光電傳感器基礎(chǔ)知識(shí)，你了解多少？

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。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。

光電傳感器一般由三部分組成，分為：發(fā)射器，接收器和檢測(cè)電路。

光電傳感器原理：

光電元件是光電傳感器中重要的組成部分，它的核心工作原理是不同類(lèi)型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒二象性，光是由光速運(yùn)動(dòng)的光子所組成， 當(dāng)物體受到光線照射時(shí)，其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變，這樣的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。光電傳感器通常包括光源，光路和光電元件。通過(guò)將光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)控制光電傳感器。

光電傳感器分類(lèi)：

光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管、光電倍增管、 光電池、光電耦合器件等。由光通量對(duì)光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件輸出量性質(zhì)，光電傳感器可分二類(lèi)，即模擬式光電傳感器和脈沖式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測(cè)量方法又可分為透射式、漫反射式、遮光式三大類(lèi)。

光電傳感器應(yīng)用原理:

1.光電傳感器在高壓大電流測(cè)試中的應(yīng)用

近年來(lái)，采用光學(xué)設(shè)備進(jìn)行高壓大電流測(cè)量在電力系統(tǒng)中發(fā)展很快，許多新型的光電式傳感器系統(tǒng)已相繼投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，為高壓大電流的監(jiān)測(cè)帶來(lái)許多便利條件。OCT響應(yīng)速度快，測(cè)量精度高。OCT不同于CT(傳統(tǒng)電流互感器) 的基點(diǎn)在于信號(hào)功率小，OCT產(chǎn)品在被測(cè)電流從高電位轉(zhuǎn)換到低電位的過(guò)程中都是用光來(lái)調(diào)制的，其光學(xué)儀器部分只有微瓦級(jí)的功率，而CT的次級(jí)線圈需要瓦級(jí)的功率。

2.光電傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

在機(jī)械自動(dòng)化高速發(fā)展的今天，轉(zhuǎn)速是動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中的一個(gè)重要的特性參量，其大小和變化關(guān)系著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。動(dòng)力機(jī)械的許多特性參數(shù)往往通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)確定，例如電機(jī)的輸出功率，而且動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)與各種工作零件的磨損狀態(tài)等也與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。及時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的變化可以及時(shí)排除機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的許多故障，避免造成更大損失。轉(zhuǎn)速測(cè)量方法按傳感器的安裝方式來(lái)分類(lèi)，分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)。非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量分盤(pán)式磁性測(cè)量、軸式磁性測(cè)量、遮斷式光電測(cè)量和反射式光電測(cè)量。其中應(yīng)用廣泛的是光電式測(cè)速系統(tǒng)。

3.光電傳感器在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的輸送容量和電壓等級(jí)不斷提高，傳統(tǒng)的互感器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控存在著許多缺點(diǎn)。目前，應(yīng)用光電傳感器的光纖互感器和光纖通訊網(wǎng)構(gòu)成的光纖發(fā)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，已成為電力自動(dòng)化技術(shù)有前景的發(fā)展方向之一。電力互感器是電力系統(tǒng)中重要的電量測(cè)量設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。新型有源光電傳感器能夠克服傳統(tǒng)電力互感器的尺寸大、質(zhì)量大、抗干擾差、信息傳輸容量小等缺陷，使得電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和自動(dòng)化水平均無(wú)法達(dá)到要求等缺陷，同時(shí)能以數(shù)字信號(hào)輸出，取消了大量的二次電纜，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、節(jié)約成本、高壓設(shè)備無(wú)油化、優(yōu)化二次設(shè)備提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.光電傳感器在煙塵濁度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

防止煙塵污染是環(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。

應(yīng)用案例1：光電位置偏移檢測(cè)

光電式位置偏移檢測(cè)器主要是用于對(duì)帶型材料的檢測(cè)，可以利用這一技術(shù)對(duì)在具體加工過(guò)程中的材料進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)材料的位置、大小、方向是否符合標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)對(duì)這些方面的檢測(cè)，能提供具體的錯(cuò)位位置的信號(hào)，有助于控制電路。這個(gè)技術(shù)人們通常用在對(duì)印染、膠片等方面的檢測(cè)。光電式帶材跑偏檢測(cè)器利用的基本原理如下列圖所示。當(dāng)從光源點(diǎn)發(fā)出的光通過(guò)透鏡1時(shí)，光線由于聚光的原理會(huì)變成光束，然后投向透鏡2，之后會(huì)聚到光敏電阻上。平行光束到達(dá)透鏡2之前，一些光線會(huì)因?yàn)槭艿奖粶y(cè)帶材的影響，最終到達(dá)光敏電阻的光通量會(huì)減少。

應(yīng)用案例2：光電高度檢測(cè)

一般而言，在物品的包裝過(guò)程中，會(huì)有對(duì)充填高度的具體要求，以此來(lái)確保物品的外觀達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于那些不符合充填高度的產(chǎn)品，將會(huì)被禁止出廠。下圖所示的是關(guān)于光電檢測(cè)這一技術(shù)在控制商品填充高度中的應(yīng)用的基本原理。如果商品的充填高度超過(guò)了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，光電的接頭就會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有電信號(hào)的現(xiàn)象，然后就會(huì)讓其他機(jī)構(gòu)對(duì)物品進(jìn)行處理。

應(yīng)用案例3：光電色質(zhì)檢測(cè)

下圖所展示的是在包裝物料時(shí)候所采取的光電色質(zhì)檢測(cè)的基本原理。假定所規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的包裝物品的底色是白色但由于質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)等原因，有的商品出現(xiàn)泛黃的現(xiàn)象，在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行光電色質(zhì)檢測(cè)的時(shí)候，商品泛黃部分就會(huì)出現(xiàn)電壓差；通過(guò)輸出的電壓量的差值，接通電磁閥，最后通過(guò)壓縮空氣將已經(jīng)泛黃了的商品排出。

應(yīng)用案例4：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)

除上述光電傳感器的實(shí)際應(yīng)用之外，光電傳感器還可用于進(jìn)行對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)、檢測(cè)對(duì)裝的配件是否有配置好、檢測(cè)其配件的質(zhì)量是否有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，例如，可以對(duì)瓶蓋是否壓緊進(jìn)行具體檢測(cè)、對(duì)商標(biāo)是否存在漏貼的情況進(jìn)行檢測(cè)(見(jiàn)圖4)，能對(duì)送料機(jī)構(gòu)中是否出現(xiàn)斷料情況進(jìn)行具體檢測(cè)(見(jiàn)下圖)等。

審核編輯 黃宇