浅谈传感器在光电状况下的特性与应用

揭峰

【摘 要】光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。按光电元件输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器。为此本文着重介绍新型式光电传感器的组成与特点应用。

【关键词】光电信号；光电开关；硬件设计；应用

一、引言

传感器是获取信息的工具，它涉及整个科学技术、国防、航空、航天、交通运输、能源、机械、石油、化工、轻工、纺织等工业部门和环境保护、生物医学工程等和日常生活的各个领域，是现代信息技术的重要支柱技术之一。现代信息技术包含信息采集、信息传输和信息处理等内容。随着全球制造业自动化程度的提高，工业传感器成为提高生产能力和增强安全的关键所在。工业传感器有各种尺寸、形状和技术——最常见的是用电感、电容、光电、磁力、超声波技术设计的传感器。每一种技术各有其长短，因此要根据应用的要求来确定采用哪一种传感。光电测量时不与被测对象直接接触，光束的质量又近似为零，在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。从上述分析可知，现代信息技术的主体是光子技术与微电子技术，而光子技术与微电子技术结合，它们相互交叉、相互渗透与补充就形成了光电信息技术，光电信息技术的主要内容是电─光信息转换和光─电信息的转换及其应用，是现代信息技术的基础和核心。

二、光电转换及特性分析

光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。光电传感器由光源、接收器、放大器及信号转换器组成。光敏三极管对进来的光线进行分析，看看它是不是从发光二极管产生的光，并且产生输出信号。要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射。光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构是首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成.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，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的的，因此光电传感器的光源扮演着很重要的角色，光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性。光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路。由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅0.6V，还不能使下一级晶体管有较大的电流输出，故必须加正向偏压，为了减小晶体管基极电路阻抗变化，尽量降低光电池在无光照时承受的反向偏压。

三、光电传感器应用

硬件分析光电传感器检测：如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）；光电传感器对检测物体的限制少，由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测；光电传感器响应时间短，光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。光电传感器分辨率高，通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测；扩散反射式光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；对射型传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米。使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，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，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。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、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、，以及物体的形状、工作状态的识别等。通常用于对移动目标物体定位与检测。迷你型适合安装空间受限的场合，大部分迷你型普通LED光源的漫反射式检测距离在1米以内，镜反射型检测距离在10米以内，对射型在20米左右，而激光光源的检测距离会高于这个范围。小型和紧凑型的检测距离会进一步延伸，目前可提供最远的对射型距离可达350米。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和中获得广泛应用。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。

【参考文献】

[1]何勇编.光电传感器及其应用[M]. 化学工业出版社.

[2]张福学.传感器电子学及其应用[M].国防工业出版社.