光電傳感器的應(yīng)用

蔡 靜

包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，內(nèi)蒙古包頭 014060

1 光電傳感器的原理

光電傳感器最根本的原理是光電效應(yīng)，用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf的光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常可分為3類：1）外光電效應(yīng)：在光線的作用下能使電子逸出物體表面的光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件：光電管、光電倍增管、光電攝像管等（玻璃真空管元件）；2）內(nèi)光電效應(yīng)：在光線的作用下能使物體的電阻率改變的光電效應(yīng)基于內(nèi)光電效應(yīng)光電元件：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管及光敏晶閘管等；3）光生伏特效應(yīng)：在光線的作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的光電效應(yīng)?；诠馍匦?yīng)的光電元件：光電池等。常用的光電傳感器有光敏電阻、光電池、光敏二極管、光敏三極管等。利用這些傳感器各自的特點(diǎn)加上巧妙的設(shè)計(jì)，光電傳感器幾乎被應(yīng)用于生活的各個方面。

2 光電傳感器的特點(diǎn)

光電傳感器特點(diǎn)有：1）檢測距離長。如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等）無法離檢測；2）對檢測物體的限制很少 。由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測；3）響應(yīng)時間短。光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時間，響應(yīng)時間非常短；4）分辨率高。能通過高級設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測；5）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測?？梢詿o須機(jī)械性地接觸檢測物體實(shí)現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用；6）可實(shí)現(xiàn)顏色判別。通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測；7）便于調(diào)整。在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調(diào)整。

3 光電傳感器的應(yīng)用

3.1 煙塵濁度監(jiān)測儀

防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監(jiān)測、自動顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。

3.2 感煙傳感器(火災(zāi)報(bào)警器的一部分)

由紅外發(fā)光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上(有一定角度).在無煙狀態(tài)時，光電三極管接收不到紅外線；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧粒子進(jìn)入感煙傳感器時，由于紅外線受煙霧粒于折射作用，光電三極管接收到紅外線，給出煙霧報(bào)警信號。

3.3 火焰探測報(bào)警器

硫化鉛光敏電阻的暗電阻為1 MΩ，亮電阻為 0.2 MΩ，峰值響應(yīng)波長為2.2μm。硫化鉛光敏電阻處于V1管組成的恒壓偏置電路，其偏置電壓約為 6 V，電流約為 6μΑ。V2管集電極電阻兩端并聯(lián) 68μF的電容，可以抑制 100 Hz以上的高頻，使其成為只有幾十赫茲的窄帶放大器。V2、V3構(gòu)成二級負(fù)反饋互補(bǔ)放大器，火焰的閃動信號經(jīng)二級放大后送給中心控制站進(jìn)行報(bào)警處理。采用偏置電路是為了在更換光敏電阻或長時間使用后，器件阻值的變化不致于影響輸出信號的幅度，確?；鹧鎴?bào)警器能長期穩(wěn)定地工作。

3.4 光控大門

我們都有這樣的苦惱每次開車到了小區(qū)大門都要等門衛(wèi)來開門或者等其按動電動門的開關(guān)，既費(fèi)時又費(fèi)人力，如果巧妙地利用光電傳感器就可以實(shí)現(xiàn)光控大門。這里要用到一種電子元件——干簧繼電器，它由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成。當(dāng)線圈內(nèi)有電流時，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成連接狀態(tài)，線圈內(nèi)沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復(fù)到分離狀態(tài)。把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動大門的電動機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時，干簧繼電器接通電動機(jī)電路，電動機(jī)帶動大門打開。

3.5 液位檢測

在液體未升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線不會被光電三極管接收；當(dāng)液位上升到發(fā)光二極管及光電三極管平面時，出于液體的折射，光電三極管接收到紅外信號由此獲得液位信號。

4 結(jié)論

以上介紹了光電傳感器的基本原理和其特點(diǎn)，并列舉了一些在實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例。從這些實(shí)例中我們可窺見光電傳感器無限的發(fā)展應(yīng)用前景。光電式傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的要求越來越高是其發(fā)展的強(qiáng)大動力，突飛猛進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的則為其提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾，我們相信在不懈地探索中，光電傳感器的應(yīng)用定會有新的飛躍。

[1]唐守鋒，童敏.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社.