本科畢業(yè)論文-光電傳感器的應(yīng)用與研究

1、永城職業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)永城職業(yè)學(xué)院機(jī)電一體化傳感器論文題目：機(jī)電一體化傳感器論文系部：機(jī)電工程系班級(jí)：五年制121班姓名：王朝陽學(xué)號(hào)：2012812111指導(dǎo)老師：2016年5月29日光電傳感器的應(yīng)用與研究摘 要本論文首先介紹了液晶相物質(zhì)的基礎(chǔ)知識(shí),包括液晶的形成、分類以及指向矢。然后對(duì)液晶的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括它的雙折射、各向異性、偏振現(xiàn)象、賓主效應(yīng)以及熱光學(xué)效應(yīng)，尤其是對(duì)本文中所要用到的向列相液晶的性質(zhì)進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。然后參照有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)賓主液晶全光系調(diào)焦透鏡的原理進(jìn)行了研究。這種液晶透鏡裝置，可以在不加外電場(chǎng)的情況下，用一個(gè)He-Ne激光光源（波長(zhǎng)為633 nm）作探測(cè)光，一個(gè)倍

2、頻ND:YAG激光光源(波長(zhǎng)是532nm)作抽運(yùn)光。利用溫度對(duì)摻雜液晶的折射率的影響，通過改變透鏡的參數(shù)以及抽運(yùn)光的強(qiáng)度，引起液晶盒對(duì)光的吸收率的變化，使溫度發(fā)生變化導(dǎo)致折射率產(chǎn)生變化，從而來實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞： 賓主液晶；透鏡；調(diào)焦器；原理目錄摘 要1一、緒論31.1光電傳感器概述31.2光電傳感器發(fā)展4二、光電傳感器的基本原理72.1光電效應(yīng)72.2光電原件及特性82.3光電傳感器11三、新型的光電傳感器153.1 CCD傳感器153.2光纖傳感器16四、其他的光電傳感器204.1 高速光電二極管204.3 光位置傳感器22五、光電傳感器的應(yīng)用235.1光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)235.2光

3、電傳感器的具體應(yīng)用舉例23六、我對(duì)光電傳感器的看法26七、結(jié)論28 一、緒論1.1光電傳感器概述（1）定義光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。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，因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢

4、測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。（2）光電傳感器的分類光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管（LED）、光電倍增管、光電池、光電耦合器件等。由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件（光學(xué)

5、測(cè)控系統(tǒng)）輸出量性質(zhì)，光電式傳感器可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖（開關(guān)）式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測(cè)量（檢測(cè)目標(biāo)物體）方法又可分為透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻擋）三大類。1槽開光電開關(guān)把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(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)射式光電開光若把發(fā)光器和收光器分離開，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

6、開關(guān)就稱為以射分離式光電開光，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(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)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。 3反光板反射式光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)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）光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。 4擴(kuò)散反射式光電開關(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

7、的；當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。光纖式光電開關(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關(guān)。按動(dòng)作方式的不同，光纖式光電開關(guān)也可分成對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類型。（3）光電傳感器的作用新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。如今，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f

8、，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。1.2光電傳感器發(fā)展1839年A.E.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)光線落在浸沒于電介液中的兩個(gè)金屬電極上，它們之間就產(chǎn)生電勢(shì)，后來稱這種現(xiàn)象為光生伏特效應(yīng)2。1873年W.史密斯和Ch.梅伊發(fā)現(xiàn)硒的光電導(dǎo)效應(yīng)2。1887年H.R.赫茲發(fā)現(xiàn)外光電效應(yīng)2?；谕夤怆娦?yīng)的光電管和光電倍增管屬真空電子管或離子管器件，曾在5060年代廣泛應(yīng)用，直到目前仍在某些場(chǎng)合繼續(xù)使用。雖然早在1919年T.W.凱斯就已取得硫化鉈光導(dǎo)探測(cè)器的專利權(quán)3，但半導(dǎo)體光敏元件卻是在60年代以后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而開始迅速發(fā)展的。在此期

9、間各種光電材料都得到了全面的研究和廣泛的應(yīng)用。它們的結(jié)構(gòu)有單晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它們的成分有元素半導(dǎo)體的和化合物半導(dǎo)體的，也有多元混晶的。其中最重要的兩種是硅和碲鎘汞。硅的原料豐富,工藝成熟,是制造從近紅外到紫外波段光電器件的優(yōu)良材料。碲鎘汞是碲化汞和碲化鎘的混晶，是優(yōu)良的紅外光敏材料。 傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,即結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器和智能型傳感器。 1結(jié)構(gòu)型傳感器以其結(jié)構(gòu)部分變化或結(jié)構(gòu)部分變化后而引起某種場(chǎng)的變化來反映被測(cè)量的大小及變化。 2物性型傳感器利用構(gòu)成傳感器的某些材料本身的物理特性在被測(cè)量的作用下發(fā)生變化,從而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他信號(hào)輸出。 3智能型傳感器

10、把傳感器與微處理器有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)高度集成化的新型傳感器。它與結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器相比,能瞬時(shí)獲取大量信息,對(duì)所獲得的信息還具有信號(hào)處理的功能,使信息的質(zhì)量大大提高,其功能也擴(kuò)展了。以網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器為例,它以嵌入式微處理器為核心,集成了傳感單元、信號(hào)處理單元和網(wǎng)絡(luò)接口單元,使傳感器由單一功能、單一檢測(cè)向多功能和多點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展;從被動(dòng)檢測(cè)向主動(dòng)進(jìn)行信息處理方向發(fā)展;從孤立元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展;從就地測(cè)量向遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)在線測(cè)控發(fā)展,已成為傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。而光電傳感器作為新型傳感器更是得到了廣闊應(yīng)用。 通過對(duì)光電效應(yīng)和器件原理的研究已發(fā)展了多種光電器件（如光敏電阻、光電二極管、光電三

11、極管、場(chǎng)效應(yīng)光電管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件等），適用于不同的場(chǎng)合。光電式傳感器的制造工藝也隨薄膜工藝、平面工藝和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而達(dá)到很高的水平，并使產(chǎn)品的成本大為降低。被稱為新一代攝像器件的聚焦平面集成光敏陣列正在取代傳統(tǒng)的掃描攝像系統(tǒng)。光電式傳感器的最新發(fā)展方向是采用有機(jī)化學(xué)汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長(zhǎng)等新技術(shù)和異質(zhì)結(jié)等新工藝。光電式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在紅外探測(cè)、輻射測(cè)量、光纖通信，自動(dòng)控制等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究也有新發(fā)展。例如，硅光電二極管自校準(zhǔn)技術(shù)的提出為光輻射的絕對(duì)測(cè)量提供了一種很有前途的新方法。 二、光電傳感器的基本原

12、理2.1光電效應(yīng)光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的點(diǎn)效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。（1）外光電效應(yīng)光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會(huì)克服束縛脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)，光子是運(yùn)動(dòng)著的粒子流，每種光子的能量為hv(v為光波頻率，h為普朗克常數(shù)，h6.63*10-34 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能量將會(huì)增加，增加

13、的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律式中，m為電子質(zhì)量,v為電子逸出的初速度,A微電子所做的功。由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對(duì)每一種陰極材料，入射光都有一個(gè)確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，都不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限”。相應(yīng)的波長(zhǎng)為 式中，c為光速，A為逸出功。（2）內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)多發(fā)生與半導(dǎo)體內(nèi)，根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類。1光電

14、導(dǎo)效應(yīng)：在光作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，從而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。2光生伏特效應(yīng)：在光的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、光敏三極管。 圖3 光敏二極管 圖4 光敏三極管2.2光電原件及特性根據(jù)外光電元件制造的光電元件有光電子，充氣光電管和光電倍曾管。（1）光電管 光電管的種類繁多，典型的產(chǎn)品有真空光電管和充氣光電管，光電管它的外形和結(jié)構(gòu)如圖1所示，半圓筒形金屬片制成的陰極K和位于陰極軸心的金屬絲制成的陽極A封裝在抽成真空的玻殼內(nèi)，當(dāng)入射光照射

15、在陰極上時(shí)，單個(gè)光子就把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個(gè)自由電子，從而使自由電子的能量增加h。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功A時(shí)，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發(fā)射。這種電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面后的初始動(dòng)能為光電管正常工作時(shí)，陽極電位高于陰極，如圖2所示。在人射光頻率大于“紅限”的前提下，從陰極表面逸出的光電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，稱為光電流。此時(shí)若光強(qiáng)增大，轟擊陰極的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)也就增多，光電流變大。在圖2所示的電路中，電流和電阻只上的電壓降就和光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)光線照射到光電陰極K上時(shí)，電子

16、從陰極表面逸出，并被光電陽極的正電廠吸收，外電路產(chǎn)生電流I，在負(fù)載電阻 上的電壓光電管的光電特性如圖3 所示，從圖中可知，在光通量不太大時(shí)，光電特性基本是一條直線。圖3光電管的光電特性圖1光電管結(jié)構(gòu)示意圖圖2光電管測(cè)量電路 （2）光電倍曾管 由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的光電倍增管。圖4是光電倍增管結(jié)構(gòu)示意圖。圖4光電倍增結(jié)構(gòu)示意圖從圖中可以看到光電倍增管也有一個(gè)陰極K和一個(gè)陽極A，與光電管不同的是在它的陰極和陽極間設(shè)置了若干個(gè)二次發(fā)射電極，D1、D2、D3它們稱為第一倍增電極、第二倍增電極、，倍增電極通常為1015級(jí)。光電倍增管工作時(shí)，相鄰電極之間保持一定電位差

17、，其中陰極電位最低，各倍增電極電位逐級(jí)升高，陽極電位最高。當(dāng)入射光照射陰極K時(shí)，從陰極逸出的光電子被第一倍增電極D1加速，以高速轟擊D1 ，引起二次電子發(fā)射，一個(gè)入射的光電子可以產(chǎn)生多個(gè)二次電子， D1發(fā)射出的二次電子又被D1、D2問的電場(chǎng)加速，射向D2并再次產(chǎn)生二次電子發(fā)射，這樣逐級(jí)產(chǎn)生的二次電子發(fā)射，使電子數(shù)量迅速增加，這 些電子最后到達(dá)陽極，形成較大的陽極電流。若倍增電極有n級(jí)，各級(jí)的倍增率為 ，則光電倍增管的倍增率可以認(rèn)為是N ，因此，光電倍增管有極高的靈敏度。在輸出電流小于1mA的情況下，它的光電特性在很寬的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。光電倍增管的這個(gè)特點(diǎn)，使它多用于微光測(cè)量。 （3）

18、光敏電阻 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料的兩端裝上電極引線，將其封在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。光敏電阻的特性和參數(shù)如下：1暗電阻 光敏電阻置于室溫、全暗條件下的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過電阻的電流稱為暗電流。2亮電阻 光敏電阻置于室溫和一定光照條件下測(cè)得穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻，此時(shí)流過電阻的電流稱為亮電流。3伏安特性 光敏電阻兩端所加的電壓和流過光敏電阻的電流間的關(guān)系稱為伏安特性，如圖5所示。從圖中可知，伏安特性近似直線，但使用時(shí)應(yīng)限制光敏電阻兩端的電壓，以免超過虛線所示的功耗區(qū)。圖5光敏電阻的伏安特性4光電特性 光敏電阻兩極間電壓固定不變時(shí)，光照度與亮電流間

19、的關(guān)系稱為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線性，這是光敏電阻的主要缺點(diǎn)之一。5光譜特性 入射光波長(zhǎng)不同時(shí)，光敏電阻的靈敏度也不同。入射光波長(zhǎng)與光敏器件相對(duì)靈敏度間的關(guān)系稱為光譜特性。使用時(shí)可根據(jù)被測(cè)光的波長(zhǎng)范圍，選擇不同材料的光敏電阻。6響應(yīng)時(shí)間 光敏電阻受光照后，光電流需要經(jīng)過一段時(shí)間（上升時(shí)間）才能達(dá)到其穩(wěn)定值。同樣，在停止光照后，光電流也需要經(jīng)過一段時(shí)間（下降時(shí)間）才能恢復(fù)到其暗電流值，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。光敏電阻上升響應(yīng)時(shí)間和下降響應(yīng)時(shí)間約為10-110-3s，即頻率響應(yīng)為10Hz1000Hz，可見光敏電阻不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)主要缺點(diǎn)。7溫度特性 光敏電

20、阻受溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降，這也是光敏電阻的另一缺點(diǎn)。8頻率特性 頻率特性是指外加電壓和入射光強(qiáng)一定是，光電流I與入射光的調(diào)制頻率f之間的關(guān)系，光電二極管的頻率特性較光電三極管的頻率特性好，這是由于光電三極管的基射結(jié)存在電容和載流子基區(qū)需要時(shí)間的緣故。利用內(nèi)光電效率原理制造的光電元件的頻率特性最差，這是由于俘獲載流子和釋放電荷都需要一定時(shí)間的緣故。2.3光電傳感器光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如圖6，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器一般由光源,光學(xué)通路和光電元件三部

21、分組成.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,因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛.光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路，如圖7所示，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維，三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐

22、體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。 圖7 光電傳感器是一種依靠被測(cè)物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來達(dá)到測(cè)量目的的，因此光電傳感器的光源扮演著很重要的角色，光電傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種： 1、發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。 2、絲燈泡 這是一種

23、最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。 3、激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。 由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測(cè)時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路。測(cè)量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。不同的光電元件，所要求的測(cè)量電路也不相同。下面介紹幾種半導(dǎo)體光電元件常用的測(cè)量電路。 半導(dǎo)體光敏電阻可以通過較大的電流，所以在一般情況下，無需配備放大器。在要求較大的輸出

24、功率時(shí)，可用圖8所示的電路。圖9（a）給出帶有溫度補(bǔ)償?shù)墓饷舳O管橋式測(cè)量電路。當(dāng)入射光強(qiáng)度緩慢變化時(shí)，光敏二極管的反向電阻也是緩慢變化的，溫度的變化將造成電橋輸出電壓的漂移，必須進(jìn)行補(bǔ)償。圖中一個(gè)光敏二極管做為檢測(cè)元件，另一個(gè)裝在暗盒里，置于相鄰橋臂中，溫度的變化對(duì)兩只光敏二極管的影響相同，因此，可消除橋路輸出隨溫度的漂移。 光敏三極管在低照度入射光下工作時(shí)，或者希望得到較大的輸出功率時(shí)，也可以配以放大電路，如圖9所示。由于光敏電池即使在強(qiáng)光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級(jí)晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，如圖9（a）所示。為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電

25、池在無光照時(shí)承受的反向偏壓，可在光電池兩端并聯(lián)一個(gè)電阻?；蛘呦髨D9（b）所示的那樣利用鍺二極管產(chǎn)生的正向壓降和光電池受到光照時(shí)產(chǎn)生的電壓疊加，使硅管e、b極間電壓大于0.7V，而導(dǎo)通工作。這種情況下也可以使用硅光電池組，如圖10（c）所示。 半導(dǎo)體光電元件的光電轉(zhuǎn)換電路也可以使用集成運(yùn)算放大器。硅光敏二極管通過集成運(yùn)放可得到較大輸出幅度，如圖11（a）所示。當(dāng)光照產(chǎn)生的光電流為時(shí)，輸出電壓為了保證光敏二極管處于反向偏置，在它的正極要加一個(gè)負(fù)電壓。圖11（b）給出硅光電池的光電轉(zhuǎn)換電路，由于光電池的短路電流和光照成線性關(guān)系，因此將它接在運(yùn)放的正、反相輸入端之間，利用這兩端電位差接近于零的 特點(diǎn)，

26、可以得到較好的效果。在圖中所示條件下，輸出電壓 由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上，如測(cè)液體、氣體透明度和混濁度的光電比色計(jì)等;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上,再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射后投射

27、到光電元件上，如光電比色溫度計(jì)和光照度計(jì)等;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān)，如振動(dòng)測(cè)量、工件尺寸測(cè)量；而在脈沖式光電傳感器中在這種傳感器中，光電元件接受的光信號(hào)是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關(guān)工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號(hào)，多用于光電計(jì)數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合。 三、新型的光電傳感器3.1 CCD傳感器光固態(tài)圖象傳感器由光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件集合而成。它的核心是電荷轉(zhuǎn)移器件CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件CCD(Char

28、ge Coupled Device)。CCD自1970年問世以后，由于它的低噪聲等特點(diǎn)，CCD圖象傳感器廣泛的被應(yīng)用在微光電視攝像、信息存儲(chǔ)和信息處理等方面，尤其適用以上領(lǐng)域中的圖像識(shí)別技術(shù)。 （1） CCD的結(jié)構(gòu)和基本原理圖12 CCD的MOS結(jié)構(gòu)（2）CCD圖像傳感器應(yīng)用1. 工件尺寸檢測(cè) CCD圖像傳感器在許多領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。前面介紹的電荷耦合器件(CCD)是構(gòu)成CCD固態(tài)圖像傳感器的主要光敏器件，取代了攝像裝置中的光學(xué)掃描系統(tǒng)或電子束掃描系統(tǒng)。 CCD圖像傳感器具有高分辨率和高靈敏度，具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，這些特點(diǎn)決定了它可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量，尤其適用于圖像識(shí)別技術(shù)。

29、CCD圖像傳感器在檢測(cè)物體的位置、工件尺寸的精確測(cè)量及工件缺陷的檢測(cè)方面有獨(dú)到之處。下面是一個(gè)利用CCD圖像傳感器進(jìn)行工件尺寸檢測(cè)的例子。 圖16 CCD圖像傳感器工件尺寸檢測(cè)系統(tǒng)2. CCD傳感器在公共交通上的應(yīng)用目前，在公共交通中方面大量采用CCD傳感器，對(duì)馬路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)違章車輛進(jìn)行拍照處理。一般車輛在被拍照后會(huì)傳至指揮中心。指揮中心收到圖片，會(huì)將車牌號(hào)信息與車管所信息相比對(duì)，從而調(diào)出車輛的綜合信息，如車主、車型、顏色等，然后由信息處理人員錄入北京市公安交通管理局網(wǎng)站， 以使違章車主能夠進(jìn)行查詢。這樣的麻煩事增加了管理人員的工作量。采用先進(jìn)的CCD傳感器對(duì)拍到的圖片進(jìn)行智能處理，通過某種

30、算法，使CCD傳感器能夠智能的識(shí)別車牌號(hào)碼，這樣將大大減少管理人員的工作量。這里一種方法是直接利用傳感器后續(xù)處理的算法，建立一個(gè)數(shù)字、字符的像素字符庫(kù)，把拍攝到的圖像與該字符庫(kù)中的圖片進(jìn)行對(duì)比，通過某種算法來確定具體的車牌號(hào)。另一種方法則是更改硬件的方法，對(duì)車牌號(hào)的數(shù)字進(jìn)行特殊處理，比如不同數(shù)字運(yùn)用不同顏色，這樣CCD拍攝到的圖像信息的灰度的值將會(huì)有一定的差異，通過這個(gè)差異來確定具體的號(hào)碼。還有就是利用其他設(shè)備輔助CCD，在不同數(shù)字符號(hào)上加入特殊的化學(xué)元素，利用紅外來感應(yīng)這些元素，以確定車牌號(hào)碼。3.2光纖傳感器（1）光纖傳感器的原理和組成 光纖傳感器主要由光源、光纖與探測(cè)器3部分組成，光源發(fā)

31、出的光耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，在調(diào)治區(qū)內(nèi)，外界被測(cè)參數(shù)作用于進(jìn)入調(diào)區(qū)內(nèi)的光信號(hào)，是其光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過光纖送入光探測(cè)器而獲得被測(cè)參數(shù)，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹脂涂層和塑料護(hù)套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹脂涂層對(duì)光纖起保護(hù)作用。光纖主要分為兩類，一是漸變光纖，一是躍階光纖。前者的折射率是漸變的而后者的折射率是突變的。另外還分為單模光纖及多模光纖，近年來，又有新的光子晶體光纖問世。依材質(zhì)：石英玻璃、多組份玻璃、氟化物、塑料、液芯。 依轉(zhuǎn)輸方式分：?jiǎn)文！⒍嗄＜?jí)射、多模斜射。 依折射率分：階躍型、漸變型光纖。依工作波長(zhǎng)

32、分：短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖、超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。光纖是基于光的全反射原理而工作的。當(dāng)入射角 在此范圍內(nèi)時(shí)，光在界面產(chǎn)生全反射，并在光纖內(nèi)部一同樣的角度反復(fù)逐次反射，知道傳播到光纖的另一端面。如果工作需要光纖微彎曲，只要仍滿足全反射定律，則光仍然可以繼續(xù)前進(jìn)。如果入射角超出上述范圍，則進(jìn)入光纖的光線便會(huì)在截面上發(fā)生折射，并透入包層。（2）光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1、在航天器及船舶中的應(yīng)用 先進(jìn)的復(fù)合材料抗疲勞、抗腐蝕性能較好，而且可以減輕船體或航天器的重量，對(duì)于快速航運(yùn)或飛行具有重要意義，因此復(fù)合材料越來越多地被用于制造航空航海工具(如飛機(jī)的機(jī)翼)。 為全面衡量船體的狀況，需要了解其不同部位的變形力矩、剪

33、切壓力、甲板所受的抨擊力，對(duì)于普通船體大約需要100個(gè)傳感器，因此波長(zhǎng)復(fù)用能力極強(qiáng) 的光纖光柵傳感器最適合于船體檢測(cè)2、在民用工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 民用工程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是光纖光柵傳感器最活躍的領(lǐng)域。光纖光柵傳感器可以貼在結(jié)構(gòu)的表面或預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)中，對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行沖擊檢測(cè)、形狀控制和振動(dòng)阻尼檢 測(cè)等，以監(jiān)視結(jié)構(gòu)的缺陷情況。另外，多個(gè)光纖光柵傳感器可以串接成一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)分布式檢測(cè)，可以用計(jì)算機(jī)對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。光纖傳感器在溫度測(cè)試中的應(yīng)用 它是利用光在光纖中傳輸能夠產(chǎn)生后向散射，在光纖中注入一定能量和寬度的激光脈沖，那么它在光纖中傳輸?shù)耐瑫r(shí)不斷產(chǎn)生后向散射光波，這些后向散射光波的狀態(tài)

34、受到所在光纖散射點(diǎn)的溫度影響而有所改變，將散射回來的光波經(jīng)波分復(fù)用、檢測(cè)解調(diào)后，送入信號(hào)處理系統(tǒng)便可將溫度信號(hào)實(shí)時(shí)顯示出來，并且由光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對(duì)這些信息定位 光纖傳感器在裂縫監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 當(dāng)?shù)叵律畈堪l(fā)生變形時(shí)，必將擠壓砂漿體產(chǎn)生相應(yīng)形變，導(dǎo)致裂縫或滑移（錯(cuò)動(dòng)）的產(chǎn)生，進(jìn)而引起埋入光纖的微彎，該處的微彎將破壞光波導(dǎo)的全反射條件，使光損耗增加，產(chǎn)生衰減，利用光纖監(jiān)測(cè)地下深部變形，就是基于微彎衰減的傳感機(jī)制。埋入洞內(nèi)的光纖，全部是傳感部分，受深部變形作用，光纖產(chǎn)生微彎或撓曲，致使光損耗增大；OTDR檢測(cè)到全過程的散射光強(qiáng)分布。（OTDR是一種用于光纖通信故障定位的技術(shù)，現(xiàn)在

35、普遍運(yùn)用于分布式光纖傳感器系統(tǒng)中） 光纖傳感器在光纖光纜中的應(yīng)用 光纜通信在我國(guó)已有20多年的使用歷史，這段歷史也就是光通信技術(shù)的發(fā)展史和光纖光纜的發(fā)展史。光纖光纜在我國(guó)的發(fā)展可以分為這樣幾個(gè)階段：對(duì)光纜可用性的探討；取代市內(nèi)局間中繼線的市話電纜和PCM電纜；取代有線通信干線上的高頻對(duì)稱電纜和同軸電纜。這兩個(gè)取代應(yīng)該說是完成了；現(xiàn)正在取代接入網(wǎng)的主干線和配線的市話主干電纜和配線電纜，并正在進(jìn)入局域網(wǎng)和室內(nèi)綜合布線系統(tǒng)。目前，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線通信的各個(gè)領(lǐng)域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領(lǐng)域。 光纖傳感器在智能大橋中的應(yīng)用 它是將傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件以及信息處理控制系統(tǒng)集成于主

36、體材料中 ,使制成的構(gòu)件不僅具有承受載荷、傳遞運(yùn)動(dòng)的能力 ,而且具有檢測(cè)多種參數(shù) (如應(yīng)力、應(yīng)變、損傷、溫度、壓力等 )、分析、處理及控制等多種功能。它出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng) ,但已成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。具有智能材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的智能橋梁能對(duì) 智能材料結(jié)構(gòu)的動(dòng)作流程圖橋梁的施工質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)力狀態(tài)以及其它多種參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè) ,并根據(jù)對(duì)大量傳感信息的實(shí)時(shí)綜合分析采取適當(dāng)、及時(shí)的控制措施 ,因而可以極大地提高工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性 ,避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。 3、在電力工業(yè)中的應(yīng)用 光纖光柵傳感器因不受電磁場(chǎng)干擾和可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低損耗傳輸，從而成為電力工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。電線的載重量、變壓器繞線的

37、溫度、大電流等都可利用光纖光柵傳感器測(cè)量。 4、在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 光纖光柵傳感器還可用來測(cè)量心臟的效率。在這種方法中，醫(yī)生把嵌有光纖光柵的熱稀釋導(dǎo)管插入病人心臟的右心房，并注射人一種冷溶液，可測(cè)量肺動(dòng)脈血液的溫度，結(jié)合脈功率就可知道心臟的血液輸出量，這對(duì)于心臟監(jiān)測(cè)是非常重要的。 5、在化學(xué)傳感中的應(yīng)用 光纖光柵傳感器可用于化學(xué)傳感，因?yàn)楣鈻诺闹行牟ㄩL(zhǎng)隨折射率的變化而變化，而光柵間倏失波的相互作用以及環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)的濃度變化都會(huì)引起折射率的變化。四、其他的光電傳感器4.1 高速光電二極管（1）PIN結(jié)光電二極管 PIN管是光電二極管中的一種。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層（

38、相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于 I 層中，從而使PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式 = CjRL與 f = 1/2知，Cj小，則小，頻帶將變寬。 內(nèi)電場(chǎng)較大，電子加速運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)時(shí)間快。 圖18 PIN管結(jié)構(gòu)示意圖最大特點(diǎn)：頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。由耗盡層寬度與外加電壓的關(guān)系可知，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。不足：I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。目前有將PIN管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼

39、內(nèi)的商品出售。 （2）雪崩光電二極管(APD) 雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種二極管。P區(qū)外側(cè)增加高濃度P+層。 這種管子工作電壓很高，約100200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100GHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 缺點(diǎn)：噪聲大。由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大

40、器的噪聲水平，以至無法使用。但由于APD的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。 5.2 色敏光電傳感器色敏光電傳感器實(shí)際上是光電傳感器的一種特殊類型。它是兩只結(jié)深不同的的光電二極管組合體，其結(jié)構(gòu)和工作原理的等效電路如圖19所示。圖19 色敏光電傳感器和等效電路雙結(jié)光電二極管的P+-N結(jié)為淺結(jié)，N-P結(jié)為深結(jié)。當(dāng)光照射時(shí)，P+，N，P三個(gè)區(qū)域及其間的勢(shì)壘區(qū)均有光子吸收，但是吸收的效率不同。紫外光部分吸收系數(shù)大，經(jīng)過很短距離就被吸收完畢；因此，淺結(jié)對(duì)紫外光有較高靈敏度。而紅外光部分吸收系數(shù)小，光子主要在深結(jié)處被吸收；因此，深結(jié)對(duì)紅外光有較高的靈敏度。即半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌ㄩL(zhǎng)分

41、別具有不同靈敏度。這一特性為識(shí)別顏色提供了可能性。利用不同結(jié)深二極管的組合，即可構(gòu)成測(cè)定波長(zhǎng)的半導(dǎo)體色敏傳感器。 具體使用時(shí)，首先對(duì)該色敏器件進(jìn)行標(biāo)定，也就是測(cè)定在不同波長(zhǎng)光照射下，深結(jié)的短路電流ISD2與淺結(jié)的短路電流ISD1的比值 ISD2 / ISD1 。 ISD2在長(zhǎng)波區(qū)較大，ISD1在短波區(qū)較大；因而 ISD2 / ISD1與入射單色光波長(zhǎng)的關(guān)系就可以確定。根據(jù)標(biāo)定曲線，實(shí)測(cè)出某一單色光的短路電流比值，即可確定該單色光的波長(zhǎng)。4.3 光位置傳感器當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，有載流子濃度梯度將會(huì)產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng)。 當(dāng)光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，光照部分載流子濃度比未

42、受光照部分的載流子濃度大，就出現(xiàn)了載流子濃度梯度，因而載流子就要擴(kuò)散。如果電子遷移率比空穴大，那么空穴的擴(kuò)散不明顯，則電子向未被光照部分?jǐn)U散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分帶負(fù)電，光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)?；谠撔?yīng)的光電器件如半導(dǎo)體光電位置敏感器件（PSD）五、光電傳感器的應(yīng)用5.1光電傳感器的優(yōu)點(diǎn)光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成，有以下優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)距離長(zhǎng)。對(duì)檢測(cè)物體的限制少。響應(yīng)時(shí)間短。分辨率高。能通過高級(jí)設(shè)計(jì)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)?？蔁o機(jī)械接觸地

43、檢測(cè)物體，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(zhǎng)期使用?？蓪?shí)現(xiàn)顏色判別。通過檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。便于調(diào)整。在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。近年來，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。5.2光電傳感器的具體應(yīng)用舉例（1）測(cè)量工件表面的缺陷用光電傳感器測(cè)量工件表面缺陷的工作原理如圖1 所示，激光管1 發(fā)出的光束經(jīng)過透鏡2 和3 變?yōu)槠叫泄馐?/p>

44、，再由透鏡4 把平行光束聚焦在工件7的表面上，形成寬約0.1mm 的細(xì)長(zhǎng)光帶。光欄5 用于控制光通量。如果工件表面有缺陷( 粗糙、裂紋等) ，則會(huì)引起光束偏轉(zhuǎn)或散射，這些光被硅光電池6 接收，即可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。（2）測(cè)量轉(zhuǎn)速如圖2所示為用光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的工作原理。在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電元件1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2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。（3）測(cè)量溫度 我們?cè)跍y(cè)量物體的溫度時(shí)，特別是高溫的時(shí)候，我們使用專門的溫度計(jì)。紅外輻射溫度計(jì)既可用于高溫測(cè)量，

45、又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。市售的紅外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從-303000，中間分成若干個(gè)不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。圖3 紅外線輻射溫度計(jì)（4）煙塵濁度監(jiān)測(cè) 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光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵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。 圖4煙塵濁度監(jiān)測(cè)原理（5）包裝充填物高度檢測(cè)用容積法計(jì)量包裝的成品，除了對(duì)

46、重量有一定誤差范圍要求外，一般還對(duì)充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。圖5所示為借助光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度h偏差太大時(shí)，光電接頭沒有電信號(hào)，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。 圖5利用光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度（6）其他方面的應(yīng)用利用光電開關(guān)還可以進(jìn)行產(chǎn)品流水線上的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、對(duì)裝配件是否到位及裝配質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，例如灌裝時(shí)瓶蓋是否壓上、商標(biāo)是否漏貼（見圖6），以及送料機(jī)構(gòu)是否斷料（見圖7）等。 圖6瓶子灌裝檢測(cè)示意圖 圖7送料機(jī)構(gòu)檢測(cè)示意圖 此外，利用反射式光電傳感器可以檢測(cè)布料的有無和寬度。利用遮擋式光電傳感器檢測(cè)布料的下垂度，其結(jié)果

47、可用于調(diào)整布料在傳送中的張力，利用安裝在框架上的反射式光電傳感器可以發(fā)現(xiàn)漏裝產(chǎn)品的空箱，并利用油缸將空箱推出。六、我對(duì)光電傳感器的看法隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人們對(duì)測(cè)量精度有了更高的要求，這就促使光電傳感器不得不隨著時(shí)代步伐而更新，改善光電傳感器性能的主要手段就是應(yīng)用新材料、新技術(shù)制造性能更優(yōu)越的光電元件。光電傳感器是一種非接觸式測(cè)小型電子測(cè)量設(shè)備,依靠檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化，來達(dá)到測(cè)量目的，同時(shí)它也是一種容易受到外界干擾而失去測(cè)量準(zhǔn)確度的器件。所以在設(shè)計(jì)時(shí)除了選擇先進(jìn)光電元件，還必須設(shè)置參比信號(hào)和溫度補(bǔ)償措施，用來削弱或消除這些因素的影響。光電傳感器必須經(jīng)過光波調(diào)制，光波的調(diào)制像無線電波的傳送和接收，將收音機(jī)調(diào)到某臺(tái),就可以忽略其他的無線電波信號(hào)未經(jīng)調(diào)制的傳感器只有通過使用長(zhǎng)焦距鏡頭的機(jī)械屏蔽手段,使接收器只能接收到發(fā)射器發(fā)出的光,才能使其能量變得很高.相比之下,經(jīng)過調(diào)制的接收器能忽略周圍的光,只對(duì)自己的光或具有相同調(diào)制頻率的光做出響應(yīng).未經(jīng)調(diào)制的傳感器用來檢測(cè)周圍的光線或紅外光的輻射,如剛出爐的紅熱瓶子,在這種應(yīng)用場(chǎng)合如果使用其它的傳感器,可能會(huì)有誤動(dòng)作。光電傳感器由于非接觸、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)量時(shí)對(duì)變被測(cè)物體損害小，所以自