光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量,如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉(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。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn),因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。
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。在其后面是檢測電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。
由發(fā)射器和接收器組成結(jié)構(gòu)上是兩者相互分離的在光束被中斷的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)變化典型的方式是位于同一軸線上的光電開關(guān)可以相互分開達(dá)50米。
特征:辨別不透明的反光物體;有效距離大;因?yàn)楣馐缭礁袘?yīng)距離的時(shí)間僅一次;不易受干擾;可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中;裝置的消耗高;兩個(gè)單元都必須敷設(shè)電纜。
當(dāng)傳感器發(fā)射光束時(shí),目標(biāo)產(chǎn)生漫反射,發(fā)射器和接收器構(gòu)成單個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)部件,當(dāng)光電傳感器有足夠的組合光返回接收器時(shí),傳感器狀態(tài)發(fā)生變化,作用距離的典型值一直到3米。
特征:有效作用距離是由目標(biāo)的反射能力決定;由目標(biāo)表面性質(zhì)和和顏色決定;較小的裝配開支;當(dāng)傳感器由單個(gè)元件組成時(shí);通常是可以達(dá)到粗定位;采用背景抑制功能調(diào)節(jié)測量距離;對(duì)目標(biāo)上的灰塵敏感和對(duì)目標(biāo)變化了的反射性能敏感。
由發(fā)射器和接收器構(gòu)成的情況是一種標(biāo)準(zhǔn)配置,從發(fā)射器發(fā)出的光束在對(duì)面的反射鏡被反射,即返回接收器。當(dāng)光束被中斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)的變化。光的通過時(shí)間是兩倍的信號(hào)持續(xù)時(shí)間,有效作用距離從0.1米至20米。
特征:辨別不透明的物體;借助反射鏡部件;形成高的有效距離范圍;不易受干擾;可以可靠合適的使用在野外或者有灰塵的環(huán)境中。
槽式光電傳感器通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu),其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊,并形成光電傳感器一光軸。當(dāng)被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí),光電傳感器就產(chǎn)生了檢測到的開關(guān)量信號(hào)。
槽式光電傳感器比較安全可靠的適合檢測高速變化,分辨透明與半透明物體。
用光電元件作敏感元件的光電傳感器,其種類繁多,用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類:
(1 )把被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測量儀器,可用來測量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如:測量光強(qiáng)的照度計(jì),光電高溫計(jì),光電比色計(jì)和濁度計(jì),預(yù)防火災(zāi)的光電報(bào)警器,構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長度、橢圓度及表面粗糙度等自動(dòng)檢測裝置和儀器,其敏感元件均用光電元件。半導(dǎo)體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等;
(2 )把被測量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無光照射時(shí)" 有" 或"無"電信號(hào)輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。光電元件用作開關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器,開關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測量數(shù)字式光電測速儀等。
光電傳感及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展,滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求,使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高,同時(shí)光電傳感器的重要性不斷提高。目前,光電傳感器研究的主要方向是:
(1 )多用途。即一種光電傳感器不僅能針對(duì)一種物理量,而且能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測量;
(2 )新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開發(fā);
(3 )在惡劣條件下(高溫、高壓等)低成本傳感器(連接、安裝等)的開發(fā)和應(yīng)用;
(4 )光電傳感器與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
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