光電傳感器相關(guān)文獻(xiàn)檢索1

1、光電傳感器的相關(guān)文獻(xiàn)檢索作者：吳啟舟 時(shí)間：2012-05-05 (序號(hào)：20 學(xué)號(hào)：24091900300 班級(jí)：09機(jī)自二班)摘要：光電傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后，借助光電元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。如光電開關(guān)、光感電阻、光感二極管、光電池、光纖等。光電式傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，它是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器，具有反應(yīng)快、精度高、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。本文列舉了光電傳感器技術(shù)在一些領(lǐng)域里的應(yīng)用。并闡述了當(dāng)前傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：光電傳感器 光電傳感器應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì) 光電檢測(cè)一、光電傳感器的工

2、作原理及其分類光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器，其工作原理基于光電效應(yīng)，通常由光源、光路、光電元件構(gòu)成。所謂光電效應(yīng)，是指當(dāng)光照射到某種物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)的導(dǎo)電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象。光電式傳感器的分類：根據(jù)光電效應(yīng)原理，光電式傳感器可分為： 外光電效應(yīng)：光電管、光電倍增管等。按光電式傳感器信號(hào)形式可分為： 模擬式光電傳感器：位移式光電傳感器； 數(shù)字式光電傳感器：轉(zhuǎn)速傳感器、光柵式傳感器等。通常，光電傳感器還包括光纖傳感器、固體圖像傳感器。光電傳感器的應(yīng)用可歸納為四種基本形式：直射式（輻射式）、吸收式、遮光式、反射式。二、光電傳感器的特點(diǎn) 1.光電傳感器元件的應(yīng)用特點(diǎn) 1)光敏電阻

3、：輸出電流大、受溫度的影響小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，器件本身不容易發(fā)生故障，但響應(yīng)時(shí)間慢。 2)光電二極管和光電三極管：靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快，但受溫度影響比較大、受光面小、方向性強(qiáng)、抗干擾能力弱。不同型號(hào)的管子對(duì)光譜響應(yīng)差異大。 3)光電池：受光面積大、輸出電流小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、光譜比較寬、受溫度影響小、抗干擾能力強(qiáng)。 2.光電傳感器的應(yīng)用特點(diǎn) 1)檢測(cè)距離長(zhǎng)：如對(duì)射型保留大于十米的檢測(cè)距離，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段(磁性、超聲波等)無(wú)法檢測(cè)的對(duì)象。 2)檢測(cè)物體種類多：由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，不僅對(duì)金屬，而且對(duì)玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體都能進(jìn)行檢測(cè)。 3)響

4、應(yīng)時(shí)間短：光速高、且傳感器的電路都由電子元件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。 4)分辨率高：通過(guò)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光的光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊受光的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高分辨率，可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。 5)非接觸檢測(cè):可非機(jī)械性接觸檢測(cè)物體，不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷，傳感器能長(zhǎng)期使用。 6)顏色判別:通過(guò)檢測(cè)物體形成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)物體的顏色組合的差異。對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。 7)易于調(diào)整:在投射可視光的類型中，投光的光束是眼睛可見的，便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。三、光電傳感器的測(cè)量物理量及范圍光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)

5、換元件的傳感器。它可用于檢測(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(lái)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。光電傳感器的敏感波長(zhǎng)在可見光(O38O76um)附近，包括紅外線(0761000um)和紫外線波長(zhǎng)(000504um)。四、光電式傳感器的技術(shù)指標(biāo)及參考價(jià)格，著名生產(chǎn)廠家光電傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)有：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、線性度、靈敏度和分辨率。光電傳感器主要參數(shù)：1、尺寸；2、傳感模式；3、傳感范圍；4、安裝方式；5、輸出；6、工作模式；7、工作電壓； 8、光源；9、 連

6、接方式；10、封裝材料。特殊功能包括：1、可處理高速和/或高溫； 2、邏輯控制；3、可計(jì)算機(jī)編程；4、網(wǎng)絡(luò)兼容性。其中不同的光電傳感器其價(jià)格是不同的，如：對(duì)射式光電傳感器紅外線開關(guān)RPI-352：價(jià)格1個(gè)，1.6元/個(gè)；品牌：羅姆；型號(hào)：RPI-352；生產(chǎn)廠家：深圳市福田區(qū)賽格電子市場(chǎng)森茂業(yè)電子經(jīng)銷部。表1對(duì)于總的而言，國(guó)內(nèi)外比較著名的生產(chǎn)光電傳感器廠家有：德國(guó)di-soric、美國(guó)MEAS、上海中滬電子、臺(tái)灣KFPS、浙江華感電子等。五、光電傳感器的應(yīng)用實(shí)例 1.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

7、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。tu圖 圖1 圖2 2.防盜報(bào)警電路將光電斷路器安裝于抽屜的背后，并設(shè)一電源開關(guān)置于隱蔽的地方，當(dāng)需要防盜時(shí)，將開關(guān)合上。平時(shí)由于擋板插入槽口，光電三極僅有暗電流，BG不導(dǎo)通，繼電器J不吸合。當(dāng)小偷撬開抽屜時(shí)，一拉開抽屜則擋板離開槽口，光電三極管的光電流使R2上產(chǎn)生接近電源的電壓，BG導(dǎo)通，繼電器吸合，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 圖3 4.產(chǎn)品計(jì)數(shù)器產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行

8、時(shí)，不斷地遮擋光源到光敏器件間的光路，使光電脈沖電路隨產(chǎn)品的有無(wú)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次，光電脈沖電路便產(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)。5.光電傳感器在電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的電能表為機(jī)械式電能表，它是利用電表中的電壓元件和電流元件在鋁盤上產(chǎn)生的移進(jìn)磁場(chǎng)而感生的電渦流，與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的鋁盤轉(zhuǎn)矩作為動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)由蝸桿、蝸輪及齒輪組等元件構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式機(jī)械計(jì)數(shù)器的滾輪組來(lái)反映鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)的。由于鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)N與負(fù)載功率P和時(shí)間t成正比，且有N=CPt=CA (1)(1) 式中，N為鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，A=

9、Pt為負(fù)載在時(shí)間t內(nèi)消耗的電能(單位： kW*h)，C為電能表常數(shù)單位：r/(kW*h)。因此，可用機(jī)械計(jì)數(shù)器滾輪組上的數(shù)字顯示累計(jì)電能(kW*h即度數(shù))的大小。 顯然，機(jī)械計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)是不能滿足自動(dòng)抄表系統(tǒng)的要求的。為能實(shí)現(xiàn)電能表的自動(dòng)抄表，就必須借助于相應(yīng)的傳感器，并由傳感器接口電路將信息傳送到由CPU為核心所組成的最小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而且，為構(gòu)成現(xiàn)代化的電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)，也必須選用合適的檢測(cè)傳感器。電能表的鋁盤受電渦流和磁場(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的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對(duì)管，則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，在局部涂黑處便

10、產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉(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)。圖4為光電傳感器檢測(cè)示意圖。 圖4圖中D1和P1組成光電發(fā)射接收對(duì)管，P1接收涂黑部分的反射光而在A點(diǎn)處將產(chǎn)生的電脈沖輸入到光電耦合隔離器01，01以發(fā)光二極管為輸入端、光敏三極管為輸出端。01的輸出信號(hào)則輸入到單片機(jī)的T0端。T0端為單片機(jī)8031的并行口P3.4的第二功能端定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖外部輸入端，接收傳感器的計(jì)數(shù)脈沖輸入。R3為上拉電阻，用于電平轉(zhuǎn)換。CPU的串行輸入、輸出口RXD、TXD (P3.0、P3.1 的第二功能)在

11、控制指令指揮下工作。RXD為接收端，TXD為發(fā)送端，工作于一定方式。 若在鋁盤上加工一狹縫隙或小孔，則可用透射式光電發(fā)射接收對(duì)管，同樣可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，后續(xù)電路與上相同。 由式(1)可見，測(cè)得鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)N，即可檢測(cè)出用戶消耗的電能A (A=N/C)。這樣組成的電能基表就構(gòu)成了脈沖電度表。6.光電式坐標(biāo)傳感器 6.1功能介紹 小區(qū)域坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值，坐標(biāo)傳感器是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，采用光電元件設(shè)計(jì)是因?yàn)橐云涓呔?、高分辨率、大?dòng)態(tài)范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強(qiáng)變動(dòng)而變化這一現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)幾何增量，設(shè)計(jì)成光電傳感器，可廣泛地應(yīng)用于靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量及自動(dòng)化控制等

12、領(lǐng)域。為了滿足實(shí)際工程的需要，小區(qū)域坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)正逐步受到重視，下面就光電式坐標(biāo)傳感器的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。 6.2傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  如果將被測(cè)旋轉(zhuǎn)圓盤置于光電斷續(xù)器的發(fā)光與受光側(cè)之間，圓盤上有許多狹縫，圓盤旋轉(zhuǎn)，光源發(fā)出的光間隔地被狹縫遮擋，受光側(cè)得到斷續(xù)的強(qiáng)光和弱光信號(hào)。如圖5所示，若旋轉(zhuǎn)圓盤沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，光路檢測(cè)的光束沒(méi)有被遮擋，測(cè)量電路中，X光敏二極管上輸出電壓波形，Y光敏二極管上的輸出電壓波形是相同的，相位是相差/2的。若圓盤旋轉(zhuǎn)，雙輸出型的輸出電壓波形如圖6所示，（僅畫出Q1的時(shí)序圖，Q2的時(shí)序圖道理一樣）圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向若向左，Q2輸出電壓相位落后被屏蔽；反之，圓盤向右旋轉(zhuǎn)，Q

13、1輸出電壓相位超落后被屏蔽。因此，兩個(gè)輸出電壓的相位關(guān)系反映圓盤的旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的位移可以通過(guò)Q1，Q2輸出脈沖個(gè)數(shù)的代數(shù)和得到。 圖5 圖66.3光電式坐標(biāo)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及坐標(biāo)算法 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先根據(jù)需要設(shè)計(jì)傳感器的測(cè)量精度及范圍。精度可以通過(guò)計(jì)算圓盤上的狹縫密度完成，傳感器圓盤的形狀及尺寸大小由測(cè)量范圍來(lái)確定，整個(gè)傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。 測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖8所示，由四個(gè)光敏二極管(元件1、2、4、6)、兩個(gè)光源（發(fā)光二極管3、5）、位移圓盤7、方向圓盤9及傳動(dòng)軸8組成。將傳感器垂直配置，分別代表位移z和移動(dòng)方向 ，組成一個(gè)二維傳感器。 圖7 圖8 6.4坐標(biāo)算法 當(dāng)被測(cè)物坐標(biāo)

14、發(fā)生時(shí)，圓盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，光敏二極管4和光敏二極管6通道的信號(hào)發(fā)生變化，通過(guò)接口電路自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)輸入通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如果前進(jìn)或者后退的角度發(fā)生變化，位移圓盤9角度也隨著發(fā)生變化，通過(guò)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)方向圓盤產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得圓盤9上的狹縫通斷光敏二極管上的光照，發(fā)出與前進(jìn)或后退相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，通過(guò)接口電路自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，對(duì)輸入通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，以備計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算確定自身的坐標(biāo)位置，并通過(guò)相應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。相對(duì)坐標(biāo)XN 、YN 計(jì)算公式如下：      XN=Z*cos  &

15、#160; YN =Z*sin 為了確保測(cè)量精度，計(jì)算機(jī)的采樣時(shí)間不能太大，應(yīng)該接近光電傳感器的反映時(shí)間，最好同步，或者成倍數(shù)關(guān)系。 6.5坐標(biāo)與電壓的轉(zhuǎn)換 根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理，輸出的電壓變化規(guī)律也正好是周期變化，變化的靈敏度與狹縫之間的距離有關(guān)，狹縫之間的距離可以根據(jù)需要加工，但受到工藝和技術(shù)水平的限制，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)特性補(bǔ)償?shù)玫健?#160;          六、光電檢測(cè)的優(yōu)缺點(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，因此，光

16、電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。其缺點(diǎn)是在某些應(yīng)用方面，光學(xué)器件和電子器件價(jià)格較貴，并且對(duì)測(cè)量的環(huán)境要求較高。但隨著薄膜工藝、平面工藝和大規(guī)模繼承電路技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的成本大為降低。近年來(lái)，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(yè)。 七、光電傳感器的改進(jìn)措施 7.1發(fā)射光源的改進(jìn) 在以往的傳感器中，發(fā)射光源都是普通的發(fā)光二極管，由于發(fā)光二極管的譜帶較寬，發(fā)散面積大，往往會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量變差，受環(huán)境光干擾嚴(yán)重。傳感器采用激光二極管作為發(fā)射光源，與普通的發(fā)光二極管相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)激光二極管發(fā)射的光線光譜寬度窄，具有很好的單色性； （2

17、）方向性強(qiáng)，發(fā)光面積小，發(fā)散面小，不容易受到背景光干擾； (3)激光二極管具有效率高、體積小、壽命長(zhǎng)和輸出功率小的優(yōu)點(diǎn)。 7.2光敏器件的改進(jìn) 在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器設(shè)計(jì)中，光敏元件與后端放大電路相互分離4。一般情況下，光敏元器件輸出的電流很低，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號(hào)一般比較微弱，容易受到外界電磁信號(hào)的干擾，同時(shí)光敏器件和后端放大電路分離，需要對(duì)采集電路進(jìn)行電磁屏蔽。傳感器采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級(jí)放大電路，有效地抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始脈搏信號(hào)的干擾。 7.3信號(hào)采集電路的改進(jìn) 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號(hào)不僅包含脈搏信息，而且還包含測(cè)

18、量環(huán)境下的背景光（二次反射光）。由于動(dòng)脈搏動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多，因此在測(cè)量過(guò)程中要保持測(cè)量背景光的恒定，減少背景光的干擾。 7.4信號(hào)濾波處理脈搏信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證脈搏信號(hào)測(cè)量精度的主要措施之一。通常脈搏信號(hào)的頻率范圍在0.330 Hz之間，小于工頻50 Hz，因此通過(guò)低通濾波器可以有效濾除工頻干擾。在信號(hào)調(diào)理電路中，同時(shí)還設(shè)計(jì)高通濾波器濾除直流信號(hào)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈搏信號(hào)的提取。八、光電傳感器的發(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

19、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 1) 開發(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。山半導(dǎo)體敏感材料、陶瓷材料、磁性材料。 3) 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造材料。 4) 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r3.1 我國(guó)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