光電傳感器,光電傳感器原理

光電傳感器,光電傳感器原理

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(xiàn)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?。ǎ鸡藺），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)。
光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開(kāi)窗口，以便光線(xiàn)射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還?。划?dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過(guò)管子的電流稱(chēng)為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度

光電傳感器工作原理（紅外線(xiàn)光電傳感器原理）

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。

三角反射板是結(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，具有實(shí)用意義。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(xiàn)，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線(xiàn)返回。

分類(lèi)和工作方式

⑴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。

⑵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)。

⑶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)。

⑷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)。
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①光的性質(zhì) 直射 光在空氣中和水中時(shí)，總是直線(xiàn)傳播。 使用對(duì)射型傳感器外置的開(kāi)叉來(lái)檢測(cè)微小物體的示例便是運(yùn)用了這種原理。 ? 曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上時(shí)，通過(guò)該界面后，改變行進(jìn)方向的現(xiàn)象。 ? 反射（正反射、回歸反射、擴(kuò)散反射） 在鏡面和玻璃平面上，光會(huì)以與入射角相同的角度反射，稱(chēng)為正反射。 3個(gè)平面互相直角般組合的形狀稱(chēng)為三面直角棱鏡。 如果面向三面直角棱鏡投光，將反復(fù)進(jìn)行正反射，最終的反射光將向投光的反方向行進(jìn)。 這樣的反射稱(chēng)為回歸反射。 多數(shù)的回歸反射板都是由數(shù)mm角的三面直角棱鏡按規(guī)律排列而構(gòu)成的。 此外，在白紙等沒(méi)有光澤性的表面上，光線(xiàn)將向各個(gè)方向反射，這樣的反射稱(chēng)為擴(kuò)散反射。 擴(kuò)散反射型將該原理作為檢測(cè)方式。 ? 偏光 光線(xiàn)可以表現(xiàn)為與其行進(jìn)方向垂直的振動(dòng)波。作為光電傳感器的光源，主要使用LED。從 LED投射的光線(xiàn)，會(huì)在與行進(jìn)方向垂直的各個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)的光稱(chēng)為無(wú)偏光。將無(wú)偏 光的光的振動(dòng)方向限制在一個(gè)方向上的光學(xué)過(guò)濾器稱(chēng)為偏光過(guò)濾器。即從LED投光，并通過(guò)偏 光過(guò)濾器的光線(xiàn)只在一個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)稱(chēng)為偏光（正確地說(shuō)應(yīng)為直線(xiàn)偏光）。在某 一方向（例如縱方向）上振動(dòng)的偏光，無(wú)法通過(guò)限制在其垂直方向（橫方向）上振動(dòng)的偏光 過(guò)濾器?；貧w反射型的M.S.R功能（→③M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：鏡面體光澤 清除）頁(yè)）和作為對(duì)射型配件的防止相互干擾過(guò)濾器就是應(yīng)用了這種原理。 ②光源 光的點(diǎn)亮方式 〈脈沖變調(diào)光〉 多數(shù)光電傳感器采用脈沖變調(diào)光，基本以一定周期反復(fù)投光。 由于很容易排除雜亂光的影響，所以可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)。在帶防止相互干擾功能的類(lèi)型中 ，投光的周期會(huì)根據(jù)干擾光和雜亂光而在一定范圍內(nèi)變化。 〈直流光〉 是連續(xù)投射一定光量的光線(xiàn)，在標(biāo)記傳感器等部分機(jī)型中使用。能得到高速響應(yīng)性，但有檢 測(cè)距離短，容易受雜亂光影響等缺點(diǎn)。 光源色與種類(lèi) ③光纖型 構(gòu)造 由于檢測(cè)部（光纖）中完全沒(méi)有電氣部分，所以耐干擾等耐環(huán)境性良好。 E3X-DA-S（數(shù)字放大器） 檢測(cè)原理 光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構(gòu)成。 如果光線(xiàn)入射到核心部分，光線(xiàn)將會(huì)在與外包金屬的交界面上一邊反復(fù)進(jìn)行全反射，一邊行進(jìn)。通過(guò)光纖 內(nèi)部從端面發(fā)出的光線(xiàn)以約60°的角度擴(kuò)散，照射到檢測(cè)物體上。 ? 光纖的種類(lèi)與特性

截面 構(gòu)造 特長(zhǎng) 有效用途 代表型號(hào) 柔軟型 (多核心) (中間的素線(xiàn)固定) 很少因彎曲造成光量變動(dòng) 容許彎曲半徑：R1mm 與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型相比 柔軟，可像電線(xiàn)般布線(xiàn) 彎曲半徑可忽略 即使碰觸到光纖，光量也不變動(dòng) E32-T11R E32-T11R 標(biāo)準(zhǔn)型 單芯 光的傳輸效果好 (檢測(cè)距離較長(zhǎng)) 容許彎曲半徑： R25mm或R10mm ? E32-TC200 E32-DC200 耐彎曲型(束) （中間的素線(xiàn)分散） 耐曲折性良好 反復(fù)彎曲次數(shù)100萬(wàn)次以上（代表例） 容許彎曲半徑：R4mm 即使使用機(jī)器人手臂等可動(dòng)的部分也很難破損 E32-T11 E32-D11

④三角測(cè)距 距離設(shè)定型光電傳感器主要以三角測(cè)距為檢測(cè)原理。下圖所示的是三角測(cè)距的原理。從投光 元件投射的光線(xiàn)將在檢測(cè)物體上擴(kuò)散反射。反射光將通過(guò)受光透鏡在位置檢測(cè)元件（輸出符 合光線(xiàn)位置信號(hào)的半導(dǎo)體元件）上成像。檢測(cè)物體在靠近光學(xué)系統(tǒng)的位置A的情況下，反射光 會(huì)在位置檢測(cè)元件的a位置上成像。在離光學(xué)系統(tǒng)較遠(yuǎn)的位置B的情況下，反射光將在b位置上 成像。因此，通過(guò)測(cè)定位置檢測(cè)元件上的成像位置，可以檢測(cè)與檢測(cè)物體的距離。