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(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測(cè)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(jiàn)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?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見(jiàn)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(kāi)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(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小(<µA)，稱(chēng)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(chēng)為光電載流子。在外電場(chǎng)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(chēng)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(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)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(cè)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(lái)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(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。

　　此外，光電開(kāi)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(lèi)：

　　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(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)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(kāi)關(guān)的檢測(cè)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(kāi)，就可使檢測(cè)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(kāi)關(guān)就稱(chēng)為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)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(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

　　3.3.反光板型光電開(kāi)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(chēng)為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

　　3.4.擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)

　　它的檢測(cè)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(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。

　　光電傳感器選型：

　　4.1.槽寬，檢測(cè)物體需通過(guò)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(cè)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(cè)物是一個(gè)齒盤(pán)，其齒盤(pán)齒的寬度是d，齒盤(pán)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(mǎn)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(cè)齒盤(pán)的外徑超過(guò)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(cè)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(jiàn)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(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等;也可用來(lái)檢測(cè)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(lái)，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(kāi)創(chuàng)了新的一頁(yè)。

　　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(jiàn)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(kāi)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(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱(chēng)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(chēng)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(guò)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(cè)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(cè)距離長(zhǎng)

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

　　8.2.對(duì)檢測(cè)物體的限制少

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

　　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(guò)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(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。

　　8.5.可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)

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

　　8.6.可實(shí)現(xiàn)顏色判別

　　通過(guò)檢測(cè)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(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合 而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。

　　8.7.便于調(diào)整

　　在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對(duì)檢測(cè)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(cè)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(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)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(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)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(cè)和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用

　　光電池作為光電探測(cè)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(cè)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(cè)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(pán)的最小距離不得小于5mm，否則焊接時(shí)易損壞管芯?；蛞鸸苄拘阅艿淖兓?。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(cè)寬度為該種光電開(kāi)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(guò)交流繼電器來(lái)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(hù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，在一些較為惡劣的條件下，如灰塵較多的場(chǎng)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(zhǎng)期使用中延長(zhǎng)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(méi)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(jué)傳感器之比較：

　　與光電傳感器相比,視覺(jué)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(jué)傳感器來(lái)檢驗(yàn)多項(xiàng)特征.視覺(jué)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(jué)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(jué)傳感器的本錢(qián)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(jué)傳感器為應(yīng)用的切換提供了無(wú)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(shì)：

　　光電傳感器(光電開(kāi)關(guān))是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)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(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。

　　光電傳感器(光電開(kāi)關(guān))市場(chǎng)在過(guò)去的三年里經(jīng)歷了猶如過(guò)山車(chē)般的跌宕起伏。如今該市場(chǎng)回到了類(lèi)似之前平穩(wěn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。雖然光電傳感器市場(chǎng)極其依賴(lài)的投資環(huán)境近來(lái)已經(jīng)變得愈發(fā)惡劣，但ARC依然對(duì)該市場(chǎng)在未來(lái)幾年的發(fā)展持樂(lè)觀態(tài)度。

　　總的來(lái)說(shuō)，對(duì)傳感器整體的需求增長(zhǎng)快于對(duì)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域傳感器的需求增長(zhǎng)。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(shì)。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(zhǎng)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(xiāo)商會(huì)在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的初期清空或滿(mǎn)載庫(kù)存，因此，要通過(guò)經(jīng)銷(xiāo)商取得較高銷(xiāo)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(cè)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(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。光電開(kāi)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(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)、氣流量控制等方面。我們相信光電開(kāi)關(guān)會(huì)做得越來(lái)越先進(jìn)，它的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

　　傳感器市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)：

　　咨詢(xún)公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場(chǎng)報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)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(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而美國(guó)德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

　　一些傳感器市場(chǎng)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(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)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(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%。

　　目前，全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專(zhuān)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(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)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(chǎng)份額的擴(kuò)大。