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11级机械工程专业吴倩119020027
1、光电式传感器的工作原理及分类
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器,其工作原理基于光电效应,通常由光源、光路、光电元件构成。所谓光电效应,是指当光照射到某种物质时,该物质的导电特性发生变化的一种物理现象。
光电式传感器的分类:
根据光电效应原理,光电式传感器可分为:
•外光电效应:光电管、光电倍增管等。
L光电导数应:光敏电阻
*内光电效应
「光伏特效应:
严发光二极管、三
「侧向光电数应:反向二极管
按光电式传感器信号形式可分为:
•模拟式光电传感器:位移式光电传感器;
•数字式光电传感器:转速传感器、光栅式传感器等。
通常,光电传感器还包括光纤传感器、固体图像传感器。
光电传感器的应用可归纳为四种基本形式:直射式(辐射式)、吸收式、遮光式、反射式。
2、光电式传感器测量的物理量及测量范围
光电传感器可以用来测量直接引起光量变化的非电量,如光强度、光照度、等;除此之外,它还可以利用光的透射、遮挡、折射、反射、干涉衍射现象来测量更多的物理量,如物体尺寸、表面粗糙度、材料应变、位移、振动、速度、加速度、温度、成分,以及物体的形状及工作状态等。
光电传感器的敏感波长在可见光(〜)附近,包括红外线(〜1000um)和紫外线波长(〜)。
3、光电式传感器的应用实例
应用一:红外线热成像仪
工作原理:所有物体都会发出红外线能量,物体越热,其分子就愈加活跃,它所发出来的红外线能量也就越多。红外线热成像仪就是利用这一现象,通过接收人体热红外线辐射能量,达到检测人的体表温度效果。它将光学镜头、光电传感器、电子驱动组件、光学调变器、以及充电电池等主要组件。它的光学镜头聚集来自人体的辐射红外线能量,并把该能量聚焦在探测器上,能量探测器将光信号转化为电信号,然后经电路进行放大、以热分布图显示出来。人只需要望一下其镜头,检测人员不要一秒钟时间便可以检知该人的体温,如果发现有可疑对象,立即通知该旅客作体温的进一步检测。该系统成像分辩率高、对比度好、响应时间快、非接触式体温检测。
应用二:光电测速仪
江苏大学电气信息工程学院的陈照章、朱湘临设计了一种光电测速传感器如图1所示,它适用于轧钢、纺织等领域,尤其适用于车辆行驶性能的测量。以前车辆行驶性能的测试一般使用五轮仪,其原理是一个轮子被车辆拖动着在路面上滚动,每转一周发出固定数的脉冲,输给微机系统计算出距离、速度等指标。由于轮子的跳动、打滑、充气多少等因素的影响,测量的准确度不高。在车速大于80-100km/h后,由于振动加大以及其它因素,测出的数据已经不可靠。它利用光电传感器的非接触的特点,可以测车速覆盖目前汽车的最高速度,也可用于火车车速等其他场合的测试。
工作原理:该光电传感由照明组件、透镜组件、梳状光电器件、仪用放大器及外壳支架等部件组成一体。使用时用吸盘安装在车厢外侧,使透镜离地面500mm左右,照明灯光调整到在透镜下方的地面上形成一个直径为80mm的光斑,透镜把光斑中的图像成像于梳状光电器件上,光电器件产生的电信号,经前置仪用放大器放大,传感器移动时,产生交变电信号,经信号调整电路处理成TTL电平的方波,由MCS—51单片机组成的数字系统接受。
图1光电传感器的组成
应用三:测量水的硬度
西北工业大学自动控制系的孙广清设计了一个传感器用于测定水的硬度。
目前,测定水中钙镁总含量的方法通常用乙二***四乙酸(EDTA)络合滴定法或分光光度法,但是这两种方法各有缺点,不是费时很难实时测量,就是只能单一测定,不能简便快速地综合测定。该传感器是由激光二极管和光电二极管组成的3通道光学阵列。所有器件集成在一个芯片上,每个芯片上集成三个如图2所示的功能单元,图中只画出一个。图中El,SI,Rl,Ml及数字均为传感器芯片引脚标号。
图2凹册皓构光学传感器阵列
凹形结构的中间为激光二极管,它用来确定通过凹形槽吸收池后的光强,激光二极管具有良好的单***、可控性、频率特性及稳定性,通过对驱动信号的控制,可实现光强信号的自动控制及检测光信号调制。这样可以减小暗电流,自然光或杂散光对检测结果的影响,比传统的光谱分析系统在简单性和单***上要好。传感器为激光二极管、光电二极管和吸收池集成一体的光学传感器阵列。
应用四:光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池作为光电探测使用时,其基本原理与光敏二极管相同,但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压;光电转换效率高,光谱范围宽,频率特性好,噪声低等,它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
应用五:防止工业烟尘污染
为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
除了以上的应用以外,光电传感器在各行各业还有许多应用,如光电式带材跑偏检测器,光电色质检测,检测调整布料在传送中的张力,检测产品的有无和漏装,产品方向定位等等。
4、光电式传感器的技术指标及参考价格,著名生产厂家
光电传感器的主要技术指标有:静态特性、动态特性、线性度、灵敏度和分辨率。
光电传感器主要参数:1、尺寸;2、传感模式;3、传感范围;4、安装方式;
5、输出;6、工作模式;7、工作电压;8、光源;9、连接方式;10、封装材料。特殊功能包括:1、可处理高速和/或高温;2、逻辑控制;3、可计算机编程;4、网络兼容性。
国内外比较著名的生产光电传感器厂家有:德国di-soric、美国MEAS、上海中沪电子、台湾KFPS、浙江华感电子等。
5、光电检测的优缺点
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。其缺点是在某些应用方面,光学器件和电子器件价格较贵,并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展,产品的成本大为降低。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。
6、参考文献
【1】杜向阳、周渝斌.《机械工程测试技术基础》.
【2】许同乐.《机械工程测试技术》.***.
【3】.
【4】.
【5】陈照章、
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