光電傳感器然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)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(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)(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。

　　光電傳感器的概述：

　　光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。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)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小(<µA)，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。在外電場的作用下，光電載流子參于導(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)。

　　光電傳感器工作原理：

　　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。

　　光電傳感器的分類：

　　3.1.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。

　　3.2.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。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測距離可達(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)。

　　3.3.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(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)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(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

　　3.4.擴(kuò)散反射型光電開關(guān)

　　它的檢測頭里也裝有一個(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)。

　　光電傳感器選型：

　　4.1.槽寬，檢測物體需通過槽型光耦的槽，才能對(duì)紅外光實(shí)現(xiàn)阻斷，所以光電傳感器的槽寬要寬于檢測物體，并要有一定的余量，便于安裝。

　　4.2.槽型光耦的分辨率，如檢測物是一個(gè)齒盤，其齒盤齒的寬度是d，齒盤齒槽的寬度是3，則槽型光耦的光縫寬度要求小于d，且小于f，這樣才能保證能將紅外光有效的阻斷和導(dǎo)通，在滿足上述條件下，選擇光縫寬大的槽型光耦。

　　4.3.槽型光耦有帶固定孔和不帶固定空兩種，根據(jù)實(shí)際情況選擇。

　　4.4.安裝位置。傳感器安裝時(shí)，應(yīng)使檢測齒盤的外徑超過槽型光耦光軸1-2mm。這樣才能有效阻斷光線。

　　光電傳感器的作用：

　　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)(紅外、可見及紫外光輻射)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。近年來，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。

　　光電傳感器的結(jié)構(gòu)：

　　6.1.發(fā)送器

　　發(fā)送器帶一個(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。

　　6.2.接收器

　　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)在最常見的傳感器。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。

　　6.3.角反射板

　　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)過反射后，仍從這根反射線返回。

　　光電傳感器的外圍電路參數(shù)選擇：

　　7.1.在選擇槽型光耦的外圍電路時(shí)，先確定槽型光耦接收管的負(fù)載電阻是多少，再根據(jù)槽型光耦的轉(zhuǎn)換效率選擇紅外發(fā)射管的電流。

　　7.2.被測物體的運(yùn)動(dòng)速度越快(如1-2kHz),原則上紅外接收管的負(fù)載電阻取值應(yīng)小些。

　　光電傳感器優(yōu)點(diǎn)：

　　8.1.檢測距離長

　　如果在對(duì)射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段(磁性、超聲波等) 無法離檢測。

　　8.2.對(duì)檢測物體的限制少

　　由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定 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。

　　8.3.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。

　　8.4.分辨率高

　　能通過高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。

　　8.5.可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測

　　可以無須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會(huì)對(duì)檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。

　　8.6.可實(shí)現(xiàn)顏色判別

　　通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。

　　8.7.便于調(diào)整

　　在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對(duì)檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。

　　光電傳感器的應(yīng)用：

　　9.1.煙塵濁度監(jiān)測儀

　　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、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)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(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。

　　9.2.光電池在光電檢測和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用

　　光電池作為光電探測使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。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。

　　光電傳感器的使用注意事項(xiàng)：

　　10.1.使用中光電傳感器的前端面與被檢測的工件或物體表面必須保持平行，這樣光電傳感器的轉(zhuǎn)換效率最高。

　　10.2.安裝焊接時(shí)，光電傳感器的引腳根部與焊盤的最小距離不得小于5mm，否則焊接時(shí)易損壞管芯。或引起管芯性能的變化。焊接時(shí)間應(yīng)小于4秒。

　　10.3.對(duì)射式光電傳感器最小可檢測寬度為該種光電開關(guān)透鏡寬度的80%。

　　10.4.當(dāng)使用感性負(fù)載(如燈、電動(dòng)機(jī)等)時(shí)，其瞬態(tài)沖擊電流較大，可能劣化或損壞交流二線的光電傳感器，在這種情況下，請(qǐng)將負(fù)載經(jīng)過交流繼電器來轉(zhuǎn)換使用。

　　10.5.紅外線光電傳感器的透鏡可用擦鏡紙擦拭，禁用稀釋溶劑等化學(xué)品，以免永久損壞塑料鏡。

　　10.6.針對(duì)用戶的現(xiàn)場實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場合，所生產(chǎn)的光電傳感器在靈敏度的選擇上增加了50%，以適應(yīng)在長期使用中延長光電傳感器維護(hù)周期的要求。

　　10.7.光電傳感器必須安裝在沒有強(qiáng)光直接照射處，因強(qiáng)光中的紅外光將影響接收管的正常工作。

　　光電傳感器與視覺傳感器之比較：

　　與光電傳感器相比,視覺傳感器賦予機(jī)器設(shè)計(jì)者更大的靈活性.以往需要多個(gè)光電傳感器的應(yīng)用,現(xiàn)在可以用一個(gè)視覺傳感器來檢驗(yàn)多項(xiàng)特征.視覺傳感器能夠檢驗(yàn)大得多的面積,并實(shí)現(xiàn)了更佳的目標(biāo)位置和方向靈活性.這使視覺傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應(yīng)用中受到廣泛歡迎.在傳統(tǒng)上,這些應(yīng)用還需要昂貴的配件,以及能夠確保目標(biāo)物體始終以同一位置和姿態(tài)出現(xiàn)的精確運(yùn)動(dòng)控制.

　　此外,由于一個(gè)基本視覺傳感器的本錢僅相當(dāng)于數(shù)個(gè)具有較貴配件的光電傳感器,因此價(jià)格已不再是題目.

　　視覺傳感器為應(yīng)用的切換提供了無與倫比的靈活性.例如,生產(chǎn)工序的切換(從單份裝酸奶切換成冰淇淋桶)可能僅需數(shù)秒鐘,并且可遠(yuǎn)控完成.附加的檢驗(yàn)條件可輕松地添加到此應(yīng)用中。

　　光電傳感器的發(fā)展趨勢：

　　光電傳感器(光電開關(guān))是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。

　　光電傳感器(光電開關(guān))市場在過去的三年里經(jīng)歷了猶如過山車般的跌宕起伏。如今該市場回到了類似之前平穩(wěn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。雖然光電傳感器市場極其依賴的投資環(huán)境近來已經(jīng)變得愈發(fā)惡劣，但ARC依然對(duì)該市場在未來幾年的發(fā)展持樂觀態(tài)度。

　　總的來說，對(duì)傳感器整體的需求增長快于對(duì)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域傳感器的需求增長。與此同時(shí)，投資環(huán)境的影響力還是大于工廠的技術(shù)影響和趨勢。光電傳感器的發(fā)展深受經(jīng)濟(jì)周期的影響。

　　通常，備件業(yè)務(wù)、現(xiàn)代化項(xiàng)目以及更長期的項(xiàng)目生產(chǎn)周期支撐著自動(dòng)化的需求。但傳感器供應(yīng)商不能光依靠這些。相比之下，由于經(jīng)銷商會(huì)在項(xiàng)目開發(fā)的初期清空或滿載庫存，因此，要通過經(jīng)銷商取得較高銷售份額的話就要注重投資的效果。

　　靈活性和多樣化是傳感器供應(yīng)商的制勝法寶。許多供應(yīng)商正采用更加以解決方案為導(dǎo)向的業(yè)務(wù)模式，能夠?qū)Ｗ⒂跍y量、質(zhì)量控制或者安全應(yīng)用等領(lǐng)域。

　　除了安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。光電開關(guān)還在許多方面得到了應(yīng)用，例如在行程控制、直徑限制 光電開關(guān)、轉(zhuǎn)速檢測、氣流量控制等方面。我們相信光電開關(guān)會(huì)做得越來越先進(jìn)，它的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。

　　傳感器市場前景預(yù)測：

　　咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。

　　一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會(huì)超過25%。

　　目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。