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1、 课程调研报告 课程 光电传感器技术 题目 光电传感器的原理及其发展现状 系 别 物理与电子工程学院 年 级 11级 专 业 光电信息科学与工程班 级 光电112 学 号 050311220 学生姓名 徐雨 指导教师 徐竞 职 称 讲师 调研时间 2014.11.16 光电传感器的原理及其发展现状摘要： 随着科技的迅速发展，传感器作为新技术革命和信息社会的重要技术基础，是实现测试与自动控制的重要环节，传感器的应用也越来越广泛，本文阐述了光电传感器的工作原理和应用特点，并对其的具体应用及未来的发展趋势做了重点介绍，以提高光电传感器的应用范围。关键词：光电效应、光电传感器、应用实例、发展趋势前言传
2、感、通信、计算机技术构成现代信息的三大基础，在信息时代里，随着各种系统的自动化程度和复杂性的增加，需要获取的信息量也在不断的增加，传感器已渗透到各行各业的领域，我们可以依靠检测技术来实现监测和自动调节等功能，可以说传感器是自动控制系统的感受器官。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通常由光源光学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。1 光电传感器工作原理与特点1.1 光电效应光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束
3、缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。光电效应又可分为外光电效应和内光电效应，外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述： hv=1/2*mv0的平方 式中hv为光子具有能量，h为普朗克常数，v为光频率。 m为电子质量，v0为电子逸出速度。当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频极限。1.2 光电传感器的工作原理光电传感器的工作基础是光电效应，工作流程原理图如图1， 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的物理基础是光电效应，即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化，一
4、般情况下是由发送器，接收器和检测电路三部分组成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，光电二极管，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，此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置，它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义，它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 1.3 光电传感器的特点1）
5、 由于光电传感器所使用的光敏元件是光敏电阻和光敏二极管等，所以具有性价比高，精度高，抗干扰能力强和可靠性强等优点，缺点是相应速度慢。2） 光电传感器的检测距离长，通过设计使投光光束集中从而提高分辨率，可以实现无机械接触地检测物体，因此对检测物体的限制少，也不会对检测物体和传感器造成损坏，从而提高传感器的寿命。3） 可实现对检测物体的颜色辨别，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。2 光电传感器的应用2.1 转速测量在工业生产中，对转速的检测应用的非常多，尤其是在电机控制领域将光电传感器应用到转速测量里是运
6、用将转速变换成光通量的变化，再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速的原理，首先在被测的转动轴上装上光电编码器，它是由光栅盘和光电检测装置组成，编码器随轴转动，当光线通过编码器的夹缝时，光电检测装置就会产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速成正比的电脉冲数在孔X或齿Y数一定时，脉冲数就和转速成正比。 2.2 测量温度温度测量是在工业上应用也非常广泛，利用传感器的感温特性来实现对温度的测量，应用时将感温头放置被测温环境中，传感器输出端与仪表输入端经辐射至光电转换器接收，转换成标准电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。高压密封器将感温管开口端高压密封防止泄露。
7、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。 2.3包装充填物高度检测用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。如图6所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理。当充填高度h 偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。2.4 应用于水泵故障诊断系统在水泵故障诊断系统里，有一类是检测水泵的轴的轴向位移的，而水泵的平衡盘是用来平衡轴向力的，与轴向位移成正比，所以我们检测平衡盘的移动位移就可以判断水泵的轴向位移
8、是否正常，但是在检测水泵平衡盘的位时，一般的传感器的是不能满足其要求，这里我们可以利用光电传感器可以检测位移的特点来测量。本系统是利用的光电传感器非接触检测位移的特点和单片机的数据处理功能。首先将光电传感器安装在距离平衡盘较近的泵体上，然后依次接上放大器和51单片机，当水泵的平衡盘移动时，光电传感器会发出的数字信号，通过放大器进行放大处理后将其转换为单片机能够识别的数字信号，然后送至51 单片机，单片机根据设置的参数来对其信号进行分析处理，判断是否需要发出报警信号。3 光电传感器的发展趋势近年来，由于传感器的应用越来越广泛，人们对传感器的要求也越来越高，未来的光电传感器会向着小型化、智能化和系
9、统化方向发展，其主要技术应该是在现有技术的基础上进行扩展和提高，尤其是在敏感元件和抗干扰技术上。在敏感元件方面，可以在新的材料和新工艺上寻求突破，选择一些复合材料和人工合成材料来制作性能更加优良的传感器从而满足工业要求。在抗干扰方面，可以选择新的补偿和修正技术和开发仿生传感器来提高光电传感器的抗干扰性能。在系统化发展方向上，可以将多传感器融合组成一个光电信息系统，例如利用光电传感器的检测距离长&分辨率高的特点和生物传感器。有自动分析处理的功能来应用在负责环境监测或者在身份识别系统上在我国已经成了光电传感器研发、生产和应用为一体的结构体系，在光电传感器研发队伍和用户市场方面也具有优势，并且有进一
10、步开拓的空间不足之处是在传统光电传感器的革新速度较慢，与国外有较大差距，而且在一些特殊环境和特殊行业类所需要专用光电传感器的研究开发较少。4 总结光电传感器作为一种新型的传感器，由于它具有精度高、反应快、非触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式多种多样，体积小，己经获得了广泛的应用和具有广泛的市场。目前，全世界光电传感器市场呈现增长趋势，各国将竟相加速新一代光电传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈，新技术的发展将重新定义未来的光电传感器市场，所以我们必须重视新的光电传感器技术，加强我国在传感器技术方面的核心竞争力。时代在发展，科学技术在更新，光电传感器种类也日益增多，应用领域也越来
11、越广泛，例如近来一种红外光电传感器已在智能车方面得了到应用，其中一种基于红外传感器的智能车的核心就是反射式红外传感器，它运用反射式红外传感器设计路径检测模块和速度监测模块，另外一种基于红外传感器的自寻迹小车则利用红外传感器来采集数据。光电传感器具有其他传感器所不能取代优越性，因此它发展前景非常好，应用也会越来越广泛。当光电传感器技术产生较快的发展时，必将为信息技术领域及其他技术领域的新发展、新进步带来新的动力与活力。参考文献1 光电传感器技术的新发展及应用谢望，天津工业大学机电学院，天津30016 2 郁有文，常健，程继红.传感器原理及工程应用.西安电子科技大学出版社，2008；1251483 金捷.机电检测技术.中国人民大学出版社,2002年4 徐伟.光电传感器的研究与应用J科技创新导报,20105 陈照章，朱湘临光电测速传感器及其信号调理电路，传感器技术， 2002，(8)：5355待添加的隐藏文字内容2课程设计独创性声明： 所呈交的调研报告，是本人在老师指导下查阅资料并整合所得成果。 学生签名： 指导教师评语：课程设计成绩： 指导教师签名： 教研室意见： 教研室主任签名：
