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1、.光电传感器的应用与发展一、 引文光电传感器主要作为一种检测装置，目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增管和半导体光敏元件。由于它具有精度高，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，体积小，已经获得了广泛应用。1. 工作原理 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的，一般情况下，它有三部分组成，可分为发送器、接收器和检测电路。投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终作出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器前面装有光学元件透镜或光圈
2、，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控制。图1 光电传感器的四种基本形式光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，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。如自动门传感、色标检出等。2. 结构与分类在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。这种物理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增
3、管等。图2 光电管基本结构在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。图3 光敏电阻基本结构在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。二、 研究现状与前景1. 工作特点1) 检测距离长。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。2) 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在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。3) 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
4、包含机械性工作时间。4) 分辨率高。能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。5) 可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。6) 可实现颜色判别。通过检测物体形成的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而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。7) 便于调整。在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。2. 发展前景由于计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器
5、提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不能相适应， 那么电子计算机便不能充分发挥应有的作用。如果传感器不能灵敏地感受被测量或不能把感受到的被测量精确地转换成信号。其他仪表和装置精度再高也无意义。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，为光电传感器的进步应用开创了新的一页。咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。一些传感器市场比如温度
6、传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007至2010年复合年增长率预计会超过25%。目前，全世界传感器市场呈增长趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。三、 应用分析
7、1. 自动计数的应用光电传感器在自动计数、光电报警等方面具有广泛应用。利用此计数系统，当有人通过光电检测点时，它不仅能检测出是否有人员通过，同时能辨别通过的人员是进入、还是出去。利用该光电传感器，再配合相应的计数器，通过显示器可显示出某地点总共进出人数及剩多少人。因此，可广泛用于多种公共场合的人员统计。其电路主要由直流稳压电源、智能光电传感器电路及应用电路组成。图4 光电传感器设置示意图光电信号检测及进出鉴别电路如图5所示。LM393是一个双电压比较器电路，电路中两比较器的反相输入端2脚与6脚连接在一起，接一个固定电压，两同相输入端分别连接两个光电二极管，两比较器的输出端1脚与7脚分别与计数器
8、U3A与U3B的计数时钟输入CLK及复位端R相连接。CC4518是一个双十进制计数器电路，其中cLK为计数时钟输入端、R为复位端、EN为计数允许控制端、Q0、Q3为BCD码输出端。图5 电信号检测及进出鉴别电路2. 防盗报警系统基于光电传感器的防盗报警系统，采用目前炙手可热的非接触式光电技术搭建系统，具备体积小，安装简易、防误报、非接触报警等优点，配合无线编码译码收发芯片，能够实现大面积监控、多路遥控等功能。图6 光电报警器系统原理图该系统利用650nm左右波长的红外激光器与高速光电传感器搭建报警区域，当入侵物体或人穿过该测试区域时，会遮挡光电探测器接收的光通量，此变化的光通量经过后续放大电路
9、处理成选通无线编码器所需要的模拟信号，通过在有效工作范围的解码器译码而触发蜂鸣器或音乐芯片，进而发出警报。根据实际应用场合的需要，通过一对共轭菲涅尔透镜的配合使用可以将“一”字线光源激光器所发射的激光光束扩展成矩形光幕，有效增加了报警区域的面积，提高了该系统的可靠性与稳定性。同时搭载无线编码译码芯片VD5026与VD5027 能够完成一对多的远程监控功能。图7 前置放大电路3. 光控大门这里要用到一种电子元件干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。如图所示，当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态，线圈内没有电
10、流时，磁场消失，簧片在弹力的作用下，回复到分离状态。图8 干簧管示意图把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，那么夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动大门打开。图9 光控大门电路原理图四、 参考文献1 百度百科，词条“光电效应”、“光电传感器”；2 百度文库，微型光电传感器；3 马西秦主编，自动检测技术，机械工业出版社，2008.9；4 徐伟，光电传感器的研究与应用，科技创新导报，2010，No. 12；5 郭传宝、刘峰、朱本宏，光电传感器的应用，中国井矿盐，2011年1月第1期；6 朱仁盛、曲波，光电传感器及其应用，电气时代，自动化系统工程专辑，2010年第4期；7 张先富、苏丽秋、赵明富，智能光电传感器的原理与应用，磁性材料及器件，2009年4月；8 刘鹏、李小昱、王为，基于光电传感器和示踪法的径流流速测量系统的研究，农业工程学报，2007年5月，第23卷第5期；9 宋涛、张斌、罗倩倩，基于光电传感器的防盗报警系统，电子测试，2011年2月第2期；10 翁卓、熊承义、李丹婷，基于光电传感器的智能车控制系统设计，计算机测量与控制，2010年第18卷。页
