光电传感器调研报告.doc

1、 课 程 调 研 报 告课程 光电传感器技术 题目 光电传感器的原理及其发展现状 系 别 物理与电子工程学院 年 级 11 级 专 业 光电信息科学与工程班 级 光电 112 学 号 050311220 学生姓名 徐雨 指导教师 徐竞 职 称 讲师 调研时间 2014.11.16 光电传感器的原理及其发展现状摘要： 随着科技的迅速发展，传感器作为新技术革命和信息社会的重要技术基础，是实现测试与自动控制的重要环节，传感器的应用也越来越广泛，本文阐述了光电传感器的工作原理和应用特点，并对其的具体应用及未来的发展趋势做了重点介绍，以提高光电传感器的应用范围。关键词：光电效应、光电传感器、应用实例、发

2、展趋势前言传感、通信、计算机技术构成现代信息的三大基础，在信息时代里，随着各种系统的自动化程度和复杂性的增加，需要获取的信息量也在不断的增加，传感器已渗透到各行各业的领域，我们可以依靠检测技术来实现监测和自动调节等功能，可以说传感器是自动控制系统的感受器官。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通常由光源光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，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，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。1 光电传感器工作原理与特点1.1 光电效应光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，

3、电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。光电效应又可分为外光电效应和内光电效应，外 光 电 效 应 由 爱 因 斯 坦 光 电 效 应 方 程 描 述 ： hv=1/2*mv0 的 平 方 式 中 hv 为 光 子 具 有 能 量 ， h 为 普 朗 克 常 数 ， v 为 光 频 率 。 m 为 电 子 质 量 ，v0 为 电 子 逸 出 速 度 。 当 光 子 能 量 等 于 或 大 于 逸 出 功 时 才 能 产 生 外 光 电 效 应 。因 此 每 一 种 物 体 都 有 一 个 对 应 于 光 电 效 应 的 光 频 极 限 。1

4、.2 光电传感器的工作原理光 电 传 感 器 的 工 作 基 础 是 光 电 效 应 ， 工 作 流 程 原 理 图 如 图 1，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 控 制 的 ，它 的 物 理 基 础 是 光 电 效 应 ， 即 半 导 体 材 料 的 许 多 电 学 特 性 都 因 受 到 光 的 照 射而 发 生 变 化 ， 一 般 情 况 下 是 由 发 送 器 ， 接 收 器 和 检 测 电 路 三 部 分 组 成 发 送 器对 准 目 标 发 射 光 束 ， 发 射 的 光 束 一 般 来 源 于 半 导 体

5、光 源 ， 发 光 二 极 管（ LED） 激 光 二 极 管 及 红 外 发 射 二 极 管 ， 光 束 不 间 断 地 发 射 ， 或 者 改 变 脉 冲 宽度 ， 接 收 器 有 光 电 二 极 管 ， 光 电 二 极 管 ， 光 电 池 组 成 ， 在 接 收 器 的 前 面 ， 装有 光 学 元 件 如 透 镜 和 光 圈 等 ， 在 其 后 面 是 检 测 电 路 ， 它 能 滤 出 有 效 信 号 ， 此外 ， 光 电 开 关 的 结 构 元 件 中 还 有 发 射 板 和 光 导 纤 维 。三 角 反 射 板 是 结 构 牢 固 的 发 射 装 置 ， 它 由 很 小 的 三

6、角 锥 体 反 射 材 料 组 成 ，能 够 使 光 束 准 确 地 从 反 射 板 中 返 回 ， 具 有 实 用 意 义 ， 它 可 以 在 与 光 轴 0 到25 的 范 围 改 变 发 射 角 ， 使 光 束 几 乎 是 从 一 根 发 射 线 ， 经 过 反 射 后 ， 还 是 从 这根 反 射 线 返 回 。1.3 光电传感器的特点1） 由 于 光 电 传 感 器 所 使 用 的 光 敏 元 件 是 光 敏 电 阻 和 光 敏 二 极 管 等 ， 所以 具 有 性 价 比 高 ， 精 度 高 ， 抗 干 扰 能 力 强 和 可 靠 性 强 等 优 点 ， 缺 点 是 相 应 速度

7、慢 。2） 光 电 传 感 器 的 检 测 距 离 长 ， 通 过 设 计 使 投 光 光 束 集 中 从 而 提 高 分 辨率 ， 可 以 实 现 无 机 械 接 触 地 检 测 物 体 ， 因 此 对 检 测 物 体 的 限 制 少 ， 也 不 会 对检 测 物 体 和 传 感 器 造 成 损 坏 ， 从 而 提 高 传 感 器 的 寿 命 。3） 可 实 现 对 检 测 物 体 的 颜 色 辨 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

8、质 ， 可 对 检 测 物 体 的 颜 色 进 行 检 测 。2 光 电 传 感 器 的 应 用2.1 转 速 测 量在 工 业 生 产 中 ， 对 转 速 的 检 测 应 用 的 非 常 多 ， 尤 其 是 在 电 机 控 制 领 域 将光 电 传 感 器 应 用 到 转 速 测 量 里 是 运 用 将 转 速 变 换 成 光 通 量 的 变 化 ， 再 经 过 光电 元 件 转 换 成 电 量 的 变 化 即 可 得 到 转 速 的 原 理 ， 首 先 在 被 测 的 转 动 轴 上 装 上光 电 编 码 器 ， 它 是 由 光 栅 盘 和 光 电 检 测 装 置 组 成 ， 编 码 器

9、随 轴 转 动 ， 当 光 线通 过 编 码 器 的 夹 缝 时 ， 光 电 检 测 装 置 就 会 产 生 一 个 电 脉 冲 ， 转 轴 连 续 转 动 ，光 电 元 件 就 输 出 一 列 与 转 速 成 正 比 的 电 脉 冲 数 在 孔 X 或 齿 Y 数 一 定 时 ， 脉 冲数 就 和 转 速 成 正 比 。2.2 测量温度温 度 测 量 是 在 工 业 上 应 用 也 非 常 广 泛 ， 利 用 传 感 器 的 感 温 特 性 来 实 现 对温 度 的 测 量 ， 应 用 时 将 感 温 头 放 置 被 测 温 环 境 中 ， 传 感 器 输 出 端 与 仪 表 输 入端 经

10、辐 射 至 光 电 转 换 器 接 收 ， 转 换 成 标 准 电 压 信 号 。 感 温 管 一 般 为 经 过 特 殊处 理 的 高 刚 玉 管 或 特 殊 材 质 管 。 高 压 密 封 器 将 感 温 管 开 口 端 高 压 密 封 防 止 泄露 。 信 号 传 输 导 线 为 双 芯 屏 蔽 铜 电 缆 ， 将 传 感 器 输 出 端 按 正 负 端 与 仪 表 信 号输 入 端 相 接 ， 接 地 端 与 地 线 相 接 ， 仪 表 上 电 即 可 实 现 测 温 。2.3 包 装 充 填 物 高 度 检 测用 容 积 法 计 量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对

11、充填高度有一定的要 求 ， 以 保 证 商 品 的 外 观 质 量 ， 不 符 合 充 填 高 度 的 成 品 将不 许 出 厂 。 如 图 6 所 示 为 借 助 光 电 检 测 技 术 控 制 充 填 高 度 的 原 理 。 当 充 填 高度 h 偏 差 太 大 时 ， 光 电 接 头 没 有 电 信 号 ， 即 由 执 行 机 构 将 包 装 物 品 推 出 进 行处 理 。2.4 应 用 于 水 泵 故 障 诊 断 系 统在 水 泵 故 障 诊 断 系 统 里 ， 有 一 类 是 检 测 水 泵 的 轴 的 轴 向 位 移 的 ， 而 水 泵的 平 衡 盘 是 用 来 平 衡 轴 向

12、力 的 ， 与 轴 向 位 移 成 正 比 ， 所 以 我 们 检 测 平 衡 盘 的移 动 位 移 就 可 以 判 断 水 泵 的 轴 向 位 移 是 否 正 常 ， 但 是 在 检 测 水 泵 平 衡 盘 的 位时 ， 一 般 的 传 感 器 的 是 不 能 满 足 其 要 求 ， 这 里 我 们 可 以 利 用 光 电 传 感 器 可 以检 测 位 移 的 特 点 来 测 量 。 本 系 统 是 利 用 的 光 电 传 感 器 非 接 触 检 测 位 移 的 特 点和 单 片 机 的 数 据 处 理 功 能 。首 先 将 光 电 传 感 器 安 装 在 距 离 平 衡 盘 较 近 的 泵

13、 体 上 ， 然 后 依 次 接 上 放 大器 和 51 单 片 机 ， 当 水 泵 的 平 衡 盘 移 动 时 ， 光 电 传 感 器 会 发 出 的 数 字 信 号 ， 通过 放 大 器 进 行 放 大 处 理 后 将 其 转 换 为 单 片 机 能 够 识 别 的 数 字 信 号 ， 然 后 送 至51 单 片 机 ， 单 片 机 根 据 设 置 的 参 数 来 对 其 信 号 进 行 分 析 处 理 ， 判 断 是 否 需 要发 出 报 警 信 号 。3 光 电 传 感 器 的 发 展 趋 势近 年 来 ， 由 于 传 感 器 的 应 用 越 来 越 广 泛 ， 人 们 对 传 感 器

14、 的 要 求 也 越 来 越高 ， 未 来 的 光 电 传 感 器 会 向 着 小 型 化 、 智 能 化 和 系 统 化 方 向 发 展 ， 其 主 要 技术 应 该 是 在 现 有 技 术 的 基 础 上 进 行 扩 展 和 提 高 ， 尤 其 是 在 敏 感 元 件 和 抗 干 扰技 术 上 。 在 敏 感 元 件 方 面 ， 可 以 在 新 的 材 料 和 新 工 艺 上 寻 求 突 破 ， 选 择 一 些复 合 材 料 和 人 工 合 成 材 料 来 制 作 性 能 更 加 优 良 的 传 感 器 从 而 满 足 工 业 要 求 。在 抗 干 扰 方 面 ， 可 以 选 择 新 的

15、补 偿 和 修 正 技 术 和 开 发 仿 生 传 感 器 来 提 高 光 电传 感 器 的 抗 干 扰 性 能 。在 系 统 化 发 展 方 向 上 ， 可 以 将 多 传 感 器 融 合 组 成 一 个 光 电 信 息 系 统 ， 例如 利 用 光 电 传 感 器 的 检 测 距 离 长 &分 辨 率 高 的 特 点 和 生 物 传 感 器 。 有 自 动 分析 处 理 的 功 能 来 应 用 在 负 责 环 境 监 测 或 者 在 身 份 识 别 系 统 上 在 我 国 已 经 成 了光 电 传 感 器 研 发 、 生 产 和 应 用 为 一 体 的 结 构 体 系 ， 在 光 电 传

16、感 器 研 发 队 伍 和用 户 市 场 方 面 也 具 有 优 势 ， 并 且 有 进 一 步 开 拓 的 空 间 不 足 之 处 是 在 传 统 光 电传 感 器 的 革 新 速 度 较 慢 ， 与 国 外 有 较 大 差 距 ， 而 且 在 一 些 特 殊 环 境 和 特 殊 行业 类 所 需 要 专 用 光 电 传 感 器 的 研 究 开 发 较 少 。4 总 结光 电 传 感 器 作 为 一 种 新 型 的 传 感 器 ， 由 于 它 具 有 精 度 高 、 反 应 快 、 非 触等 优 点 ， 而 且 可 测 参 数 多 ， 传 感 器 的 结 构 简 单 ， 形 式 多 种 多

17、样 ， 体 积 小 ， 己经 获 得 了 广 泛 的 应 用 和 具 有 广 泛 的 市 场 。 目 前 ， 全 世 界 光 电 传 感 器 市 场 呈 现增 长 趋 势 ， 各 国 将 竟 相 加 速 新 一 代 光 电 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 光 电 传 感 器 市 场 ， 所 以 我 们 必 须 重视 新 的 光 电 传 感 器 技 术 ， 加 强 我 国 在 传 感 器 技 术 方 面 的 核 心 竞 争 力 。时 代 在 发 展 ， 科 学 技 术 在 更 新 ， 光 电 传

18、 感 器 种 类 也 日 益 增 多 ， 应 用 领 域也 越 来 越 广 泛 ， 例 如 近 来 一 种 红 外 光 电 传 感 器 已 在 智 能 车 方 面 得 了 到 应 用 ，其 中 一 种 基 于 红 外 传 感 器 的 智 能 车 的 核 心 就 是 反 射 式 红 外 传 感 器 ， 它 运 用 反射 式 红 外 传 感 器 设 计 路 径 检 测 模 块 和 速 度 监 测 模 块 ， 另 外 一 种 基 于 红 外 传 感器 的 自 寻 迹 小 车 则 利 用 红 外 传 感 器 来 采 集 数 据 。光 电 传 感 器 具 有 其 他 传 感 器 所 不 能 取 代 优

19、越 性 ， 因 此 它 发 展 前 景 非 常 好 ，应 用 也 会 越 来 越 广 泛 。 当 光 电 传 感 器 技 术 产 生 较 快 的 发 展 时 ， 必 将 为 信 息 技术 领 域 及 其 他 技 术 领 域 的 新 发 展 、 新 进 步 带 来 新 的 动 力 与 活 力 。参 考 文 献1 光 电 传 感 器 技 术 的 新 发 展 及 应 用 谢 望 ， 天 津 工 业 大 学 机 电 学 院 ，天 津 30016 2 郁 有 文 ， 常 健 ， 程 继 红 .传 感 器 原 理 及 工 程 应 用 .西 安 电 子 科 技 大学 出 版 社 ， 2008； 1251483 金 捷 .机 电 检 测 技 术 .中 国 人 民 大 学 出 版 社 ,2002 年4 徐 伟 .光 电 传 感 器 的 研 究 与 应 用 J科 技 创 新 导 报 ,20105 陈 照 章 ， 朱 湘 临 光 电 测 速 传 感 器 及 其 信 号 调 理 电 路 ， 传 感 器 技 术 ，2002， (8)： 5355课程设计独创性声明：所呈交的调研报告，是本人在老师指导下查阅资料并整合所得成果。学生签名： 指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名： 教研室意见：教研室主任签名：