂、精密的铸件和锻件,进行缺陷检验和尺寸测量。

(5)检查工程陶瓷和粉末冶金产品制造过程发生的材料或成分变化,特别是对高强度、形状复杂的产品。

(6)组件结构检查。

2.射线检测技术的发展

(1)数字射线照相技术时代。1990年,r.halmshaw和n.a.ridyard在《英国无损检测杂志》上发表题为“数字射线照相方法评述”的文章,在评述了各种数字射线照相方法的发展之后认为,数字射线照相时代已经到来。近年来射线检测技术发展的基本特点是数字图象处理技术广泛应用于射线检测。射线层析检测和实时成像检测技术的重要基础之一是数字图象处理技术,即使常规胶片射线照相技术,也在采用数字图象处理技术。 (2)今后重点应用的技术。1994年harold berger在美国《材料评价》发表的“射线无损检测的趋势”中提出,在20世纪的最后10年和21世纪的初期,下列技术将得到广泛应用:①数字x射线实时检测系统在制造、在役检验和过程控制方面。②具有数据交换、使用ndt工作站的 计算 机化的射线检测系统。③小型、低成本的ct系统。④微焦点放大成像的x射线成像检验系统。⑤小型高灵敏度的x射线摄像机。⑥大面积的光电导x射线摄像机。

四、无损检测的发展趋势

1.超声相控阵技术

超声检测是应用最广泛的无损检测技术,具有许多优点,但需要耦合剂和换能器接近被检材料,因此,超声换能、电磁超声、超声相控阵技术得到快速发展。其中,超声相控阵技术是近年来超声检测中的一个新的技术热点。

超声相控阵技术使用不同形状的多阵元换能器来产生和接收超声波波束,通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的时间延迟,改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系,实现聚焦点和声束方向的变化,然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。与传统超声检测相比,由于声束角度可控和可动态聚焦,超声相控阵技术具有可检测复杂结构件和盲区位置缺陷和较高的检测频率等特点,可实现高速、全方位和多角度检测。对于一些规则的被检测对象,如管形焊缝、板材和管材等,超声相控阵技术可提高检测效率、简化设计、降低技术成本。特别是在焊缝检测中,采用合理的相控阵检测技术,只需将换能器沿焊缝方向扫描即可实现对焊缝的覆盖扫查检测。

2.微波无损检测

微波无损检测技术将在330~3300 mhz中某段频率的电磁波照射到被测物体上,通过分折反射波和透射波的振幅和相位变化以及波的模式变化,了解被测样品中的裂纹、裂缝、气孔等缺陷,确定分层媒质的脱粘、夹杂等的位置和尺寸,检测复合材料内部密度的不均匀程度。

微波的波长短、频带宽、方向性好、贯穿介电材料的能力强,类似于超声波。微波也可以同时在透射或反射模式中使用,但是微波不需要耦合剂,避免了耦合剂对材料的污染。由于微波能穿透对声波衰减很大的非金属材料,因此该技术最显著的特点在于可以进行最有效的无损扫描。微波的极比特性使材料纤维束方向的确定和生产过程中非直线性的监控成为可能。它还可提供精确的数据,使缺陷区域的大小和范围得以准确测定。此外,无需做特别的分析处理,采用该技术就可随时获得缺陷区域的三维实时图像。微波无损检测设备简单、费用低廉、易于操作、便于携带.但是由于微波不能穿透金属和导电性能较好的复合材料,因而不能检测此类复合结构内部的缺陷,只能检测金属表面裂纹缺陷及粗糙度。

光电检测技术篇8

关键词:高速公路;路面;检测技术

中图分类号:U412文献标识码: A

引言

公路基础设施建设是我国国民经济发展的基础,也是公路运输能力提升的关键环节。随着国民经济水平的提高,交通事业的快速发展,我国汽车保有量不断增加,这对我国公路质量及公路网络的建设与完善提出了更高的要求。然而,由于我国公路网络新旧道路交织,工程数量众多,加之早期公路建设不规范、管理存在纰漏,公路工程存在着大大小小的质量问题,路面破坏、道路使用寿命短等工程事故频繁发生。公路检测技术作为公路竣工验收、养护检测的基础,通过公路检测技术及时发现工程中的质量问题,是确保公路的使用性能和安全性能的关键,在我国公路建设与养护工作中有着重要的作用。因此对公路进行科学地检测评定,是一个值得研究的课题。公路路面检测项目主要有路面平整度、路面承载能力、路面抗滑性能、路面厚度、路面破损检测等。

一、概述

伴随着经济的高速发展,截至目前我国高速公路已建成通车4万公里以上,成为支持国家经济发展与社会进步的重要基础设施。随着时间的推移、交通量增长和自然环境的变化,公路会出现不同程度的自然老化、损坏和使用性能降低。公路试验检测与管理的主要目的就是通过科学的手段和方法,延长道路使用寿命,使公路保持良好的技术状态、形成“安全、便捷、通畅、高效”的综合交通运输体系,以确保道路使用者出行的安全、舒适、快速和经济。将试验检测活动的规范提升到人民生命和财产安全的高度,是试验检测工作在公路工程建设和养护管理过程中的作用和地位得到不断认可的结果。因此,在高速公路施工阶段选用正确合理的路面检测技术,对检测路面抗滑性能、弯沉指标以及平整度指标有着重要的指导意义。

二、在对高速公路路基路面进行检测时采取的主要无损检测技术

1、频谱分析检测技术

该技术主要是需要充分掌握不同传播介质当中传播表面波所产生的传播频率的变化情况来达到检测目的。频谱分析检测技术的主要工作原理为:能够在高速公路路面上,产生一次持续时间较短并且速度较快的冲击,引起的冲击源会不断的产生频率波,这些频率波会随着地表向四周逐渐传播形成瑞雷面波,而将冲击力度或者冲击方式改变之后,瑞雷面波具有的频率也会发生变化,因此需要通过在多个位置上设置传感器,来完成不同波的频率检测工作。

2、连续式平整度仪法

使用连续式平整度仪进行测量时,由操作人员或车辆带动着仪器前进,通过测量小轮的上下摆动引起的位移传感器测杆在小孔槽里的上下滑动所输出的电位的正负及其大小,确定所行走路面的平整度。连续式平整度仪的独特灵敏性能,可以实现路面的全方位检测。但是其机械配置庞大而笨重,检测效率低、速度慢。该仪器主要适用于比较平整的路况,对坡度较大的路面检测数据不精准,在多坑槽或严重破坏的路段,测定的误差较大,此法不宜采用。

3、超声波检测技术

该技术主要是把超声波准确地发送到材料介质中,通过接收反射波传来的有用参数,以此来对结构的内部情况进行准确判断,是一种较为新型的检测方法。主要是在材料介质里面各个位置设置传感器,对超声波的传播波速进行精确地计算,然后对材料所具有的弹性模量以及抗折强度等各种参数进行测定,同时还能够查找材料结构内部存在的缺陷。该

检测技术的主要优点包括:检测原理较为简单,操作便捷,成本较低,所以在路基路面的检测中可以发挥较好的效果。

4、激光检测技术

激光检测技术能够发挥良好的检测效果的主要原因为:光电流可以随着激光光强的不断增强而逐渐增强。实际检测中,在光电转换器的作用下把光能有效地转化成电能,确保电流能够随着激光光强的强弱变化而发生改变。在检测之前需要明确电流和位移的关系,以便于直接反映出弯沉位移随

着光电流的变化而发生的实际变化量。激光检测技术的主要优势之处在于分辨率较高、相干性以及方向性较好。

5、激光弯沉测定仪法

激光弯沉测定仪主要包括激光器、光电转化测头、

放大器、电桥和显示表等。测定时,将测定仪固定在路面上汽车的后轮隙中,利用汽车驶离被测点时路面回弹,带动原固定于地面上的硅光电池测头向上升起,使激光器发出的激光束通过进光射到硅光电池上产生光电流。根据光电流的大小来计算路面回弹变形的数值,即路面回弹弯沉值。该种测量方法简单,测量设备较少,同时测量精度较高,且具有无损检测的特点,可用于刚性路面弯沉检测,目前得到比较广泛的应用。

6、激光路面平整度测定仪法

激光路面平整度测定仪检测道路平整度的工作原理是利用激光的光时差原理来测定路面的凸凹状况,进而确定平整度。它是一台装备有激光传感器、加速度计和陀螺仪的测定车,同时具有先进的数据采集和处理系统。工作时测试车以一定的速度在路面上行驶,固定在汽车底盘上的激光传感器通过测试激光束反射回读数器的角度来测试路面,这个距离信号同测试车上安装的加速度计信号进行互差,消除测试车自身的颠簸,输出路面真实断面信号。信号处理系统将来自激光传感器的模拟信号转换成数字信号并记录下来。随着汽车的行进,每隔一定间距,采集1次数据。通过数据分析系统,可显示打印国际平整度指数等平整度检测结果。激光路面平整度测定仪是一种与路面无接触的测量仪器,它操作简单方便、测速快、精度高、检测数据无需换算,一次检测就能得到平整度、纵坡、横坡、车辙、构造深度等多种检测数据,大大提升了测量的效率,特别适用于公路大规模的检测,因此该测定仪在公路检测领域具有广阔的应用前景。

7、探地雷达法

探地雷达检测是目前国际上比较常用的一种高效、先进的非接触式无损路面检测技术。其工作原理是应用不同材料的介电值不同,当脉冲波与其接触时反射回的能量不同。当探地雷达车在路上以一定的速度行驶时,探地雷达发射电磁脉冲,并在较短时间内穿透路面,脉冲反射波被无线接收机接收,数据采集系统记录返回时间和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况;路面各结构层材料的电介质常数明显不同,因此,电介质常数突变处,也就是两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速,则可计算出路面、路基的厚度。利用探地雷达测试车1d之内可以获得几百公里的路面厚度信息。探地雷达还能对公路路面含水、破损位置以及破损程度等方面的进行检测。另外,该方法还被应用于城市地下管网调查、隧道衬砌等工程质量隐患问题方面的检测。从近些年国内外探地雷达的应用和发展情况来看,探地雷达技术具有的无损性、高效性、高精度的优点,使其在工程检测中的应用前景非常广阔。目前在我国基本普及,为我国高等级路面的检测设备和技术达到国际先进水平奠定了基础。

结束语

综上所述,公路路面检测技术是保障公路建设质量,提高公路养护基础信息收集能力的基础。通过对国外先进技术的引入,国内相关科研机构成果的转化以及检测技术标准规范的完善,我国公路路面检测技术水平必将大幅度提高,为公路设计施工以及路面养护提供可靠依据和技术保障,为公路现代化建设奠定坚实基础,从而促进我国国民经济的健康快速发展。

参考文献

[1]仇娅媛.论公路路面检测技术的发展现状[J].黑龙江科技信息,2012(22):225.

[2]郑世强.高速公路路面检测技术探讨[J].黑龙江交通科技,2011(9):59.

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