淺析光電式傳感器在汽車上的應用與發(fā)展

張姍

摘要：隨著科學技術的發(fā)展以及物聯網技術的普及，自動化生產與智能制造的普及度越來越高，對于自動化與智能制造，大部分功能的實現都是基于傳感器的，其中光電式傳感器又是傳感器中應用最為廣泛的一種，因此，掌握光電式傳感器的原理顯得尤為重要。本文將著重闡述光電式傳感器的工作原理，并在此基礎上著重闡述光電式傳感器在汽車上的應用。

關鍵詞：光電式傳感器;工作原理;應用;發(fā)展趨勢

1? 光電式傳感器簡述

光電式傳感器是目前產量最多，應用最廣的傳感器之一。下面對光電式傳感器的工作原理、組成和分類進行簡單介紹。

1.1 工作原理

光電式傳感器是基于光電效應工作的，光電效應指的是金屬或者半導體等材料在光照下釋放電子的現象，通常可分為外光電效應和內光電效應。其中光電管、光電倍增管是基于外光電效應制作的光電器件，見圖1和圖2。

基于內光電效應的有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等，見圖3、圖4、圖5。

1.2 光電式傳感器的組成

光電式傳感器一般由輻射源、光學通路、光電器件三部分組成。如圖6所示。

圖6中輻射源指的就是光源，主要作用是發(fā)射光束，一般所采用的輻射源主要是發(fā)光二極管（LED）、激光二極管等;其次，光學通路的主要作用是改變光信號的參數，比如波長、頻率等參數;光電器件的主要作用是將接受到的變化的光信號轉變成變化的電信號，然后輸出，再經過后續(xù)測量電路，測量電信號的變化，從而確定被測量。

1.3 光電式傳感器的分類

光電式傳感器按其傳輸方式可分為直射型、透射型、反射型和遮蔽式四種基本形式。如圖7。

①直射型如圖 7（a）所示，光源本身就是被測物體。被測物體的光通量指向光敏器件，產生光電流輸出。這種形式常用于光電比色高溫計中作光電器件。

②透射型如圖7（b）所示，光源的光通量一部分由被測物體吸收，另一部分則穿過被測物體投射到光敏器件上。該形式常用于測量混合氣體、液體的透明度、濃度等。

③反射型如圖7（c）所示，首先，光源發(fā)射出的光通量投射到被測物體上之后，其次，被測物體又將部分光通量反射到光敏器件上。反射的光通量取決于被測物體的反射條件，此種形式一般用于測量工件表面的粗糙度及測量轉速等。

④遮蔽型如圖7（d）所示，光源發(fā)射出的光通量投射到被測物體上，由于被測物體的遮蔽導致光通量的改變，最終導致投影到光敏器件上的光通量也隨著改變。這種形式常用于測量位置、位移、振動、頻率等，在自動控制中用作自控開關。

2? 光電式傳感器應用

光電傳感器在汽車上的應用較為廣泛，主要有光電式轉向傳感器、光電式光量傳感器、光電式車速傳感器等，下面就簡要分析光電式傳感器在汽車上的應用。

2.1 光電式轉向傳感器

如圖8所示電子控制懸架系統的構成。

轉向盤轉向傳感器用于檢測汽車轉向輪的偏轉角度及偏轉方向。光電式轉向傳感器的電路如圖9所示。

2.2 光電式光量傳感器

光電式光量傳感器用硫化鎘（CdS）作為半導體元件，當硫化鎘（CdS）接受到光線照射時，電阻值便會隨之發(fā)生變化，這樣，便把周圍光照強度的變化轉換為電阻值的變化，然后以電信號的形式輸入控制器。現階段，這種傳感器主要用于汽車上各種燈具亮、熄的自動控制。

2.3 光電式車速傳感器

光電式車速傳感器主要用于檢測電控汽車的車速，然后通過車速控制發(fā)動機怠速，自動變速器的變扭器鎖止，自動變速器換檔及發(fā)動機冷卻風扇的開閉和巡航定速等其它功能。其外形如圖10所示。

3? 光電式傳感器發(fā)展趨勢

光電式傳感器行業(yè)發(fā)展方向呈現出以下特點：

3.1 光電式傳感器的智能化趨勢

光電式傳感器的智能化是在傳感器中內置微處理器，使其具有自動檢測、自動補償、數據存儲、邏輯判斷等功能。隨著終端用戶體驗的不斷升級及消費習慣的逐漸改變，光電傳感器要求具有保密性高、傳輸距離遠、抗干擾性強、自適應性強、通信功能等特點，因此，智能化是光電傳感器發(fā)展的必然趨勢。

3.2 光電式傳感器的微型化趨勢

傳統的光電式傳感器往往體積較大，功能不完善，且應用領域受限，難以滿足便攜設備、可穿戴設備等下游應用領域不斷升級的消費需求。精密加工、微電子、集成電路等技術的發(fā)展及新材料的應用，使得傳感器中敏感元件、轉換元件和調理電路的尺寸正在從毫米級走向微米級甚至納米級，助推了傳感器的微型化趨勢。

3.3 光電式傳感器的多功能化趨勢

一般情況下，一個傳感器只能用來檢測一種被測量的變化，但基于實際生產等需求，在傳感器的許多應用領域中，為了能夠全面且準確地反映客觀事物特點和環(huán)境，通常情況下往往需要同時測量多種被測變量，因此實現多功能化無疑是當前光電式傳感器技術發(fā)展中一個重要的研究方向。同時，伴隨著光電式傳感器應用領城的不斷擴大，以及加工工藝和組裝技術的發(fā)展等，使多種敏感元件整合在同一基板上成為可能。終端應用的集成化要求，推動了多功能化傳感器的發(fā)展。

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