光电传感器相关文献检索1

1、光电传感器的相关文献检索作者：吴启舟 时间：2012-05-05 (序号：20 学号：24091900300 班级：09机自二班)摘要：光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。关键词：光电传感器 光电传感器应用 发展趋势 光电检测一、光电传感器的工

2、作原理及其分类光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，其工作原理基于光电效应，通常由光源、光路、光电元件构成。所谓光电效应，是指当光照射到某种物质时，该物质的导电特性发生变化的一种物理现象。光电式传感器的分类：根据光电效应原理，光电式传感器可分为： 外光电效应：光电管、光电倍增管等。按光电式传感器信号形式可分为： 模拟式光电传感器：位移式光电传感器； 数字式光电传感器：转速传感器、光栅式传感器等。通常，光电传感器还包括光纤传感器、固体图像传感器。光电传感器的应用可归纳为四种基本形式：直射式（辐射式）、吸收式、遮光式、反射式。二、光电传感器的特点 1.光电传感器元件的应用特点 1)光敏电阻

3、：输出电流大、受温度的影响小、抗干扰能力强、可靠性高，器件本身不容易发生故障，但响应时间慢。 2)光电二极管和光电三极管：灵敏度高、响应时间快，但受温度影响比较大、受光面小、方向性强、抗干扰能力弱。不同型号的管子对光谱响应差异大。 3)光电池：受光面积大、输出电流小、灵敏度高、响应速度快、光谱比较宽、受温度影响小、抗干扰能力强。 2.光电传感器的应用特点 1)检测距离长：如对射型保留大于十米的检测距离，便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法检测的对象。 2)检测物体种类多：由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，不仅对金属，而且对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体都能进行检测。 3)响

4、应时间短：光速高、且传感器的电路都由电子元件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。 4)分辨率高：通过设计技术使投光的光束集中在小光点，或通过构成特殊受光的光学系统实现高分辨率，可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 5)非接触检测:可非机械性接触检测物体，不会对检测物体和传感器造成损伤，传感器能长期使用。 6)颜色判别:通过检测物体形成光的反射率和吸收率，根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合的差异。对检测物体的颜色进行检测。 7)易于调整:在投射可视光的类型中，投光的光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。三、光电传感器的测量物理量及范围光电式传感器是以光电器件作为转

5、换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电传感器的敏感波长在可见光(O38O76um)附近，包括红外线(0761000um)和紫外线波长(000504um)。四、光电式传感器的技术指标及参考价格，著名生产厂家光电传感器的主要技术指标有：静态特性、动态特性、线性度、灵敏度和分辨率。光电传感器主要参数：1、尺寸；2、传感模式；3、传感范围；4、安装方式；5、输出；6、工作模式；7、工作电压； 8、光源；9、 连

6、接方式；10、封装材料。特殊功能包括：1、可处理高速和/或高温； 2、逻辑控制；3、可计算机编程；4、网络兼容性。其中不同的光电传感器其价格是不同的，如：对射式光电传感器红外线开关RPI-352：价格1个，1.6元/个；品牌：罗姆；型号：RPI-352；生产厂家：深圳市福田区赛格电子市场森茂业电子经销部。表1对于总的而言，国内外比较著名的生产光电传感器厂家有：德国di-soric、美国MEAS、上海中沪电子、台湾KFPS、浙江华感电子等。五、光电传感器的应用实例 1.条形码扫描笔当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截

7、止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。tu图 图1 图2 2.防盗报警电路将光电断路器安装于抽屉的背后，并设一电源开关置于隐蔽的地方，当需要防盗时，将开关合上。平时由于挡板插入槽口，光电三极仅有暗电流，BG不导通，继电器J不吸合。当小偷撬开抽屉时，一拉开抽屉则挡板离开槽口，光电三极管的光电流使R2上产生接近电源的电压，BG导通，继电器吸合，发出报警信号。 图3 4.产品计数器产品在传送带上运行

8、时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。5.光电传感器在电能表自动抄表系统中的应用 传统的电能表为机械式电能表，它是利用电表中的电压元件和电流元件在铝盘上产生的移进磁场而感生的电涡流，与磁场相互作用而产生的铝盘转矩作为动力来驱动由蜗杆、蜗轮及齿轮组等元件构成的传动机构，从而带动转动式机械计数器的滚轮组来反映铝盘的转数的。由于铝盘的转数N与负载功率P和时间t成正比，且有N=CPt=CA (1)(1) 式中，N为铝盘的转数，A=

9、Pt为负载在时间t内消耗的电能(单位： kW*h)，C为电能表常数单位：r/(kW*h)。因此，可用机械计数器滚轮组上的数字显示累计电能(kW*h即度数)的大小。 显然，机械计数器的结构是不能满足自动抄表系统的要求的。为能实现电能表的自动抄表，就必须借助于相应的传感器，并由传感器接口电路将信息传送到由CPU为核心所组成的最小计算机系统。而且，为构成现代化的电能表自动抄表系统，也必须选用合适的检测传感器。电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转。采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如：在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑，再配以反射式光电发射接收对管，则当铝盘旋转时，在局部涂黑处便

10、产生脉冲，并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，并经光电耦合隔离电路，送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可有效地防止干扰信号进入微机。图4为光电传感器检测示意图。 图4图中D1和P1组成光电发射接收对管，P1接收涂黑部分的反射光而在A点处将产生的电脉冲输入到光电耦合隔离器01，01以发光二极管为输入端、光敏三极管为输出端。01的输出信号则输入到单片机的T0端。T0端为单片机8031的并行口P3.4的第二功能端定时器/计数器0计数脉冲外部输入端，接收传感器的计数脉冲输入。R3为上拉电阻，用于电平转换。CPU的串行输入、输出口RXD、TXD (P3.0、P3.1 的第二功能)在

11、控制指令指挥下工作。RXD为接收端，TXD为发送端，工作于一定方式。 若在铝盘上加工一狭缝隙或小孔，则可用透射式光电发射接收对管，同样可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，后续电路与上相同。 由式(1)可见，测得铝盘的转数N，即可检测出用户消耗的电能A (A=N/C)。这样组成的电能基表就构成了脉冲电度表。6.光电式坐标传感器 6.1功能介绍 小区域坐标测量技术有着重要的工程应用价值，坐标传感器是这一领域的关键部件，采用光电元件设计是因为以其高精度、高分辨率、大动态范围，利用光敏元件上的光电流随光强变动而变化这一现象实现几何增量，设计成光电传感器，可广泛地应用于静态测量、动态测量及自动化控制等

12、领域。为了满足实际工程的需要，小区域坐标测量技术正逐步受到重视，下面就光电式坐标传感器的电路设计进行论述。 6.2传感器的结构设计  如果将被测旋转圆盘置于光电断续器的发光与受光侧之间，圆盘上有许多狭缝，圆盘旋转，光源发出的光间隔地被狭缝遮挡，受光侧得到断续的强光和弱光信号。如图5所示，若旋转圆盘没有旋转，光路检测的光束没有被遮挡，测量电路中，X光敏二极管上输出电压波形，Y光敏二极管上的输出电压波形是相同的，相位是相差/2的。若圆盘旋转，双输出型的输出电压波形如图6所示，（仅画出Q1的时序图，Q2的时序图道理一样）圆盘转动方向若向左，Q2输出电压相位落后被屏蔽；反之，圆盘向右旋转，Q

13、1输出电压相位超落后被屏蔽。因此，两个输出电压的相位关系反映圆盘的旋转方向，圆盘的位移可以通过Q1，Q2输出脉冲个数的代数和得到。 图5 图66.3光电式坐标传感器的结构设计及坐标算法 在实际的设计过程中，首先根据需要设计传感器的测量精度及范围。精度可以通过计算圆盘上的狭缝密度完成，传感器圆盘的形状及尺寸大小由测量范围来确定，整个传感器系统结构框图如图7所示。 测量结构如图8所示，由四个光敏二极管(元件1、2、4、6)、两个光源（发光二极管3、5）、位移圆盘7、方向圆盘9及传动轴8组成。将传感器垂直配置，分别代表位移z和移动方向 ，组成一个二维传感器。 图7 图8 6.4坐标算法 当被测物坐标

14、发生时，圆盘7转动，光敏二极管4和光敏二极管6通道的信号发生变化，通过接口电路自动传输到计算机里，计算机自动对输入通道的信号进行数据采集。如果前进或者后退的角度发生变化，位移圆盘9角度也随着发生变化，通过传动轴转动带动方向圆盘产生转动，使得圆盘9上的狭缝通断光敏二极管上的光照，发出与前进或后退相应的电脉冲信号，通过接口电路自动传输到计算机里，对输入通道的信号进行数据采集。并将采集的数据进行储存，形成数据库，以备计算机通过数据计算确定自身的坐标位置，并通过相应接口进行数据输出。相对坐标XN 、YN 计算公式如下：      XN=Z*cos  &

15、#160; YN =Z*sin 为了确保测量精度，计算机的采样时间不能太大，应该接近光电传感器的反映时间，最好同步，或者成倍数关系。 6.5坐标与电压的转换 根据光电转换原理，输出的电压变化规律也正好是周期变化，变化的灵敏度与狭缝之间的距离有关，狭缝之间的距离可以根据需要加工，但受到工艺和技术水平的限制，也可以通过计算机特性补偿得到。           六、光电检测的优缺点光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光

16、电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展，产品的成本大为降低。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 七、光电传感器的改进措施 7.1发射光源的改进 在以往的传感器中，发射光源都是普通的发光二极管，由于发光二极管的谱带较宽，发散面积大，往往会导致信号质量变差，受环境光干扰严重。传感器采用激光二极管作为发射光源，与普通的发光二极管相比具有以下优点： (1)激光二极管发射的光线光谱宽度窄，具有很好的单色性； （2

17、）方向性强，发光面积小，发散面小，不容易受到背景光干扰； (3)激光二极管具有效率高、体积小、寿命长和输出功率小的优点。 7.2光敏器件的改进 在传统的光电式脉搏传感器设计中，光敏元件与后端放大电路相互分离4。一般情况下，光敏元器件输出的电流很低，通过光电转换得到的包含脉搏信息的电信号一般比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，同时光敏器件和后端放大电路分离，需要对采集电路进行电磁屏蔽。传感器采用了新型的光敏器件，在芯片内部集成光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏信号的干扰。 7.3信号采集电路的改进 在光电式脉搏传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含脉搏信息，而且还包含测

18、量环境下的背景光（二次反射光）。由于动脉搏动引起的光强变化比背景光的变化微弱得多，因此在测量过程中要保持测量背景光的恒定，减少背景光的干扰。 7.4信号滤波处理脉搏信号变化缓慢，特别容易受到工频信号的干扰，因此对工频信号干扰的抑制是保证脉搏信号测量精度的主要措施之一。通常脉搏信号的频率范围在0.330 Hz之间，小于工频50 Hz，因此通过低通滤波器可以有效滤除工频干扰。在信号调理电路中，同时还设计高通滤波器滤除直流信号，就能够实现对脉搏信号的提取。八、光电传感器的发展趋势近年来，由于传感器的广泛应用以及在日常生活中所起的越来越重要的作用，人们对传感器提出越来越高的要求。21世纪初期(2010

19、前后)。敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高。并加速新一代传感器的开发和产业化。纵观几十年传感技术领域的发展，不外乎分为两个方面：一是提高与改善传感器的技术性能；二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。 1. 传感器改善性能的途径一般常采用下列技术途径：差动技术，平均技术，补偿和修正技术，屏蔽、隔离与干扰抑制，稳定性处理。 2. 传感器的发展动向 1) 开发新型传感器，包括：采用新原理；填补传感器空白；仿生传感器等诸方面。 2) 开发新材料，其主要趋势有以下几个方面：从单晶体到多晶体、非晶体；从单一型材料到复合材料；原子(分子)型材料的人工合成。由复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。山半导体敏感材料、陶瓷材料、磁性材料。 3) 智能材料，是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数。研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。 4) 新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的维系加工技术。 5) 集成化、多功能化与智能化。 3. 我国目前的发展状况3.1 我国的优势有：已经形成了研究、生产和应用体系、人材队伍和部分传感技术的优势，是进一步发展的基础；有一批先进的成果，如刀具砂轮监控仪系列成果，石油油井用高温、高压传感