光電式傳感器

1、光電式傳感器一、光電式傳感器概述1、光電式傳感器描述光電式傳感器(photoelectrietransducer)，又叫光敏傳感器，是基于光電效應(yīng)的傳感器，在受到可見(jiàn)光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓、電流、電阻等)輸出。2、光電式傳感器的發(fā)展光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。早期的用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈作為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。3、光電式傳感器的原理31工作原理光電

2、式傳感器由光路和電路兩大部分組成，其中，光路部分主要包括光源和光學(xué)通路，實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)對(duì)光量的控制和調(diào)制，電路部分主要包括光電元件，實(shí)現(xiàn)從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。光電式傳感器分為四種基本形式，分別為透射式、反射式、輻射式和開(kāi)關(guān)式，以下為四種基本形式的原理圖：圖1透射式光敏九件圖2反射式戡測(cè)對(duì)象光堿元杵圖3輻射式圖4開(kāi)關(guān)式32光電效應(yīng)光電效應(yīng)(Photoelectrieeffect)是指光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象。光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體內(nèi)的電子吸收光的能量逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。紅線頻率：物體對(duì)應(yīng)的光

3、頻閾值。ff光線紅線再大的光強(qiáng)也不能導(dǎo)致電子發(fā)射；f光線f紅線，微弱的光線即可導(dǎo)致電子發(fā)射。內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是指光照在物體上使其電阻率發(fā)生變化的效應(yīng)。即電子吸收光能后，從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，從而引起電導(dǎo)率的變化。照射光波長(zhǎng)限：只有照射光波長(zhǎng)九方可產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)。c光生伏特效應(yīng)是指半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。33光電器件外光電器件包括光電管和光電倍增管，內(nèi)光電器件包括光敏電阻等。電子逸出圖6光電管測(cè)量電路圖5光電管L|宀宀宀円円!_圖8光電倍增管測(cè)量電路圖7光電倍增管圖9光敏電阻4、光電式傳感器的分類、槽開(kāi)光電開(kāi)關(guān)把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地

4、裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光,在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。(2)、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱為以射分離式光電開(kāi)光，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。、反光板反射式光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)

5、裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。、擴(kuò)散反射式光電開(kāi)關(guān)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是收不到的；當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。、光纖式光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到光接收器就組成光纖式光電開(kāi)關(guān)。按動(dòng)作方式的不同，光纖式光電開(kāi)關(guān)也可分成

6、對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類型。二、光電式傳感器的應(yīng)用1、光電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格產(chǎn)品，在各種輕工自動(dòng)機(jī)上獲得廣泛的應(yīng)用。2、光電式傳感器的實(shí)例1）煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵

7、顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。2）條形碼掃描筆當(dāng)掃描筆頭在條形碼上移動(dòng)時(shí)，若遇到黑色線條，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)遇到白色間隔時(shí)，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導(dǎo)通。整個(gè)條形碼被掃描過(guò)之后，光敏三極管將條形碼變形一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，完成對(duì)條形碼信息的識(shí)別3）產(chǎn)品計(jì)數(shù)器產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí)，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電

8、路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目，該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)并由顯示電路顯示出來(lái)。四、光電式煙霧報(bào)警器沒(méi)有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒(méi)有接收信號(hào)。沒(méi)有輸出，有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號(hào)輸出，發(fā)出報(bào)警。4）測(cè)量轉(zhuǎn)速在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電傳感器相應(yīng)地間斷接收光的反射信號(hào)，并輸出間斷的電信號(hào)，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號(hào)，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。5）光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用光電池作為光電探測(cè)使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它

9、們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。三、光電式傳感器的發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，由于傳感器的廣泛應(yīng)用以及在日常生活中所起的越來(lái)越重要的作用，人們對(duì)傳感器提出越來(lái)越高的要求。21世紀(jì)初期（2010前后）。敏感元件與傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化、集成化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高。并加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化?？v觀幾十年傳感技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，不外乎分為兩個(gè)方面：一是提高與改善傳感

10、器的技術(shù)性能；二是尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。1、傳感器改善性能的途徑一般常采用下列技術(shù)途徑：差動(dòng)技術(shù)，平均技術(shù)，補(bǔ)償和修正技術(shù)，屏蔽、隔離與干擾抑制，穩(wěn)定性處理。2、傳感器的發(fā)展動(dòng)向、開(kāi)發(fā)新型傳感器，包括采用新原理；填補(bǔ)傳感器空白；仿生傳感器等諸方面。（2）、開(kāi)發(fā)新材料，其主要趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面：從單晶體到多晶體、非晶體；從單一型材料到復(fù)合材料；原子（分子）型材料的人工合成。由復(fù)雜材料來(lái)制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。半導(dǎo)體敏感材料、陶瓷材料、磁性材料。、智能材料，是指設(shè)計(jì)和控制材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)等參數(shù)。研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人

11、造材料。、新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的維系加工技術(shù)。（5）、集成化、多功能化與智能化。3、我國(guó)目前的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)光電式傳感器發(fā)展的優(yōu)勢(shì)有：已經(jīng)形成了研究、生產(chǎn)和應(yīng)用體系、人材隊(duì)伍和部分傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，是進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)；有一批先進(jìn)的成果，如刀具/砂輪監(jiān)控儀系列成果，石油油井用高溫、高壓傳感檢測(cè)系統(tǒng)、高精度熱敏檢測(cè)傳感等等；有一個(gè)量大面廣的用戶市場(chǎng)。不足之處有：研究開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略在系統(tǒng)性上的不足，如：傳感器與傳感系統(tǒng)未能統(tǒng)一布置，形成兩套并列，相互脫節(jié)的攻關(guān)；對(duì)傳統(tǒng)傳感器的革新改進(jìn)不足，微小型化步子慢，在國(guó)內(nèi)與國(guó)際市場(chǎng)上形不成競(jìng)爭(zhēng)力；加緊特殊環(huán)境和工程項(xiàng)目傳感技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)；集成化、智能化和納米技術(shù)與國(guó)外差距大。四、總結(jié)光電式傳感器的發(fā)展擁有良好的前景。以上介紹了光電傳感器的基本原理和其特點(diǎn)，并列舉了一些在實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例。從這些實(shí)例中我們可以看出，由于光電傳感器自身的數(shù)字輸出特性和智能電子設(shè)備的特點(diǎn)，其應(yīng)用對(duì)變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)的影響是全面和深遠(yuǎn)的，利用光電傳感器的光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)通信功能改造電磁式互感器，實(shí)現(xiàn)過(guò)程層和間隔層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或現(xiàn)場(chǎng)總線通信，將會(huì)成為我國(guó)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)改造升級(jí)的有效途徑，而建設(shè)以光電傳感器和其他智能電子設(shè)