光電感測器

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更新時間: 2013-12-06

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光電感測器是採用光電元件作為檢測元件的感測器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化,然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電感測器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電式感測器是以光電器件作為轉換元件的感測器,光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點,而且可測參數多,感測器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,光電式感測器在檢測和控制中應用非常廣泛。

光電感測器光電感測器
光電感測器是採用光電元件作為檢測元件的感測器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化,然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電感測器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電式感測器是以光電器件作為轉換元件的感測器,光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點,而且可測參數多,感測器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,光電式感測器在檢測和控制中應用非常廣泛。

光電感測器 -簡介

光電感測器光電感測器
然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電感測器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點,而且可測參數多,感測器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,光電式感測器在檢測和控制中應用非常廣泛。 光電感測器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件,它是把光信號(紅外、可見及紫外光輻射)轉變成為電信號的器件。

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光電感測器 -原理
光電感測器光電感測器

光敏二極體是最常見的光感測器。光敏二極體的外型與一般二極體一樣,只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口,以便於光線射入,為增加受光面積,PN結的面積做得較大,光敏二極體工作在反向偏置的工作狀態下,並與負載電阻相串聯,當無光照時,它與普通二極體一樣,反向電流很小(<µA),稱為光敏二極體的暗電流;當有光照時,載流子被激發,產生電子-空穴,稱為光電載流子。在外電場的作用下,光電載流子參於導電,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度成正比,於是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。
光敏三極體除了具有光敏二極體能將光信號轉換成電信號的功能外,還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極體相差不大,一般光敏三極體只引出兩個極——發射極和集電極,基極不引出,管殼同樣開窗口,以便光線射入。為增大光照,基區面積做得很大,發射區較小,入射光主要被基區吸收。工作時集電結反偏,發射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=(1+β)Icbo(很小),比一般三極體的穿透電流還小;當有光照時,激發大量的電子-空穴對,使得基極產生的電流Ib增大,此刻流過管子的電流稱為光電流,集電極電流Ic=(1+β)Ib,可見光電三極體要比光電二極體具有更高的靈敏度。

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光電感測器的工作原理

光電感測器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。

光電感測器在一般情況下,有三部分構成,它們分為:發送器、接收器和檢測電路。

發送器對準目標發射光束,發射的光束一般來源於半導體光源,發光二極體(LED)、激光二極體及紅外發射二極體。光束不間斷地發射,或者改變脈衝寬度。接收器有光電二極體、光電三極體、光電池組成。在接收器的前面,裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其後面是檢測電路,它能濾出有效信號和應用該信號。

此外,光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。

三角反射板是結構牢固的發射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成,能夠使光束準確地從反射板中返回,具有實用意義。它可以在與光軸0到25的範圍改變發射角,使光束幾乎是從一根發射線,經過反射后,還是從這根反射線返回。

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分類和工作方式

⑴槽型光電感測器

把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時,光被遮擋,光電開關便動作。輸出一個開關控制信號,切斷或接通負載電流,從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。

⑵對射型光電感測器

若把發光器和收光器分離開,就可使檢測距離加大。由一個發光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關,簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側,檢測物通過時阻擋光路,收光器就動作輸出一個開關控制信號。

⑶反光板型光電開關

把發光器和收光器裝入同一個裝置內,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)光電開關。正常情況下,發光器發出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住,收光器收不到光時,光電開關就動作,輸出一個開關控制信號。

⑷擴散反射型光電開關

它的檢測頭裡也裝有一個發光器和一個收光器,但前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光,並把光部分反射回來,收光器就收到光信號,輸出一個開關信號。

光電感測器 -應用

光電感測器光電感測器
它可用於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、工作狀態的識別等。光電式感測器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點,因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來,新的光電器件不斷湧現,特別是CCD圖像感測器的誕生,為光電感測器的進一步應用開創了新的一頁。
1、防止工業煙塵污染是環保的重要任務之一。為了消除工業煙塵污染,首先要知道煙塵排放量,因此必須對煙塵源進行監測、自動顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加,光源發出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加,到達光檢測器的光減少,因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。
2.光電池在光電檢測和自動控制方面的應用
光電池作為光電探測使用時,其基本原理與光敏二極體相同,但它們的基本結構和製造工藝不完全相同。由於光電池工作時不需要外加電壓;光電轉換效率高,光譜範圍寬,頻率特性好,雜訊低等,它已廣泛地用於光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光准直、電影還音、紫外光監視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等。

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