光電傳感器,中文版

1、L/O/G/O光電傳感器光電傳感器傳感器：傳感器： 傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理?xiàng)l件（如光、熱、測、感受外界的信號、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。息傳遞給其他裝置或器官。光電傳感器：光電傳感器： 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件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(zhuǎn)換成光的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信信號號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成

2、電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。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(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,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 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

3、、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。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。 由光通量對光電元件的作用原理1不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類 所謂透射式是指被測物體放在

4、光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān). 光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。?amp;micro;A），稱為光敏二極管的暗電流；

5、當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+）Icbo（很小）

6、，比一般三極管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。 光傳感器的種類：光傳感器的種類：環(huán)境光傳感器環(huán)境光傳感器 環(huán)境光傳感器環(huán)境光傳感器可以感知周圍光線情況，并告知處理芯片自動調(diào)節(jié)顯示器背光亮度，降低產(chǎn)品的功耗。例如，在手機(jī)、筆記本等移動應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達(dá)電池總電量的30%，采用環(huán)境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時(shí)間。另一方面，環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當(dāng)環(huán)境亮度較高時(shí)，使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會自動調(diào)成高亮度。當(dāng)

7、外界環(huán)境較暗時(shí)，顯示器就會調(diào)成低亮度，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)亮度。 環(huán)境光傳感器需要在芯片上貼一個(gè)紅外截止膜紅外截止膜，甚至直接在硅片上鍍制圖形化的紅外截止膜。 紅外光傳感器紅外光傳感器 該紅外光傳感器使用充電的熱電堆與溴碘化鉈（KRS-5）窗口來感應(yīng)580到40000nm的波長。該傳感器使得學(xué)生可以自己測量一系列現(xiàn)象，包括自己手掌的紅外輻射。 紫外光傳感器紫外光傳感器 該紫外光傳感器使用一個(gè)過濾片測量紫外光波段（315nm-400nm）。除去濾光片，傳感器可同時(shí)感應(yīng)可見光。傳感器包括紫外光濾光片，一個(gè)瞄準(zhǔn)儀，和傳感器手柄。 太陽光傳感器太陽光傳感器1. 太陽傳感器。它可識別水平，垂直各360度。太陽所

8、在的位置，識別，陰天，多云天，半陰天，晴天及晚上白天。跟蹤方位識別。 2. 識別電路處理和侍服驅(qū)動。采用數(shù)字芯片完成以上各信息的處理?？墒谭鞣N普通電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)。整機(jī)功耗電流3mA，芯片工作電壓5V。 國際先進(jìn)的太陽跟蹤設(shè)備，采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定。 電路原理、設(shè)備技術(shù)復(fù)雜。智能太陽跟蹤儀采用識別理論技術(shù)，電路簡單元件少，沒有經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)信息的理論。一年四季太陽運(yùn)行的路線不用考慮。太陽從哪個(gè)方向升起，到哪個(gè)方向落下，它都會準(zhǔn)確無誤的識別太陽升起和落下的位置。如果把他安放在行走的車或船上，不論向何方行駛，跟蹤儀都能正對太陽。 分類：1. 標(biāo)準(zhǔn)光電傳感器標(biāo)準(zhǔn)光電傳

9、感器1）漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，帶背景抑制功能型 (-8-H) 光電傳感器，帶背景分析功能型 (-8-HW) 2）反射板型：一般型 (-6)，帶偏振濾波功能型 (-54, -55)，帶透明體檢測功能型 (-54-G)，帶前景抑制功能型 (-54-V) 3）對射型 4）槽型 5）光纖傳感器：塑料光纖型，玻璃光纖型 6）色標(biāo)傳感器，顏色傳感器，熒光傳感器 7）光通訊 8）激光測距：三角反射原理型，相位差原理型，時(shí)間差原理型 9）光柵 10）防爆/隔爆型 2. 安全光電傳感器安全光電傳感器 1）安全對射光電 2）安全光柵 3）安全光幕 4）安全控制器 3. 門控光電

10、傳感器門控光電傳感器 1）雷達(dá)傳感器：區(qū)域檢測型 2）主動式傳感器：單光束型，多光束型，區(qū)域檢測型 3）被動式傳感器：區(qū)域檢測型 4）電梯光幕 5）通用光電：槽形，對射型等 應(yīng)用：一、煙塵濁度監(jiān)測儀一、煙塵濁度監(jiān)測儀防止工業(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，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測、自動顯示和超標(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)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。 二、光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用二、光電池在光電檢測

11、和自動控制方面的應(yīng)用光電池作為光電探測使用時(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。光電傳感器的特長：檢測距離長 如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無法離檢測。 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 在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。 響應(yīng)時(shí)間短 光本

12、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。 分辨率高 能通過高級設(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)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。 可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測 可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。 可實(shí)現(xiàn)顏色判別 通過檢測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物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。 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，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整 傳感器的前景：咨

13、詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。 一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS

14、(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會超過25%。 目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，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，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。 光光 纖纖 傳傳 感感 器器一、一、 概述概述 光纖傳感器是光纖傳感器是20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期發(fā)展

15、起來的一門新技術(shù)年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù), 它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。 1、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：（1） 不受電磁干擾；不受電磁干擾；（2) 體積小體積小, 重量輕重量輕, 耗能少；耗能少；（3）可撓曲）可撓曲, 根據(jù)實(shí)際需要可做成各種形狀；根據(jù)實(shí)際需要可做成各種形狀；（4）靈敏度高；）靈敏度高；（5）耐高溫、高壓，）耐高溫、高壓， 耐腐蝕耐腐蝕, 電絕緣、電絕緣、 防爆性好；防爆性好；（6） 易與微機(jī)連接易與微機(jī)連接, 便于遙測等。便于遙測等。 光纖結(jié)構(gòu)及其光纖傳感器原理光纖結(jié)構(gòu)及其光纖傳感器原理一、一、 結(jié)構(gòu)和種類結(jié)構(gòu)和種類1、

16、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 光導(dǎo)纖維簡稱光纖，它是一種特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維，結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡稱光纖，它是一種特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維，結(jié)構(gòu)如圖所示。如圖所示。2、測量范圍、測量范圍 用于溫度、用于溫度、 壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和聲和PH值等各種物理量的測量值等各種物理量的測量, 具有極為廣泛的應(yīng)用前景。具有極為廣泛的應(yīng)用前景。 光纜的外形光纜的外形及光及光纖的拉制纖的拉制 各種裝飾性光導(dǎo)纖維各種裝飾性光導(dǎo)纖維 二、光纖傳感器的原理、組成及分類二、光纖傳感器的原理、組成及分類1、原理、原理 光纖傳感器原理實(shí)際上是光纖傳感器原理實(shí)際上是研究光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號研

17、究光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號（溫度、壓力、應(yīng)變、位移、（溫度、壓力、應(yīng)變、位移、 振動、電場等）與光的相互作振動、電場等）與光的相互作用用，即研究，即研究光被外界參數(shù)的調(diào)制光被外界參數(shù)的調(diào)制原理。原理。 外界信號可能引起光外界信號可能引起光的的強(qiáng)度、強(qiáng)度、 波長、頻率、相位、偏振態(tài)波長、頻率、相位、偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化，從等光學(xué)性質(zhì)的變化，從而而形成不同的調(diào)制。形成不同的調(diào)制。 2、組成、組成 光纖傳感器由光纖傳感器由光源、敏感元件光源、敏感元件（光纖或非光纖的）、（光纖或非光纖的）、光光探測器探測器、信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)以及以及光纖光纖等組成。等組成。3、分類、分類（1）功能型（）功能型（

18、Functional Fiber， 縮寫為縮寫為FF）傳感器：）傳感器： 利用光利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器，稱為功能型纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器，稱為功能型（Functional Fiber， 縮寫為縮寫為FF）傳感器，又稱為）傳感器，又稱為傳感型傳感傳感型傳感器器。（2）非功能型（）非功能型（Non Functional Fiber， 縮寫為縮寫為NFF）傳感器：）傳感器：光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化，這類傳感器稱為非功能型傳感器，又元件感受被測量的變化，這類傳感

19、器稱為非功能型傳感器，又稱為稱為傳光型傳感器傳光型傳感器。 在用途上，非功能型傳感器要多于功能型傳感器，而且非在用途上，非功能型傳感器要多于功能型傳感器，而且非功能型傳感器的制作和應(yīng)用也比較容易，所以目前功能型傳感器的制作和應(yīng)用也比較容易，所以目前非功能型傳非功能型傳感器品種較多感器品種較多。功能型傳感器的構(gòu)思和原理往往比較巧妙，可。功能型傳感器的構(gòu)思和原理往往比較巧妙，可解決一些特別辣手的問題。但無論哪一種傳感器，最終都解決一些特別辣手的問題。但無論哪一種傳感器，最終都利用利用光探測器將光纖的輸出變?yōu)殡娦殴馓綔y器將光纖的輸出變?yōu)殡娦盘柼枴?與光纖耦合的電光與光電轉(zhuǎn)換器件與光纖耦合的電光與光電

20、轉(zhuǎn)換器件 實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的元件通常是發(fā)實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的元件通常是發(fā)光二極管或激光二極管光二極管或激光二極管。 激光二極管的外形激光二極管的外形 激光二極管芯片激光二極管芯片 保護(hù)管內(nèi)保護(hù)管內(nèi)為高溫為高溫光纖光纖低溫低溫光纖光纖光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器 光纖磁場傳感器光纖磁場傳感器光纖式光電開關(guān)光纖式光電開關(guān)反射型反射型遮斷型遮斷型反射鏡反射型反射鏡反射型光纖式光電開關(guān)應(yīng)用光纖式光電開關(guān)應(yīng)用標(biāo)志孔標(biāo)志孔電路板標(biāo)志檢測電路板標(biāo)志檢測 當(dāng)光纖發(fā)出當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，時(shí)，若無反射，說明電路板方向說明電路板方向放置正確。放置正確。 光纖光纖 耦合器耦合器傳輸光纖傳輸光纖出射光纖出射光纖光纖式光電開關(guān)應(yīng)用光纖式光電開關(guān)應(yīng)用遮斷型光纖遮斷型光纖光電開關(guān)光電開關(guān)出射光纖出射光纖接收光纖接收光纖（1）CCD的基本結(jié)構(gòu)及原理 CCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOS電電容器組成的陣列，其構(gòu)造如圖所示。容器組成的陣列，其構(gòu)造如圖所示。5CCD（電荷耦合器件）攝像傳感器及其應(yīng)用 在在P型或型或N