1、农业职业技术学院机电检测技术（课程论文）题 目 论光电传感器及其应用 姓 名 韩文博 学 号 201000108 专 业 机电一体化技术 年 级 10 机电（2）班 完成时间 2012 年 5 月 19 日论光电传感器及其应用摘 要光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,具有反应快、精度高、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领域中应用非常广泛。关键词光电式 传感器 创新应用引言光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学
2、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。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。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。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动
3、化装置和机器人中获得广泛应用。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，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页！一、光电传感器基本知识光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应:在光线作用下,物体内的 电子 逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:(1)光电导效应。在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称
4、为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有:(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m 以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少 。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
5、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,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。 (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
6、对检测物体的位置进行调整。二、光电传感器的应用领域光电传感器应用已经遍及航天、遥感、工业、农业、天文、通信等军用及民用领域 1,工业检测 (1)零件的识别和定位 自动连接引线、对准芯片和封装;自动焊接和切割加工、自动浇注系统等. (2)零件尺寸的在线测量钢板厚度的在线测量 (3)零件外观及内部缺陷检测. 例如:木料检测:缺陷、体积 (4)产品的分类、分组、分配、配色 (5)产品表吗、编码的识别、商品条码、印鉴、标签 2,机器人导航 “手眼定位:两个摄影机两幅平面图像三维场景信息. 3,生物医学图像的分析 (1)医学临床诊断:x 射线、B 超、CT、核磁共振 ,自动检测:染色体切片、癌细胞切片、
7、超声波图像 (2)生物图像的分析:形状、组织切片、染色体配对、细菌病毒、病原体形状尺寸大小检测、颜色识别、表面损伤检测以及组织分析.例如:水果分类、发牙土豆、杂草识别等. 4,遥感图像分析.卫星遥感图像气象卫星(红外-云图-气象状况)资源卫星(多光谱成像-地质、矿藏、森林、灾害) 海洋卫星(合成孔径雷达成像-海洋、海浪、海滩)航空摄影图像-多目成像-大地测量、测绘 5,监控、安防、交通管理: (1)交通-车牌识别牌照识别、车型判断、车辆监控、交通流量检测 (2)安全-指纹识别与匹配,面孔与眼睛识别、安全检查(飞机、海关) (3)监视-超市、商店防盗、银行监控、停车场、电梯闭路视 6,军事和国防
8、:超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象等. 7,办公与家电 (1)办公设备-数码复印机、扫描仪、传真机、(家用电器-数码摄影机、数码照相机、可视电话、可视门铃.) 等三、创新应用举例1.测温功能应用时,将感温头插入被测温环境中,外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端经辐射至光电转换器接收, 转换成毫伏电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。光电转换器由光学透镜、光栏、硅光电池,温度稳定性 网络 组成。高压密封器将感温管开口端高压密封,防止感温管透气或断裂产生高压泄露, 不影响辐射光传输,所以传感器在现场工作时,
9、可拆卸光电转换器通过高压密封器观察感温管状况或检修光电转换器, 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.火焰探测报警器硫化铅光敏电阻的暗电阻为 1 M,亮电阻为 0.2 M,峰值响应波长为2.2m。硫化铅光敏电阻处于 V1 管组成的恒压偏置电路,其偏置电压约为 6 V,电流约为 6。V2 管集电极电阻两端并联 68F 的电容,可以抑制 100 Hz以上的高频,使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3 构成二级负反馈互补放大器,火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用偏置电路是为了在更换光敏电阻
10、或长时间使用后,器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度, 确保火焰报警器能长期稳定地工作。3.光控大门我们都有这样的苦恼每次开车到了小区大门都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。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。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,线圈内没有电流时,磁场消失,瓷片在弹力的作用下,回复到分离状态。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。三、小结 以上介绍了光电传感器的基本原理和其特点,并列举了一些在生活实际中的创新应用实例。从这些实例中我们可窥见光电传感器无限的 发展 应用前景。光电式传感器在 科学 技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的要求越来越高是其发展的强大动力,突飞猛进 现代 科学技术的则为其提供了坚强的后盾,我们相信在不懈地探索中,光电传感器的应用定会有新的飞跃。参考文献：柳桂国主编的传感器与自动检测技术第四单元，光电、红外和光纤传感器及应用。4.1.2 项目 13 知识学习 光电传感器
