淺談傳感器在光電狀況下的特性與應用

揭峰

【摘 要】光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。按光電元件輸出量性質可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖（開關）式光電傳感器。為此本文著重介紹新型式光電傳感器的組成與特點應用。

【關鍵詞】光電信號；光電開關；硬件設計；應用

一、引言

傳感器是獲取信息的工具，它涉及整個科學技術、國防、航空、航天、交通運輸、能源、機械、石油、化工、輕工、紡織等工業(yè)部門和環(huán)境保護、生物醫(yī)學工程等和日常生活的各個領域，是現(xiàn)代信息技術的重要支柱技術之一。現(xiàn)代信息技術包含信息采集、信息傳輸和信息處理等內(nèi)容。隨著全球制造業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)傳感器成為提高生產(chǎn)能力和增強安全的關鍵所在。工業(yè)傳感器有各種尺寸、形狀和技術——最常見的是用電感、電容、光電、磁力、超聲波技術設計的傳感器。每一種技術各有其長短，因此要根據(jù)應用的要求來確定采用哪一種傳感。光電測量時不與被測對象直接接觸，光束的質量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對被測對象幾乎不施加壓力。因此在許多應用場合，光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性。其缺點是在某些應用方面，光學器件和電子器件價格較貴，并且對測量的環(huán)境條件要求較高。從上述分析可知，現(xiàn)代信息技術的主體是光子技術與微電子技術，而光子技術與微電子技術結合，它們相互交叉、相互滲透與補充就形成了光電信息技術，光電信息技術的主要內(nèi)容是電─光信息轉換和光─電信息的轉換及其應用，是現(xiàn)代信息技術的基礎和核心。

二、光電轉換及特性分析

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，電子會克服束縛脫離材料表面而進入外界空間，從而改變光電子材料的導電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應。光電傳感器由光源、接收器、放大器及信號轉換器組成。光敏三極管對進來的光線進行分析，看看它是不是從發(fā)光二極管產(chǎn)生的光，并且產(chǎn)生輸出信號。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，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射。光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的，它的基本結構是首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號.光電傳感器一般由光源，光學通路和光電元件三部分組成.光電檢測方法具有精度高，反應快，非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。

光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關系，來達到測量目的的，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恒光源，電源穩(wěn)定性的設計至關重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準確性。光敏三極管在低照度入射光下工作時，或者希望得到較大的輸出功率時，也可以配以放大電路。由于光敏電池即使在強光照射下，最大輸出電壓也僅0.6V，還不能使下一級晶體管有較大的電流輸出，故必須加正向偏壓，為了減小晶體管基極電路阻抗變化，盡量降低光電池在無光照時承受的反向偏壓。

三、光電傳感器應用

硬件分析光電傳感器檢測：如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）；光電傳感器對檢測物體的限制少，由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進行檢測；光電傳感器響應時間短，光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短。光電傳感器分辨率高，通過高級設計技術使投光光束集中在小光點，或通過構成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現(xiàn)高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測；擴散反射式光電開關它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，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；對射型傳感器，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大，一個發(fā)光器和一個收光器組成對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。對射式光電開關的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。

光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器，光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。通常用于對移動目標物體定位與檢測。迷你型適合安裝空間受限的場合，大部分迷你型普通LED光源的漫反射式檢測距離在1米以內(nèi)，鏡反射型檢測距離在10米以內(nèi)，對射型在20米左右，而激光光源的檢測距離會高于這個范圍。小型和緊湊型的檢測距離會進一步延伸，目前可提供最遠的對射型距離可達350米。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和中獲得廣泛應用。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，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。

【參考文獻】

[1]何勇編.光電傳感器及其應用[M]. 化學工業(yè)出版社.

[2]張福學.傳感器電子學及其應用[M].國防工業(yè)出版社.