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 時間：2012-05-05 (序號：20 學(xué)號：24091900300 班級：09機(jī)自二班)摘要：光電傳感器是把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后，借助光電元件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號來實(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)，而且可測參數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡單，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。關(guān)鍵詞：光電傳感器 光電傳感器應(yīng)用 發(fā)展趨勢 光電檢測一、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轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器，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，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)時間慢。 2)光電二極管和光電三極管：靈敏度高、響應(yīng)時間快，但受溫度影響比較大、受光面小、方向性強(qiáng)、抗干擾能力弱。不同型號的管子對光譜響應(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)檢測距離長：如對射型保留大于十米的檢測距離，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段(磁性、超聲波等)無法檢測的對象。 2)檢測物體種類多：由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，不僅對金屬，而且對玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體都能進(jìn)行檢測。 3)響

4、應(yīng)時間短：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)械性工作時間，響應(yīng)時間非常短。 4)分辨率高：通過設(shè)計(jì)技術(shù)使投光的光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊受光的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高分辨率，可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 5)非接觸檢測:可非機(jī)械性接觸檢測物體，不會對檢測物體和傳感器造成損傷，傳感器能長期使用。 6)顏色判別:通過檢測物體形成光的反射率和吸收率，根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合的差異。對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。 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，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。三、光電傳感器的測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。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(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、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電傳感器的敏感波長在可見光(O38O76um)附近，包括紅外線(0761000um)和紫外線波長(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：對射式光電傳感器紅外線開關(guān)RPI-352：價(jià)格1個，1.6元/個；品牌：羅姆；型號：RPI-352；生產(chǎn)廠家：深圳市福田區(qū)賽格電子市場森茂業(yè)電子經(jīng)銷部。表1對于總的而言，國內(nèi)外比較著名的生產(chǎn)光電傳感器廠家有：德國di-soric、美國MEAS、上海中滬電子、臺灣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時，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，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。整個條形碼被掃描過之后，光敏三極管將條形碼變形一個個電脈沖信號，該信號經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，完成對條形碼信息的識別。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，將開關(guān)合上。平時由于擋板插入槽口，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，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。 圖3 4.產(chǎn)品計(jì)數(shù)器產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行

8、時，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)品的有無產(chǎn)生一個個電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電脈沖電路便產(chǎn)生一個脈沖信號，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。5.光電傳感器在電能表自動抄表系統(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)磁場而感生的電渦流，與磁場相互作用而產(chǎn)生的鋁盤轉(zhuǎn)矩作為動力來驅(qū)動由蝸桿、蝸輪及齒輪組等元件構(gòu)成的傳動機(jī)構(gòu)，從而帶動轉(zhuǎn)動式機(jī)械計(jì)數(shù)器的滾輪組來反映鋁盤的轉(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)是不能滿足自動抄表系統(tǒng)的要求的。為能實(shí)現(xiàn)電能表的自動抄表，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)代化的電能表自動抄表系統(tǒng)，也必須選用合適的檢測傳感器。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動而旋轉(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)射接收對管，則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時，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進(jìn)入微機(jī)。圖4為光電傳感器檢測示意圖。 圖4圖中D1和P1組成光電發(fā)射接收對管，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，測得鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)N，即可檢測出用戶消耗的電能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取⒏叻直媛?、大動態(tài)范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強(qiáng)變動而變化這一現(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)測量、動態(tài)測量及自動化控制等

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。如圖5所示，若旋轉(zhuǎn)圓盤沒有旋轉(zhuǎn)，光路檢測的光束沒有被遮擋，測量電路中，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的時序圖，Q2的時序圖道理一樣）圓盤轉(zhuǎn)動方向若向左，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Q1，Q2輸出脈沖個數(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)過程中，首先根據(jù)需要設(shè)計(jì)傳感器的測量精度及范圍。精度可以通過計(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量范圍來確定，整個傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。 測量結(jié)構(gòu)如圖8所示，由四個光敏二極管(元件1、2、4、6)、兩個光源（發(fā)光二極管3、5）、位移圓盤7、方向圓盤9及傳動軸8組成。將傳感器垂直配置，分別代表位移z和移動方向 ，組成一個二維傳感器。 圖7 圖8 6.4坐標(biāo)算法 當(dāng)被測物坐標(biāo)

14、發(fā)生時，圓盤7轉(zhuǎn)動，光敏二極管4和光敏二極管6通道的信號發(fā)生變化，通過接口電路自動傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，計(jì)算機(jī)自動對輸入通道的信號進(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，通過傳動軸轉(zhuǎn)動帶動方向圓盤產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，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，通過接口電路自動傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，對輸入通道的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，形成數(shù)據(jù)庫，以備計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)計(jì)算確定自身的坐標(biāo)位置，并通過相應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。相對坐標(biāo)XN 、YN 計(jì)算公式如下：      XN=Z*cos  &

15、#160; YN =Z*sin 為了確保測量精度，計(jì)算機(jī)的采樣時間不能太大，應(yīng)該接近光電傳感器的反映時間，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，也可以通過計(jì)算機(jī)特性補(bǔ)償?shù)玫健?#160;          六、光電檢測的優(yōu)缺點(diǎn)光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光

16、電式傳感器在檢測和控制中應(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，并且對測量的環(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，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。 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，往往會導(dǎo)致信號質(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，通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，同時光敏器件和后端放大電路分離，需要對采集電路進(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放大電路，有效地抑制了外界電磁信號對原始脈搏信號的干擾。 7.3信號采集電路的改進(jìn) 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號不僅包含脈搏信息，而且還包含測

18、量環(huán)境下的背景光（二次反射光）。由于動脈搏動引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多，因此在測量過程中要保持測量背景光的恒定，減少背景光的干擾。 7.4信號濾波處理脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，因此對工頻信號干擾的抑制是保證脈搏信號測量精度的主要措施之一。通常脈搏信號的頻率范圍在0.330 Hz之間，小于工頻50 Hz，因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾。在信號調(diào)理電路中，同時還設(shè)計(jì)高通濾波器濾除直流信號，就能夠?qū)崿F(xiàn)對脈搏信號的提取。八、光電傳感器的發(fā)展趨勢近年來，由于傳感器的廣泛應(yīng)用以及在日常生活中所起的越來越重要的作用，人們對傳感器提出越來越高的要求。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，其主要趨勢有以下幾個方面：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. 我國目前的發(fā)展?fàn)顩r3.1 我國的優(yōu)勢有：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，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