光电传感器原理及应用

如果仔细观察就会发现,我们生活中离不开光电传感器,如产品计数器、条形码扫描笔等;那么光电传感器的组成和工作原理是什么呢?它还应用在哪些方面呢?

        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。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。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成.

        光电传感器组成

        光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测电路。

        发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,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、光电三极管、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,它能滤出有效信号和应用该信号。

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        光电传感器工作原理

        光电元件是光电传感器中最重要的组成部分,它的核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性,光是由光速运动的光子所组成, 当物体受到光线照射时,其内部的电子吸收了光子的能量后改变状态,自身的电性质也会发生改变,这样的现象称为光电效应。

        根据电属性状态的不同变化,将光电效应分为以下四种:

        1)外光电效应

        在光线作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电元件有光电管,光电倍增管等

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        2)光电导效应

        半导体内的电子吸收光子后不能跃出半导体,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象称为内光电效应。内光电效应按其工作原理可分为光电导效应和光生伏特效应。基于光电导效应的光电元件有光敏电阻,光敏晶体管等

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        3)光生伏特效应

        在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电元件有光电池和光敏二极管、三极管等

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        4)热释电现象:

        热电材料受红外光等照射时,若其表面温度上升或下降,则该表面产生电荷的现象。

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        光电传感器的应用案例

        1、应用于激光武器

        由于光电传感器对红外辐射,或可见光,或对二者都特别灵敏,因而就更加容易成为激光攻击的目标。此外,电子系统及传感器本身还极易受到激光产生的热噪声和电磁噪声的干扰而无法正常工作。战场上的激光武器攻击光电传感器的方式主要有以下几种:用适当能量的激光束将传感器“致盲”,使其无法探测或继续跟踪已经探测到的目标。或者,如果传感器正在导引武器飞向目标,则致盲将使其失去目标。综上所述,由于传感器在战场上发挥的作用越来越重要,同时又很容易遭受激光攻击,它们已成为低能激光武器的首选目标。

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        2、应用于自动抄表系统

        随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展,可以利用光电传感器来研制自动抄表系统。电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转。采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如:在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑,再配以反射式光电发射接收对管,则当铝盘旋转时,在局部涂黑处便产生脉冲,并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数,并经光电耦合隔离电路,送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可有效地防止干扰信号进入微机。再结合其它传输方式便可以形成自动抄表系统。

        3、应用于监控烟尘污染

        光电传感器是一种小型电子设备,它可以检测出其接收到的光强的变化,通过把光强度的变化转换成电信号的变化实现控制功能。由于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,而我们可以利用光电传感器的特性来检测烟尘的情况,因而光电传感器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

        光电传感器以其强大的功能和广泛的应用领域,在生活中起着至关重要的作用,我们平时在生活中也可以多加留意就会发现光电传感器的身影。

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