基于白光的汽车玻璃透射比在线检测系统的研究

邸志刚贾春荣

(河北联合大学电气工程学院,河北唐山 063009)

邸志刚贾春荣

(河北联合大学电气工程学院,河北唐山 063009)

随着汽车产业的蓬勃发展,汽车外形复杂度也不短增加,汽车玻璃的性能对驾驶员和乘客的视野、舒适度以及安全性有着直接的关系,尤其是光学特性。本文采用与太阳光接近的白光作为光源,结合光电转换技术、微信号处理技术和单片机处理技术,设计出一套汽车玻璃透射比在线捡测系统。本系统具有成本低、操作简单快捷、抗干扰性强等优点。

白光光源汽车玻璃透射比

1 引言

近年,由于我国政府对汽车产业的支持及家用车在我国的普及,汽车工业在中国迎来了前所未有的发展良机。汽车玻璃是汽车车身的重要组成部分,其面积约占整个汽车表面积的1/3[1]。汽车车型更新速度的不断加快,汽车外形复杂度也不断增加,汽车玻璃的形状及大小对驾驶员和乘客的视野和舒适度有很大影响,其性能的好坏也直接关系到乘客安全,尤其是光学特性。如不符合国家规定的汽车玻璃光学性能要求,极易造成光污染,从而引起的疾病、车祸、眩光等危害[1-3]。

本文采用与太阳光接近的白光作为光源,结合光电转换技术、微信号处理技术和单片机处理技术,设计出一套汽车玻璃透射比在线捡测系统。本检测系统操作简单快捷,实现了从源头上减少残次品的产生,确保了汽车玻璃的合格率,有效避免了由于光污染而引起的疾病、车祸、眩光等危害,具有很高的应用价值和发展前景。

2 系统设计

国家规定汽车玻璃中的风窗玻璃可见光透射比、风窗以外玻璃用于驾驶员视区部位的可见光透射比应大于70%,其余风窗以外玻璃的可见光透射比可由共需双方商定[4]。为了在线准确测量汽车玻璃的透射比,本系统设计光源发出脉冲,先用分束镜将调制光分成两束,一束光直接射入光电管;另一束光垂直穿过玻璃后,由光电管接收。光电管将光信号转换为微弱电信号,经放大器,滤波器模拟信号处理,再经A/D转换成数字信号,最后经单片机控制实现键盘控制、报警、显示的功能。

2.1 光源与光路

人眼可接收到的电磁辐射波长大约在380至780nm之间,我们称之为可见光。而实际上太阳光是一种复色光,其组成成分不仅包括可见光部分,还包括人眼不可见的紫外光和红外光等等。由于汽车玻璃大多处在太阳光环境下,而白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色光组成的。所以在选择光源时,应尽量选择与日光接近的光源即白光光源。这样获得的汽车玻璃透射比的准确性比采用可见光中的单色光作光源更准确。

发光二极管以其工作电压很低、工作电流很小、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长等优点,通常在一些光电控制设备中用作光源。本系统采用东莞市普飞电子科技有限公司的5WW4-Y-T,它具有高指向性、环氧封装、圆形的超高亮度的特点。

图1 系统结构原理框图

光路部分为了克服单通道的不稳定性和不重复性,系统采用双通道光路设计方式。用等强度分束镜将白光信号分成等强度的两束光,一束作为参考光,另一束作入射光信号。

2.2 光电转换器件

为了保证光电检测系统处于最佳的工作状态,选择一个合适的光电探测器件,主要从以下四个方面去考虑：光电转换能力强;动态响应速度快;信号检测能力强;稳定性、可靠性好。结合所选的白光LED光源,再结合各光电转换器件波长范围、价格、有效面积以及特性等多方面因素的对比分析,最终选取波长范围在300到1100纳米的硅材料FDS100,作为本检测系统的光电二极管。它不仅光谱响应曲线宽;而且光谱曲线在可见光范围内具有良好的线性关系,能够保障光电二极管在可见光范围内的均匀采样,大大的提高了采样数据的准确性[5]。

2.3 模拟信号处理与A/D转换电路

模拟信号处理电路主要完成电流信号转换为电压信号、微弱信号的放大处理、以及滤除杂散电磁波信号功能,这是保证汽车玻璃透射比的准确性措施之一。

A/D转换电路主要完成模拟信号到数字信号的转换,为后期的单片机数据处理作准备。采用美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道的逐次逼近式A/D0808芯片,它具有单电源供电、低功耗的特点。

2.4 单片机与外围电路

采用主流AT89C51单片机作为主控制器,它具有功能全、成本低和功耗小等优点。

单片机外围电路主要包括时钟电路、复位电路、控制电路和报警电路等部分,完成汽车玻璃透射比的实时显示和超限报警功能。

3 结语

本系统针对汽车玻璃光学特性中国家规定的透射比进行在线检测,采用接近太阳光的白光二极管作光源,双光路检测技术,结合光电技术、微信号处理与单片机技术构成一套检测系统。经Proteus软件进行电路和系统整体软硬的仿真,结果准确,可以实现汽车玻璃透射比的实时检测。

[1]王笃飞,程少杭.近期内中国汽车市场销量分析.湖北经济学院学报,2012(3)：59-73.

[2]范毅.汽车玻璃折光测试浅谈[J].玻璃与搪瓷,2006,34(3)：50-54.

[3]张振.汽车安全玻璃发展研究[J].车界论坛,2005(2)：1-3.

[4]国家技术监督局.中华人名共和国国家标准GB 11614-56汽车玻璃,1989.

[5]庄跃辉,舒妙飞,庄舒昊.光电元器件速查代换大全[M].南京：浙江科学技术出版社,2010.

本项目为河北省科技厅项目(12212201、12212172);河北省高等学校科学技术研究项目(ZD2013102)资助。