更新時(shí)間:2019-06-17
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Name : 鐘啟鵬
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光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。其工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí),物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的不同將光電效應(yīng)分為三類(lèi):外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)及光生伏*應(yīng)。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線。
編輯
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ),把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體,可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上,此時(shí)光子能量就傳遞給電子,并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收,電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化,從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類(lèi):(1 )在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管等;(2 )在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻、光敏晶體管等;(3 )在光線作用下,物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏*應(yīng),如光電池等。 [2]
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,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。
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)(可見(jiàn)及紫外鐳射光)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。
光電傳感器
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物理量,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。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(kāi)創(chuàng)了新的一頁(yè)。
由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類(lèi),即模擬式光電傳感器和脈沖(開(kāi)關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換
成連續(xù)變化的光電流,它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)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(lèi)。所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測(cè)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(cè)物上,再?gòu)谋粶y(cè)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(cè)物光遮其中一部份,使投射到光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān)。
光敏二極管是較常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣,當(dāng)無(wú)光照時(shí),它與普通二極管一樣,反向電流很小,稱為光敏二極管的暗電流;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(chǎng)的作用下,光電載流子參與導(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(hào)。
光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外,還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)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(kāi)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(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=(1+β)Icbo(很?。?,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(duì),使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大,此刻流過(guò)管子的電流稱為光電流,發(fā)射極電流Ie=(1+β)Ib,可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。
工作原理
光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。
光電傳感器在一般情況下,有三部分構(gòu)成,它們分為:發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。
發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源,發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射,或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面,裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。
此外,光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。
分類(lèi)和工作方式
⑴槽型光電傳感器
把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光,在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí),光被遮擋,光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作,輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào),切斷或接通負(fù)載電流,從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
⑵對(duì)射型光電傳感器,若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi),就可使檢測(cè)距離加大,一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān),簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè),檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路,收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑶反光板型光電開(kāi)關(guān)
把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi),在前方裝一塊反光板,利用反射原理完成光電控制作用,稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下,發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來(lái)再被收光器收到;一旦被檢測(cè)物擋住光路,收光器收不到光時(shí),光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作,輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑷擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)
擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器,但擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測(cè)時(shí),當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光,并把光部分反射回來(lái),收光器就收到光信號(hào),輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
沒(méi)有信號(hào)輸出的原因
首先要考慮的是接線或配置的問(wèn)題。對(duì)于對(duì)射型光電傳感器必須由投光部和受光部組合使用,兩端都需要供電;而回歸反射型必須由傳感器探頭和回歸反射板組合使用;同時(shí),用戶必須給傳感器提供穩(wěn)定電源,如果是直流供電,必須確認(rèn)正負(fù)極,如若正負(fù)極連接錯(cuò)誤則會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)沒(méi)有。
上述的原因分析是對(duì)光電傳感器本身的考慮,我們還需要考慮的是檢測(cè)物體的位置問(wèn)題,如果檢測(cè)物體不在檢測(cè)區(qū)域,這樣的檢測(cè)是徒勞的。檢測(cè)物體必須在傳感器可以檢測(cè)的區(qū)域內(nèi),也就是光電可以感知的范圍內(nèi)。其次,要考慮傳感器光軸有沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題,對(duì)射型的投光部和受光部光軸必須對(duì)準(zhǔn),對(duì)應(yīng)的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對(duì)準(zhǔn)。同樣還要考慮的是檢測(cè)物體是否符合標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體或者小檢測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)物體不能小于小檢測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn),從而避免導(dǎo)致對(duì)射型、反射型不能很好檢測(cè)透明物體,像反射型對(duì)檢測(cè)物體的顏色有要求,顏色越深,檢測(cè)距離就越近。
如果以上情況都可以很明確地做出排除后,我們需要做的事就是檢測(cè)環(huán)境的干擾因素。如光照強(qiáng)度不能超出額定范圍;如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有粉塵,就需要我們定期清理光電傳感器探頭表面;或者是多個(gè)傳感器緊密安裝,互相產(chǎn)生干擾;還有一種影響比較大的是電氣干擾,如果周?chē)写蠊β试O(shè)備,產(chǎn)生干擾時(shí)必須要有相應(yīng)的抗干擾措施。如果做過(guò)上述的逐一排查,這些因素都可以明確地排除還是沒(méi)有信號(hào)輸出的話,建議退回廠家檢測(cè)判斷。
結(jié)構(gòu)分析
光電傳感器通常由三部分構(gòu)成,它們分別為:發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。
發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源,這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。
接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現(xiàn)在較常見(jiàn)的傳感器。光電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(kāi)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(wú)光照時(shí),它與普通二極管一樣,反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流;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。
此外,光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置,它由很小的三角錐體反射材料組成,能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角,使光束幾乎是從一根發(fā)射線,經(jīng)過(guò)反射后,仍從這根反射線返回。
類(lèi)型
⑴槽型光電傳感器
把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光,在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí),光被遮擋,光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào),切斷或接通負(fù)載電流,從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
⑵對(duì)射型光電傳感器
若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi),就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān),簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè),檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路,收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑶反光板型光電開(kāi)關(guān)
把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi),在它的前方裝一塊反光板,利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下,發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測(cè)物擋住,收光器收不到光時(shí),光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作,輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑷擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)
它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器,但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光,并把光部分反射回來(lái),收光器就收到信號(hào),輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
編輯
標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型
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)
,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(cè)功能型 (-54-G),帶前景抑制功能型 (-54-V)
3)對(duì)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(cè)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
1)安全對(duì)射光電
2)安全光柵
3)安全光幕
4)安全控制器
門(mén)控類(lèi)型
1)雷達(dá)傳感器:區(qū)域檢測(cè)型
2)主動(dòng)式傳感器:?jiǎn)喂馐停喙馐?,區(qū)域檢測(cè)型
3)被動(dòng)式傳感器:區(qū)域檢測(cè)型
4)電梯光幕
5)通用光電:槽形,對(duì)射型等
①檢測(cè)距離長(zhǎng)
如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測(cè)距離等,便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段(磁性、超聲波等) 無(wú)法遠(yuǎn)距離檢測(cè)。
②對(duì)檢測(cè)物體的限制少
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(guò)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(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng),來(lái)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)
可以無(wú)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,傳感器能長(zhǎng)期使用。
⑥可實(shí)現(xiàn)顏色判別
通過(guò)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(zhǎng)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(lèi)型中,投光光束是眼睛可見(jiàn)的,便于對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。
用光電元件作敏感元件的光電傳感器,其種類(lèi)繁多,用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類(lèi):(1 )把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測(cè)量?jī)x器,可用來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如:測(cè)量光強(qiáng)的照度計(jì),光電高溫計(jì),光電比色計(jì)和濁度計(jì),預(yù)防火災(zāi)的光電報(bào)警器,構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長(zhǎng)度、橢圓度及表面粗糙度等自動(dòng)檢測(cè)裝置和儀器,其敏感元件均用光電元件。半導(dǎo)體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等;(2 )把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無(wú)光照射時(shí)" 有" 或"無(wú)"電信號(hào)輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。光電元件用作開(kāi)關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器,開(kāi)關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式光電測(cè)速儀等。
一、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(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)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。
二、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。
三、產(chǎn)品計(jì)數(shù)器
產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí),不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路,使光電脈沖電路產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次,光電傳感器電路便產(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)。
四、光電式煙霧報(bào)警器
沒(méi)有煙霧時(shí),發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播,光電三極管沒(méi)有接收信號(hào)。沒(méi)有輸出,有煙霧時(shí),發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射,使三極管接受到光線,有信號(hào)輸出,發(fā)出報(bào)警。
五、測(cè)量轉(zhuǎn)速
在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),反射光與不反射光交替出現(xiàn),光電傳感器相應(yīng)地間斷接收光的反射信號(hào),并輸出間斷的電信號(hào),再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號(hào),后由電子數(shù)字顯示器輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
六、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*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。
應(yīng)用案例
光電傳感器應(yīng)用于激光武器
由于光電傳感器對(duì)紅外輻射,或可見(jiàn)光,或?qū)Χ叨继貏e靈敏,因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo)。此外,電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無(wú)法正常工作。戰(zhàn)場(chǎng)上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種:用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”,使其無(wú)法探測(cè)或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測(cè)到的目標(biāo)。或者,如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo),則致盲將使其失去目標(biāo)。綜上所述,由于傳感器在戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮的作用越來(lái)越重要,同時(shí)又很容易遭受激光攻擊,它們已成為低能激光武器的目標(biāo)。
光電傳感器應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)
隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展,可以利用光電傳感器來(lái)研制自動(dòng)抄表系統(tǒng)。電能表的鋁盤(pán)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(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如:在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤(pán)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(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖,并可將鋁盤(pán)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)。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動(dòng)抄表系統(tǒng)。
光電傳感器應(yīng)用于監(jiān)控?zé)焿m污染
光電傳感器是一種小型電子設(shè)備,它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化,通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)控制功能。由于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,而我們可以利用光電傳感器的特性來(lái)檢測(cè)煙塵的情況,因而光電傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
衛(wèi)生級(jí)防沖洗型光電傳感器
防沖洗型傳感器,能夠提供*的可靠性和舒適性,并將運(yùn)行成本降至低。配合IO-Link接口以及能夠大幅延長(zhǎng)使用壽命的proTect+密封理念,這兩款新型傳感器適用于苛刻的應(yīng)用環(huán)境,堪稱食品和飲料行業(yè)的理想解決方案。
1)暫態(tài)響應(yīng)范圍寬,諧波測(cè)量能力強(qiáng)
暫態(tài)特性的優(yōu)劣是判斷一種互感器能否在電力系統(tǒng)中獲得應(yīng)用的一個(gè)重要參數(shù),特別是與繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的配合。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯,對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)特性較差,不能正確反映一次側(cè)的暫態(tài)過(guò)程。而光電互感器傳測(cè)量的頻率范圍主要由電子線路部分決定,沒(méi)有鐵芯飽和的問(wèn)題,因此能夠準(zhǔn)確反映一次側(cè)的暫態(tài)過(guò)程。一般可設(shè)計(jì)到0.1 Hz到1 MHz,特殊的可設(shè)計(jì)到200 MHz的帶通。光電傳感器的結(jié)構(gòu)可以測(cè)量高壓電力線路上的諧波。而電磁感應(yīng)互感器是難以達(dá)到的。
2)數(shù)字接口,通信能力強(qiáng)
由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號(hào),與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口,且傳輸過(guò)程中沒(méi)有測(cè)量誤差。同時(shí)隨著微機(jī)化的保護(hù)控制設(shè)備的廣泛采用,光電互感器可以直接向二次設(shè)備提供數(shù)字量,這樣就能省去原來(lái)保護(hù)裝置中的變換器和A/D采樣部分,使二次設(shè)備得到大大的簡(jiǎn)化,推動(dòng)保護(hù)新原理的研究。
3)體積小,重量輕、易升級(jí),滿足變電站小型化與緊湊型的要求,由于光電傳感器是靠傳感頭和電子線路進(jìn)行信號(hào)的獲取和處理,體積小,重量一般在 1000 kg以下,便于集成在AIS或GIS中,這樣將大大減少變電站的占地面積,滿足變電站小型化和緊湊化的要求。同時(shí)光電互感器通過(guò)少量光纜與二次設(shè)備連接,可使電纜溝和電纜大為減。
光電傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域:車(chē)載娛樂(lè)/導(dǎo)航/DVD系統(tǒng)背光控制,以便在所有的環(huán)境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度;后座娛樂(lè)用顯示器背光控制;儀表組背光控制(速度計(jì)/轉(zhuǎn)速計(jì));自動(dòng)后視鏡亮度控制(通常要求兩個(gè)傳感器,一個(gè)是前向的,一個(gè)是后向的);自動(dòng)前大燈和雨水感應(yīng)控制(,根據(jù)需求進(jìn)行變化);后視相機(jī)控制(,根據(jù)需求進(jìn)行變化)。在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為較有效的解決方案之一,它具有與人眼相似的特性,這對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用而言至關(guān)重要,因?yàn)檫@些應(yīng)用要求在所有環(huán)境光條件下都能達(dá)到*的背光效果。例如,在白天,用戶需要大的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)的可見(jiàn)度,但是這種亮度在對(duì)于夜間條件而言則是過(guò)亮的,因此帶有良好光譜響應(yīng) (良好的IR衰減)的光傳感器、適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍和整體的良好輸出信號(hào)調(diào)節(jié)可以很容易地自動(dòng)完成這些應(yīng)用。終端用戶可以設(shè)置幾個(gè)閾值水平(如低、中、亮光),或能夠隨意地動(dòng)態(tài)地改變傳感器的背光亮度。這也適用于汽車(chē)后視鏡亮度控制,當(dāng)鏡子變暗和/或變亮?xí)r需要智能的亮度管理,可以通過(guò)環(huán)境光傳感器來(lái)完成。
對(duì)于便攜式應(yīng)用,如果用戶不改變系統(tǒng)設(shè)置(通常是亮度控制),那么一個(gè)顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區(qū)域,用戶傾向于提高顯示器的亮度,這就會(huì)增加系統(tǒng)的功耗。而當(dāng)條件變化時(shí),如進(jìn)入建筑物,大多數(shù)用戶都不會(huì)去改變?cè)O(shè)置,因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高。但是,通過(guò)使用一個(gè)光傳感器,系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)條件變化并調(diào)節(jié)設(shè)置,以保證顯示器處于的亮度,進(jìn)而降低總功耗。在一般的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用中,這也能夠延長(zhǎng)電池壽命。對(duì)于電話、筆計(jì)本電腦、PAD和數(shù)碼相機(jī),通過(guò)采用環(huán)境光傳感器反饋,可以自動(dòng)進(jìn)行亮度控制,從而延長(zhǎng)了電池壽命。
并不是一個(gè)新的構(gòu)想。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想。所謂新構(gòu)想,是指對(duì)環(huán)境光感應(yīng)的同時(shí)還能消減無(wú)用的紅外線和紫外線光,而且在支持汽車(chē)規(guī)格AECQ-1000嚴(yán)格要求的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)小封裝,尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級(jí))溫度范圍內(nèi)的操作,以滿足其余的規(guī)格要求。如何保持工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并滿足AECQ-1000的2級(jí)工作要求,這是當(dāng)今在所有光設(shè)計(jì)解決方案中所面臨的挑戰(zhàn)。采用一個(gè)光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時(shí),任何的光學(xué)解決方案都會(huì)面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現(xiàn)的封裝變色問(wèn)題(會(huì)變暗或變成淡黃)。同樣值得一提的是,到目前為止,所有環(huán)境光傳感器的應(yīng)用都限于車(chē)艙內(nèi),在發(fā)動(dòng)機(jī)艙或戶外環(huán)境中還沒(méi)有出現(xiàn)光傳感器應(yīng)用。事實(shí)上,即使出現(xiàn)了這樣的應(yīng)用,光封裝也不是針對(duì)這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設(shè)計(jì),因此,在當(dāng)前的光學(xué)封裝技術(shù)下,它們很可能還不能夠承受這樣的條件。
半導(dǎo)體相似傳感器和封裝開(kāi)發(fā)的進(jìn)展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡(jiǎn)單易用性是設(shè)計(jì)者更多地采用光傳感器的原因,其應(yīng)用范圍涉及消費(fèi)類(lèi)電子、工業(yè)應(yīng)用以及汽車(chē)領(lǐng)域。
1、用于目標(biāo)跟蹤和坐標(biāo)定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器
將傳統(tǒng)的象限傳感器與當(dāng)前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結(jié)合,提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器。
該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(Active Pixel Sensor,APS)設(shè)計(jì),在感光單元內(nèi)部由光電信號(hào)預(yù)處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號(hào)輸出,避免了對(duì)微弱信號(hào)的處理,降低了噪聲的影響。傳感器應(yīng)用陣列采集光信號(hào),可以直接確定目標(biāo)光源的坐標(biāo)位置并實(shí)現(xiàn)一步到位的快速調(diào)整。傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造,將傳感陣列與信號(hào)處理電路集成在同一芯片上,可以實(shí)現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設(shè)計(jì)。廣泛應(yīng)用于激光的瞄準(zhǔn)、制導(dǎo)、跟蹤,搜索裝置,精密測(cè)量,如激光微定位、位移監(jiān)控、精密機(jī)床的光電控制等領(lǐng)域。是一種用于目標(biāo)跟蹤和坐標(biāo)定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。
2、光敏象限陣列與磁敏線陣列兼容CMOS數(shù)?;旌蟼鞲衅骷呻娐?/span>
基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應(yīng)用于激光的跟蹤制導(dǎo)、位移監(jiān)控、精密機(jī)床等控制等領(lǐng)域?;诠璧陌雽?dǎo)體磁敏傳感器廣泛應(yīng)用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的各種磁場(chǎng)計(jì)、讀出磁介質(zhì)上信息的各類(lèi)磁頭以及非磁信號(hào)的探測(cè)器等。
3、應(yīng)用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號(hào)檢測(cè)
以提升表面等離子共振生物醫(yī)學(xué)傳感器的檢測(cè)能力為目標(biāo),用高性能光電二極管陣列為光電轉(zhuǎn)換器件,論證并實(shí)現(xiàn)一種可高效抑制噪聲的檢測(cè)方法,利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號(hào)的特性,通過(guò)相干消噪結(jié)合小波軟閾值消噪,使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上。用SPR傳感器檢測(cè)人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結(jié)合的實(shí)驗(yàn)表明,該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率,使之可精確檢測(cè)樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級(jí)的微弱變化,精度和分辨率提升一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
4、光電檢測(cè)傳感器陣列在運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)中的應(yīng)用
一個(gè)基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測(cè)傳感器陣列,該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對(duì)象信息的功能,即檢測(cè)和描述感知對(duì)象的存在、運(yùn)動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)軌跡等情況。
國(guó)內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀
由于光電傳感器的應(yīng)用涉及的領(lǐng)域非常廣泛,其研究和開(kāi)發(fā)在世界上引起了高度重視,各國(guó)更是競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)并引起激烈的競(jìng)爭(zhēng)。從初的應(yīng)用于軍事逐漸發(fā)展到民事,而且與我們的生活息息相關(guān),應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)代化的生活離不開(kāi)光電傳感器的參與,如傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、車(chē)庫(kù)開(kāi)門(mén)器、液晶顯示器、色度計(jì)、分光計(jì)、汽車(chē)和醫(yī)療診斷儀器等等不勝枚舉。
美國(guó)是研究光電傳感器起步早、水平高的國(guó)家之一,在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展得十分迅速。在軍事應(yīng)用方面,研究和開(kāi)發(fā)主要包括:水下探測(cè)、航空監(jiān)測(cè)、核輻射檢測(cè)等。美國(guó)也是早將光電傳感器用于民用領(lǐng)域的國(guó)家。如運(yùn)用光電傳感器監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的電流、溫度等重要參數(shù),檢測(cè)肉類(lèi)和食品的細(xì)菌和病毒等。美國(guó)擁有世健全的光電傳感器產(chǎn)品線,超過(guò)12000種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型,限位開(kāi)關(guān)外型或小型傳感器,精密檢測(cè)或長(zhǎng)距離檢測(cè)傳感器,檢測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)較齊全的標(biāo)準(zhǔn)光纖和定制光纖產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)達(dá)到NEMA6P和IP67。日本和西歐各國(guó)也高度重視并投入大量經(jīng)費(fèi)開(kāi)展光電傳感器的研究與開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)90年代,研究開(kāi)發(fā)出多種具有水平的民用光電傳感器,日本的電器以價(jià)格適中質(zhì)量好而響譽(yù)。西歐各國(guó)的大型企業(yè)和也積極參與了光電傳感器的研發(fā)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)對(duì)光電傳感器研究的起步時(shí)間與相差不遠(yuǎn)。已有上百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開(kāi)展工作,主要是在光電溫度傳感器、壓力計(jì)、流量計(jì)、液位計(jì)、電流計(jì)等領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究,取得了上百項(xiàng)科研成果,有的達(dá)到
但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)的研究水平還有不小的差距,主要表現(xiàn)在商品化和產(chǎn)業(yè)化方面,大多數(shù)品種仍處于實(shí)驗(yàn)研制階段,還無(wú)法投入批量生產(chǎn)和工程化應(yīng)用。
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猛龍奪冠盼樂(lè)*德國(guó) Leuze BCL 304i R1 F 100
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德國(guó)LEUZE勞易測(cè)光電傳感器50116465 MK 304
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