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光電傳感器的概述及工作原理

更新時(shí)間:2019-07-02      點(diǎn)擊次數(shù):3019

光電傳感器的概述及工作原理

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: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。

傳感器概述
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:(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)勢的現(xiàn)象稱為光生伏應(yīng),如光電池等。
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(hào)(可見及紫外鐳射光)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)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物理量,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(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)用開創(chuàng)了新的一頁。工作原理

光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(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。在其后面是檢測電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。
此外,光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。  
分類和工作方式
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)出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時(shí),光被遮擋,光電開關(guān)便動(dòng)作,輸出一個(gè)開關(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。槽形開關(guān)的檢測距離因?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,就可使檢測距離加大,一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成對(duì)射分離式光電開關(guān),簡稱對(duì)射式光電開關(guān)。對(duì)射式光電開關(guān)的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用對(duì)射式光電開關(guān)時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè),檢測物通過時(shí)阻擋光路,收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。
⑶反光板型光電開關(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再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路,收光器收不到光時(shí),光電開關(guān)就動(dòng)作,輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。
⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)
擴(kuò)散反射型光電開關(guān)的檢測頭里也裝有一個(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。在檢測時(shí),當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光,并把光部分反射回來,收光器就收到光信號(hào),輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。

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