光电传感器的现状及发展与应用

光电传感器的现状及发展与应用

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学号： 201*******8

201*年4月15日

摘要

时代在进步，社会在发展，光电子已经变成人们生活中不可缺少的一部分，近年来光电传感器的发展也十分迅速，现在，本文将介绍光电传感器的基础知识和它的现状、发展还有应用。

关键字：光电传感器知识发展应用

引言

在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，十分依靠光电子器件。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的技术不断取得突破,应用也越来越广泛。

一、光电传感器的基础知识

1、光电传感器的含义

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

2、结构

3、概述

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。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,光电传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电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。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。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。

4、光电传感器的工作原理

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控制的。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。

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。

5、光电传感器的分类和工作方式

光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质，光电式传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法又可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。

二、光电传感器的现状及应用

1、发展及现状

1839年 A.E.贝可勒尔发现当光线落在浸没于电介液中的两个金属电极上，它们之间就产生电势，后来称这种现象为光生伏特效应[2]。1873年W.史密斯和Ch.梅伊发现硒的光电导效应[2]。1887年H.R.赫兹发现外光电效应[2]。基于外光电效应的光电管和光电倍增管属真空电子管或离子管器件，曾在50～60年代广泛应用，直到目前仍在某些场合继续使用。

光电传感器(光电开关)市场在过去的三年里经历了犹如过山车般的跌宕起伏。如今该市场回到了类似之前平稳的发展状态。虽然光电传感器市场极其依赖的投资环境近来已经变得愈发恶劣，但ARC依然对该市场在未来几年的发展持乐观态度。

2、应用实例

⑴、条形码扫描笔

当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。

⑵、测量工件表面的缺陷

用光电传感器测量工件表面缺陷的工作原理如图 1 所

示，激光管1 发出的光束经过透镜2 和3 变为平行光束，

再由透镜4 把平行光束聚焦在工件7的表面上，形成宽约

0.1mm 的细长光带。光栏 5 用于控制光通量。如果工件表

面有缺陷( 粗糙、裂纹等) ，则会引起光束偏转或散射，

这些光被硅光电池6 接收，即可转换成电信号输出。

⑶、产品计数器

产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件

间的光路，使光电脉冲电路产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。

⑷、光电式烟雾报警器

没有烟雾时，发光二极管发出的光线直线传播，光电三极管没有接收信号，没有输出;有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接受到光线，有信号输出，发出报警。

⑸、测量转速

在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，当电动机转动时，反射光与不反射光交替出现，光电元件1相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路2放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。

三、光电传感器的新发展

1、用于目标跟踪和坐标定位256光电管阵列四象限CMOS光电传感器

2、光敏象限阵列与磁敏线阵列兼容CMOS数模混合传感器集成电路

3、光电检测传感器阵列在运动物体检测中的应用

4、应用光电二极管阵列的SPR生物传感器微弱信号检测