傳感器原理及應(yīng)用

1、光電傳感器 課 程：傳感器原理及應(yīng)用姓 名： 。 系 別： 電子科學(xué)系 班 級(jí)： 。學(xué) 號(hào)： 。 日 期： 2010年12月25日 光電傳感器摘要：光電傳感器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,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。 關(guān)鍵詞：光電式 傳感器 創(chuàng)新應(yīng)用 一、光電傳感器基本知識(shí) 光電傳感器最根本的原理是光電效應(yīng),光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng):在光線作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。在光線作用下,物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)

2、光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為以下兩類:(1)光電導(dǎo)效應(yīng)。在光線作用下,對(duì)于半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,就激發(fā)出電子-空穴對(duì),使載流子濃度增加,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加,阻值減低,這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻就是基于這種效應(yīng)的光電器件。(2)光生伏特效應(yīng)。在光線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)象稱為光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池。 常用的光電傳感器有光敏電阻、光電池、光敏二極管、光敏三極管等。利用這些傳感器各自的特點(diǎn)加上巧妙的設(shè)計(jì),光電傳感器幾乎被應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。光電傳感器特點(diǎn)有:(1)檢測(cè)距離長。如果在對(duì)射型中保留10m以上

3、的檢測(cè)距離等,便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段(磁性、超聲波等)無法離檢測(cè)。(2)對(duì)檢測(cè)物體的限制很少 。由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理,所以不象接近傳感器等將檢測(cè)物體限定在金屬,它可對(duì)玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。(3)響應(yīng)時(shí)間短。光本身為高速,并且傳感器的電路都由電子零件構(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。能通過高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)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)。(5)可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)?？梢詿o須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè),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

4、長期使用。(6)可實(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)。(7)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。 二、光電傳感器的原理光電傳感器：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)、

5、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。三、創(chuàng)新應(yīng)用舉例 1.測(cè)溫功能 應(yīng)用時(shí),將感溫頭插入被測(cè)溫環(huán)境中,外部法蘭安裝密封。傳感器輸出端與二次儀表輸入端經(jīng)輻射至光電轉(zhuǎn)換器接收, 轉(zhuǎn)換成毫伏電壓信號(hào)。感溫管一般為經(jīng)過特殊處理的高剛玉管或特殊材質(zhì)管。光電轉(zhuǎn)換器由光學(xué)透鏡、光欄、硅光電池,溫度穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)組成。高壓密封器將感溫管開口端高壓密封,防止感溫管透氣或斷裂產(chǎn)生高壓泄露, 不影響輻射光傳輸,所以傳感

6、器在現(xiàn)場工作時(shí),可拆卸光電轉(zhuǎn)換器通過高壓密封器觀察感溫管狀況或檢修光電轉(zhuǎn)換器, 信號(hào)傳輸導(dǎo)線為雙芯屏蔽銅電纜, 將傳感器輸出端按正負(fù)端與儀表信號(hào)輸入端相接,接地端與地線相接,儀表上電即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 2.火焰探測(cè)報(bào)警器 硫化鉛光敏電阻的暗電阻為1 m,亮電阻為 0.2 m,峰值響應(yīng)波長為2.2m。硫化鉛光敏電阻處于v1管組成的恒壓偏置電路,其偏置電壓約為 6 v,電流約為 6。v2管集電極電阻兩端并聯(lián) 68f的電容,可以抑制 100 hz以上的高頻,使其成為只有幾十赫茲的窄帶放大器。v2、v3構(gòu)成二級(jí)負(fù)反饋互補(bǔ)放大器,火焰的閃動(dòng)信號(hào)經(jīng)二級(jí)放大后送給中心控制站進(jìn)行報(bào)警處理。采用偏置電路是為了在更換

7、光敏電阻或長時(shí)間使用后,器件阻值的變化不致于影響輸出信號(hào)的幅度, 確?；鹧鎴?bào)警器能長期穩(wěn)定地工作。 3.光控大門 我們都有這樣的苦惱每次開車到了小區(qū)大門都要等門衛(wèi)來開門或者等其按動(dòng)電動(dòng)門的開關(guān),既費(fèi)時(shí)又費(fèi)人力,如果巧妙地利用光電傳感器就可以實(shí)現(xiàn)光控大門。這里要用到一種電子元件干簧繼電器,它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時(shí),線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化,兩個(gè)簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài),線圈內(nèi)沒有電流時(shí),磁場消失,瓷片在彈力的作用下,回復(fù)到分離狀態(tài)。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方,把帶動(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中,那么夜間汽車開

8、到大門前,燈光照射光敏電阻時(shí),干簧繼電器接通電動(dòng)機(jī)電路,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大門打開。 4.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。5.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。四、小結(jié) 以上介紹了光電傳感器的基本原理和其特點(diǎn),并列舉了一些在生活實(shí)際中的創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)例。從這些實(shí)例中我們可窺見光電傳感器無限的發(fā)展應(yīng)用前景。光電式傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會(huì)對(duì)傳感器提出的要求越來越高是其發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力,突飛猛進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的則為其提供了