光電傳感器的應用與發(fā)展

1、光電傳感器的應用與發(fā)展一、 引文光電傳感器主要作為一種檢測裝置，目前常用的光傳感器類型主要有光電管、光電倍增管和半導體光敏元件。由于它具有精度高，反應快，非接觸等優(yōu)點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小，已經獲得了廣泛應用。1. 工作原理 光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現的，一般情況下，它有三部分組成，可分為發(fā)送器、接收器和檢測電路。投光器發(fā)出的光束被物體阻斷或部分反射，受光器最終作出判斷，發(fā)射器發(fā)射光束一般來源于半導體的光源發(fā)光二極管和激光二極管，光束不間斷的發(fā)射或改變脈沖寬度，接收器有光電二極管或光電三極管組成，在接收器前面裝有光學元件透鏡或光圈，

2、在其后面檢測電路，濾出有效信號和應用信號，實現控制。圖1 光電傳感器的四種基本形式光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器，它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、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。如自動門傳感、色標檢出等。2. 結構與分類在光的照射下，某些物質內部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。這種物理現象稱為光電效應。通常把光電效應分為三類：在光線作用下能使電子逸出物體表面的現象稱為外光電效應。基于外光電效應的光電元件有光電管、光電倍增管

3、等。圖2 光電管基本結構在光線作用下能使物體的電阻率改變的現象稱為內光電效應。基于內光電效應的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等。圖3 光敏電阻基本結構在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現象稱為光生伏特效應?；诠馍匦墓怆娫泄怆姵氐?。二、 研究現狀與前景1. 工作特點1) 檢測距離長。在對射型中保留10m 以上的檢測距離等，便能實現其他檢測手段。2) 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行檢測。3) 響應時間短。光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包

4、含機械性工作時間。4) 分辨率高。能通過高級設計技術使投光光束集中在小光點， 或通過構成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。5) 可實現非接觸的檢測?？梢詿o須機械性地接觸檢測物體實現檢測，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。6) 可實現顏色判別。通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據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，可對檢測物體的顏色進行檢測。7) 便于調整。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行調整。2. 發(fā)展前景由于計算機應用于測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)時，也必須由傳感器提

5、供準確可靠的信息，如果傳感器的水平與計算機的水平不能相適應， 那么電子計算機便不能充分發(fā)揮應有的作用。如果傳感器不能靈敏地感受被測量或不能把感受到的被測量精確地轉換成信號。其他儀表和裝置精度再高也無意義。近年來，新的光電器件不斷涌現， 特別是CCD 圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進步應用開創(chuàng)了新的一頁。咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，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)。一些傳感器市場比如溫度傳

6、感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場的特征。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傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007至2010年復合年增長率預計會超過25%。目前，全世界傳感器市場呈增長趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術的發(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與市場份額的擴大。三、 應用分析1

7、. 自動計數的應用光電傳感器在自動計數、光電報警等方面具有廣泛應用。利用此計數系統(tǒng)，當有人通過光電檢測點時，它不僅能檢測出是否有人員通過，同時能辨別通過的人員是進入、還是出去。利用該光電傳感器，再配合相應的計數器，通過顯示器可顯示出某地點總共進出人數及剩多少人。因此，可廣泛用于多種公共場合的人員統(tǒng)計。其電路主要由直流穩(wěn)壓電源、智能光電傳感器電路及應用電路組成。圖4 光電傳感器設置示意圖光電信號檢測及進出鑒別電路如圖5所示。LM393是一個雙電壓比較器電路，電路中兩比較器的反相輸入端2腳與6腳連接在一起，接一個固定電壓，兩同相輸入端分別連接兩個光電二極管，兩比較器的輸出端1腳與7腳分別與計數器U

8、3A與U3B的計數時鐘輸入CLK及復位端R相連接。CC4518是一個雙十進制計數器電路，其中cLK為計數時鐘輸入端、R為復位端、EN為計數允許控制端、Q0、Q3為BCD碼輸出端。圖5 電信號檢測及進出鑒別電路2. 防盜報警系統(tǒng)基于光電傳感器的防盜報警系統(tǒng)，采用目前炙手可熱的非接觸式光電技術搭建系統(tǒng)，具備體積小，安裝簡易、防誤報、非接觸報警等優(yōu)點，配合無線編碼譯碼收發(fā)芯片，能夠實現大面積監(jiān)控、多路遙控等功能。圖6 光電報警器系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)利用650nm左右波長的紅外激光器與高速光電傳感器搭建報警區(qū)域，當入侵物體或人穿過該測試區(qū)域時，會遮擋光電探測器接收的光通量，此變化的光通量經過后續(xù)放大電路處

9、理成選通無線編碼器所需要的模擬信號，通過在有效工作范圍的解碼器譯碼而觸發(fā)蜂鳴器或音樂芯片，進而發(fā)出警報。根據實際應用場合的需要，通過一對共軛菲涅爾透鏡的配合使用可以將“一”字線光源激光器所發(fā)射的激光光束擴展成矩形光幕，有效增加了報警區(qū)域的面積，提高了該系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。同時搭載無線編碼譯碼芯片VD5026與VD5027 能夠完成一對多的遠程監(jiān)控功能。圖7 前置放大電路3. 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。如圖所示，當線圈內有電流時，線圈產生的磁場使密封在干簧管內的兩個鐵質簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài)，線圈內沒有電流

10、時，磁場消失，簧片在彈力的作用下，回復到分離狀態(tài)。圖8 干簧管示意圖把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機電路，電動機帶動大門打開。圖9 光控大門電路原理圖四、 參考文獻1 百度百科，詞條“光電效應”、“光電傳感器”；2 百度文庫，微型光電傳感器；3 馬西秦主編，自動檢測技術，機械工業(yè)出版社，2008.9；4 徐偉，光電傳感器的研究與應用，科技創(chuàng)新導報，2010，No. 12；5 郭傳寶、劉峰、朱本宏，光電傳感器的應用，中國井礦鹽，2011年1月第1期；6 朱仁盛、曲波，光電傳感器及其應用，電氣時代，自動化系統(tǒng)工程專輯，2010年第4期；7 張先富、蘇麗秋、趙明富，智能光電傳感器的原理與應用，磁性材料及器件，