光電傳感器
?光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏特效應(yīng)。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線。
基本介紹
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，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)一步將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。
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)（可見(jiàn)及紫外鐳射光）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。
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。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(kāi)創(chuàng)了新的一頁(yè)。
工作原理
光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。
光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。
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(lái)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(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。
產(chǎn)品類型
⑴槽型光電傳感器
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(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。
⑵對(duì)射型光電傳感器
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)就稱為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，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)。
⑶反光板型光電開(kāi)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(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)。
⑷擴(kuò)散反射型光電開(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)出的光收光器是找不到的。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)，收光器就收到信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
產(chǎn)品應(yīng)用
用光電元件作敏感元件的光電傳感器，其種類繁多，用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類：（1 ）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測(cè)量?jī)x器，可用來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測(cè)量光強(qiáng)的照度計(jì)，光電高溫計(jì)，光電比色計(jì)和濁度計(jì)，預(yù)防火災(zāi)的光電報(bào)警器，構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長(zhǎng)度、橢圓度及表面粗糙度等自動(dòng)檢測(cè)裝置和儀器，其敏感元件均用光電元件。半導(dǎo)體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等；（2 ）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無(wú)光照射時(shí)" 有" 或"無(wú)"電信號(hào)輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。光電元件用作開(kāi)關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器，開(kāi)關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式光電測(cè)速儀等。
一、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。
二、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。
三、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。
五、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。
六、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。
應(yīng)用案例
光電傳感器應(yīng)用于激光武器
由于光電傳感器對(duì)紅外輻射，或可見(jiàn)光，或?qū)Χ叨继貏e靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo)。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無(wú)法正常工作。戰(zhàn)場(chǎng)上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無(wú)法探測(cè)或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測(cè)到的目標(biāo)。或者，如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo)，則致盲將使其失去目標(biāo)。綜上所述，由于傳感器在戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，同時(shí)又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的首選目標(biāo)。
光電傳感器應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)
隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來(lái)研制自動(dòng)抄表系統(tǒng)。電能表的鋁盤(pán)受電渦流和磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。采用光電傳感器則可將鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤(pán)上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對(duì)管，則當(dāng)鋁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動(dòng)抄表系統(tǒng)。
光電傳感器應(yīng)用于監(jiān)控?zé)焿m污染
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，通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)控制功能。由于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，而我們可以利用光電傳感器的特性來(lái)檢測(cè)煙塵的情況，因而光電傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
衛(wèi)生級(jí)防沖洗型光電傳感器
防沖洗型傳感器，能夠提供極高的可靠性和舒適性，并將運(yùn)行成本降至最低。配合IO-Link接口以及能夠大幅延長(zhǎng)使用壽命的proTect+密封理念，這兩款新型傳感器適用于苛刻的應(yīng)用環(huán)境，堪稱食品和飲料行業(yè)的理想解決方案。