1、目 录1.光 电 传 感 器 的 介 绍 .41.1 光 电 传 感 器 的 定 义 .41.2 光 电 传 感 器 的 种 类 .42.光 电 传 感 器 的 工 作 原 理 及 应 用 .42.1 漫 射 型 传 感 器 .42.2 漫 射 聚 焦 型 传 感 器 .62.3 镜 面 反 射 传 感 器 .62.4 遮 光 式 光 电 传 感 器 .73.光 电 传 感 器 的 应 用 ： .74.总 结 与 体 会 .85.致 谢 .81.光电传感器的介绍1.1 光电传感器的定义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
2、光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 光电式传感器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。由于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
3、式传感器在检测和控制中应用非常广泛。1.2 光电传感器的种类（1）漫射型光电传感器：接收器接受目标物体会反射的光线，但由于光线会发生散射，所以漫射型光电传感器的敏感范围比较小，有时也称作接近传感器。（2）漫射-聚焦型传感器：接收器接受到的光线是聚焦后的重合，是效率较高的一种漫射型光电传感器。（3） 镜面反射(回射)式传感器： 发光器和接收器装在同一个机壳中，它使用一只反射镜把发光器产生的光线反射到接收器上进行光线信息处理的传感器。（4）遮光式光电传感器：拥有两个独立的机壳，一个机壳中安装发光器，另一个机壳中安装接收器。发光器射出来的光线对准接收器，当有目标物体把光线挡住时，接收器的输出便发生变
4、化的传感器。2.光电传感器的工作原理及应用2.1 漫射型传感器漫射型光电传感器有时也称作接近传感器。在这种传感器中，发光器和接收器装在同一个机壳中。发光器发出的光线射到目标物体上，目标物体光线反射回来，什么角度的反射光都有。反射光中有一部分送回到接收器，于是便把目标物体检测出来了。由于目标物体的角度以及反射性能，发光器产生的能量大部分是损失掉，所以与镜面反射(回射)型和光束阻档型光电传感器相比，漫射型光电传感器的敏感范围比较小。具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最
5、低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。含有背景光抑制功能的漫射型光电传感器可以在距离固定的情况下使用，也可以在距离变化的情况下使用。抑制背景光的方法从技术上讲有两种：一种是机械的方法，另一种是电子的方法。对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器 E1 上的反射光的强度超过背景光接收器 E2 上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传
6、感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件(PSD)而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。传感器对到达敏感元件这两点的光进行比较，并将这个信号与事先设定的数值进行比较，从而决定输出的状态。见图 4 所示。虽然该类传感器装简单置，即它不需要其他的元器件，例如反射镜或者单独的接收器。但敏感范围及接收器的能力受目标物体的颜色、尺寸、表面光洁度等因素的影响较大，故值此着重研究其漫射-聚焦型传感器。2.2 漫射 聚焦型传感器漫射-聚焦型传
7、感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口” 。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体，其原理示意图见 3 所示。2.3 镜面反射传感器镜面反射式光电传感器，它的发光器和接收器装在同一个机壳中，这与漫射型传感器是一样的。但是它使用一只
8、反射镜把发光器产生的光线反射到接收器上。当目标物体阻挡了光电传感器送往反射镜的光线时，便把目标物体检测出来，见图 6(a)所示镜面反射式光电传感器工作原理图。一般地讲，与漫射型传感器相比，镜面反射式传感器的敏感距离比较大，这是因为，与大多数目标物体的反射率相比，反射镜的反射效率很高。在镜面反射式传感器中，目标物体的颜色和表面光洁度不会影响敏感距离，然而在漫射型传感器中，目标物体的颜色和表面光洁度会影响敏感距离。2.4 遮光式光电传感器遮光式光电传感器是第三种也是最后一种用光电方法进行检测的光电传感器。这种传感器需要两个独立的机壳，一个机壳中安装发光器，另一个机壳中安装接收器。发光器射出来的光线
9、对准接收器，当有目标物体把光线挡住时，接收器的输出便发生变化。在三种光电检测技术中，光束阻挡型传感器的效率最高，能够进行检测的范围也是最大的。遮光式光电传感器有很多类型。最常见的是用一只发光器、一只接收器，在发光器与接收器之间只有一束光线。另一种是“槽式”或“叉式”光电传感器，这时，发光器和接收器都装在同一个机壳中，不存在对准的问题。光栅是由很多不同的发光器和不同的接收器排列起来组成的，发光器装在一个机壳中，接收器装在另一个机壳中，当它们互相对准时，便形成一片光束。3.光电传感器的应用：光敏电阻可用于进行光的测量和光的控制，测量方面主要是用于测量光强，控制方面最常见的就是路灯控制和楼道感应灯的
10、控制，在电路接通的状态下，路灯会随着周围光强的变化而变化，楼道中的灯白天不亮晚上亮也利用了光敏电阻的对光的感应特点。光敏电阻还被应用于海上导航，通常海上的浮标用的就是光敏电阻作为航道灯的开关，到晚上光敏电阻阻值变小，接通控制电路，将灯打开；白天光敏电阻增大将控制电路断开，关掉电灯。光敏管大体有开关作用，环境光检测作用，各种光线接收作用。在太阳能自动跟踪控制中，做光电检测用，接受太阳光，校正方位。光敏二级管被应用于收音机、电视、电脑等设备中，比如用 LED 发光二极光替代液晶显示器背后的光源，能达到节能且稳定的作用。光敏三极管可用来控制开关的状态，其主要原因是三极管对光照强度十分敏感，可以根据根
11、据光照强弱来控制电流大小，从而在继电器的配合下控制开关的通断状态，实现自动化控制。由于光敏管对光的敏感性很高，还可用于测量温度，因为不同温度的物体辐射的光不同，以此可以间接测量温度。此外，光敏三极管还可用于传输信号，如光藕合器，光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦，光耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。另外，红光光敏管可用于测量红外线，这一点可用来做夜视仪硅光电池在日常生活中也是十分常见的，因为它能将光能转变为电能，像一些太阳能发电板和太阳能电池中就有硅光电池，被广泛用于卫星、太阳能发电、太阳能热水器以及手机等。光电传感器的用途很多很广，还有一些等待我们去发现。比如我们经常抱怨阳光下看不清手机和电脑，我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度，从而更能看清楚，。还有我们的空调，可以通过检测红外线自动调至人的舒适温度，当温度过低或过高就开启调节装置，若在人体舒适范围左右则可关闭调节装置，从而节省能源。我们还可以穿一件有硅光电池板的衣服，衣服内有温度调节装置，由硅光电池提供能源，调节温度。 4.总结与体会5.致谢评语：评阅教师签名： 年 月 日成 绩
