光电传感器的应用与发展

光电传感器的应用与发展

一、引文

光电传感器主要作为一种检测装置，目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增

管和半导体光敏元件。由于它具有精度高，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，体积小，已经获得了广泛应用。

1. 工作原理

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的，一般情况下，它有三部分组成，可分为发送器、接收器和检测电路。投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终作出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源一一发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器

前面装有光学元件一一透镜或光圈，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控

制。

图1光电传感器的四种基本形式

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，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。如自动门传感、色标检出等。

2. 结构与分类

在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流, 理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类：

在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。 件有光电管、光电倍增管等。

图3光敏电阻基本结构

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等。

研究现状与前景

1. 工作特点

1) 检测距离长。在对射型中保留

10m 以上的检测距离等，便能实现其他检测手段。

2)

对检测物体的限制少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理， 所以不象接近

传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃 •塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检

测。

3) 响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成， 所以不包含机械性

工作时间。

4) 分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点， 或通过构成特殊的受光光 学系统，来实现

即光生电。这种物

基于外光电效应的光电元

图2光电管基本结构

在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。

件有光敏电阻、光敏晶体管等。

基于内光电效应的光电元

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高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。

5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造

成损伤。因此，传感器能长期使用。

6)可实现颜色判别。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。

7)便于调整。在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

2. 发展前景

由于计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不能相适应，那么电子计算机便不能充分发挥应有的作用。如果传感器不能灵敏地感受被测量或不能把感受到的被测量精确地转换成信号。其他仪表和装置精度再高也无意义。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，为光电传感器的进步应用开创了新的一页。

咨询公司INTECHNOCONSULTING专感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为

506 亿美元，预计2010 年全球传感器市场可达600 亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。一些传感器市场比如温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的

21% 19%和14%传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEM传感器、生物传感器等新

兴传感器。其中，无线传感器在2007至201 0年复合年增长率预计会超过25%。

目前，全世界传感器市场呈增长趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代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传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

三、应用分析

1. 自动计数的应用

光电传感器在自动计数、光电报警等方面具有广泛应用。利用此计数系统，当有人通过

光电检测点时，它不仅能检测出是否有人员通过，同时能辨别通过的人员是进入、还是出去。

利用该光电传感器，再配合相应的计数器，通过显示器可显示出某地点总共进出人数及剩多

少人。因此，可广泛用于多种公共场合的人员统计。其电路主要由直流稳压电源、智能光电传感器电路及应用电路组成。

图4光电传感器设置示意图

光电信号检测及进出鉴别电路如图5所示。LM393是一个双电压比较器电路，电路中

两比较器的反相输入端2脚与6脚连接在一起，接一个固定电压，两同相输入端分别连接两个光电二极管，

两比较器的输出端1脚与7脚分别与计数器U3A与U3B的计数时钟输入

CLK及复位端R相连接。

CC4518是一个双十进制计数器电路，其中cLK为计数时钟输入端、R为复位端、EN

为计数允许控制端、Q0、Q3为BCD码输出端。

图5电信号检测及进出鉴别电路