關(guān)于光電傳感器檢測技術(shù)的思考

摘要：科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為光電傳感器技術(shù)以及相關(guān)檢測技術(shù)的全面發(fā)展和進(jìn)步注入了新的活力。隨著光電傳感器在信息獲取、篩選以及傳輸?shù)阮I(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為自動(dòng)化控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要是就光電傳感器檢測技術(shù)的思考進(jìn)行了簡單的闡述和分析。

關(guān)鍵詞：光電傳感器；光電效應(yīng)

1、光電傳感檢測技術(shù)概述

所謂的光電探測技術(shù)，實(shí)際上是光電或者圖像傳感器的應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)主要通過調(diào)制光來檢測物體，然后將實(shí)際檢測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號以便更好地應(yīng)用。光電傳感器主要由發(fā)射器，接收器等組成，在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是在接收器的幫助下對光的強(qiáng)度變化進(jìn)行檢測，最終實(shí)現(xiàn)其所要求的相關(guān)功能。雖然傳感器的種類和樣式繁多，但是，其主要的目的是為了通過將光信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作的方式，控制生產(chǎn)線的運(yùn)行，保護(hù)操作人員的安全。在光電傳感器參與制造應(yīng)用的過程中，光電傳感器主要是在不接觸待檢測物體的情況下，完成物體的檢測和生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，使工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度也得到了很大提高。未來檢測行業(yè)的發(fā)展必將朝著高精度，高效率的方向發(fā)展。而傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，不僅徹底解放了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，促進(jìn)了生產(chǎn)效率與質(zhì)量的穩(wěn)步提升，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。此外，隨著近年來新型光電探測器的出現(xiàn)，傳感器檢測技術(shù)受到電子技術(shù)和微電腦技術(shù)等技術(shù)的推動(dòng)。不僅應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，而且已成為當(dāng)前工藝生產(chǎn)中最重要的檢測技術(shù)之一。

2、光電傳感器原理分析

經(jīng)過長期的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，很多材料產(chǎn)生的光電效應(yīng)都可以成為光電傳感器能量轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)。這也是光強(qiáng)信號和電信號之間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。也就是說，如果按照電子是否溢出材料表面原理分析的話，光電效應(yīng)可以分為以下幾種方式。首先，外光電效應(yīng)。這種物理現(xiàn)象實(shí)際上就是我們所說的光照射作用，電子從待照射物體表面溢出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谶@種光電效應(yīng)原理開發(fā)了光電管元件和光電倍增管等光電元件。其次，內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)指的就是，被照射物體內(nèi)部的原子在光照射作用的影響下，釋放出電子。由于這些電子保留在被照射物體內(nèi)并且沒有電子溢出物體表面，因此可以通過檢測物體的電阻的變化或組成電路的電動(dòng)勢完成檢測。例如，光敏電阻，光電二極管等器件都是在內(nèi)光電效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

2.1外光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)的原理，主要是在光電材料被光照射，且被照射材料表面所吸收的光照射能量達(dá)到特定閾值后，出現(xiàn)部分電子擺脫了材料原子約束溢出到外部空間的現(xiàn)象。根據(jù)愛因斯坦所研究的光電子效應(yīng)的理論，光電子是以一種可移動(dòng)的粒子流的形式出現(xiàn)的。在這其中光子能量為hv（h為普朗克常數(shù)，h=6.626×10^（-34）J·s，ν是光波頻率）。也就是說，根據(jù)這一公式就可以推算出光子能量與光波頻率之間存在著正比例的關(guān)系。如果光子的能量全部轉(zhuǎn)移至電子的話，那么就會出現(xiàn)電子能量增加的現(xiàn)象。另外，如果基于能量守恒定律分析mv2 = hv-w，其中電子質(zhì)量為m，則電子逸出面的初始速度為v，逸出功為w。所以，通過對這一公式的分析后發(fā)現(xiàn)，如果材料不同的話，那么電子溢出的功率也不同，再加上每一種光電材料的入射光都有其相應(yīng)的閾值頻率，所以只有在入射光頻率大于該閾值頻率時(shí)，才會出現(xiàn)電子溢出材料表面的現(xiàn)象，而這也就是傳感器檢測技術(shù)中常說的紅限。

2.2內(nèi)光電效應(yīng)

在半導(dǎo)體材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在具有一定能量間隔的帶隙。常用的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性與導(dǎo)體相比較而言，電子不會自發(fā)的躍到導(dǎo)帶上，然而，如果通過外部光激發(fā)等條件將能量提供給價(jià)帶，則價(jià)帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中。存在半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性增加的現(xiàn)象。例如，如果入射光的能量hv大于eg時(shí)，則價(jià)帶中的電子將通過吸收入射光子中的能量而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)帶中。并在原有的位置上出現(xiàn)一個(gè)大的空穴，雖然在這一過程中電子沒有出現(xiàn)溢出材料表面且形成光電子，然而，卻由于照射形成了電效應(yīng)物理現(xiàn)象，這就是我們所說的內(nèi)部光電效應(yīng)。

3、光電傳感器應(yīng)用分析

3.1光電傳感器在國防領(lǐng)域的應(yīng)用

由于光電傳感器由光敏元件組成，具有高精度，高可靠性和出色的抗干擾能力。因此，光電傳感器已廣泛用于各種領(lǐng)域，例如水下探測，航空監(jiān)測和熱輻射探測。此外，還有許多半導(dǎo)體光電子器件在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。例如，由硫化鉛光敏電阻制成的紅外夜視裝置，紅外照相機(jī)等。

3.2光電傳感器的應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)

光電傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)線檢測等領(lǐng)域中的應(yīng)用，不僅減輕了人力勞動(dòng)的工作量，同時(shí)也促進(jìn)了生產(chǎn)效率的穩(wěn)步提升。一般應(yīng)用中，光電傳感器檢測到的待測物體的物理信號被轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的光電流，并且進(jìn)行產(chǎn)品的自動(dòng)檢查以確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

3.3光電傳感器控災(zāi)防災(zāi)上的應(yīng)用

光電傳感器檢測技術(shù)在火災(zāi)防控、氣象、干旱和地震災(zāi)害等方面的應(yīng)用，主要是通過利用光電傳感器檢測技術(shù)詳細(xì)的記錄和檢測災(zāi)害，以達(dá)到早發(fā)現(xiàn)早預(yù)防的目的，避免因?yàn)闉?zāi)害預(yù)防措施不到位而造成不必要的人員與財(cái)產(chǎn)損失。此外，由現(xiàn)場光電傳感器技術(shù)生產(chǎn)的光電測量儀器設(shè)備也可用于檢測物體溫度和透射率等。例如，通常用于防火的光電報(bào)警器是通過使用傳感器的溫度傳感特性來進(jìn)行檢測，完成在溫度測量環(huán)境中測溫傳感頭輸出傳導(dǎo)至溫度傳感器的工作，以達(dá)到有效預(yù)防火災(zāi)的目的。

3.4光電傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著國家環(huán)保要求的提高，光電傳感器在環(huán)境預(yù)警監(jiān)測中的應(yīng)用日益頻繁。例如，煙霧濁度連續(xù)檢測器的工作原理是，平行光源光線通過煙囪時(shí)送到光檢測接收器，轉(zhuǎn)化為隨濁度變化的電信號，在這一過程中，一旦經(jīng)過電路輸出的濁度信號超出設(shè)定值的話，那么警示振蕩器就開始工作，然后發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號，從而達(dá)到監(jiān)測環(huán)境的目的。為了提高監(jiān)測質(zhì)量，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般將多個(gè)光電傳感器組合在一起建立一個(gè)完整的光電信息系統(tǒng)，加上光電傳感器具有諸如長檢測距離，高分辨率和自動(dòng)分析處理的各種優(yōu)勢功能，適合進(jìn)行環(huán)境變化情況的連續(xù)監(jiān)測和分析。

3.5光電傳感器信息自動(dòng)檢測方面

（1）位置偏移檢測。光電位移傳感器主要用于檢測帶型材料，能及時(shí)的找出錯(cuò)位位置的信號，以便于工作人員及時(shí)的通過改變控制生產(chǎn)的參數(shù)，確保材料加工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。該檢測技術(shù)通過在印染，薄膜等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用取得了顯著的成果。（2）高度檢測。高度檢測主要應(yīng)用于對產(chǎn)品包裝高度有明確要求的生產(chǎn)線的檢測。這一技術(shù)的應(yīng)用不僅確保了產(chǎn)品包裝外觀尺寸的標(biāo)準(zhǔn)和美觀，同時(shí)也達(dá)到了篩選不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品包裝的目的，促進(jìn)了產(chǎn)品包裝質(zhì)量的有效提升。（3）色質(zhì)檢測。根據(jù)光電色質(zhì)檢測原理，例如對包裝材料進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)定如果因?yàn)榘b質(zhì)量不符合要求或者其他原因而造成物品出現(xiàn)變色現(xiàn)象，此時(shí)利用光電傳感器可以及時(shí)的檢測出，出現(xiàn)顏色偏差的物品，同時(shí)根據(jù)檢測信號排除變色物品，能確保產(chǎn)品包裝的質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。

結(jié)束語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，光電傳感器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。所以，相關(guān)部門必須在充分重視光電傳感器技術(shù)向智能化方向發(fā)展的同時(shí)，加大我國傳感器技術(shù)研究投入的力度，才能在促進(jìn)我國傳感器技術(shù)核心競爭力穩(wěn)步提升的基礎(chǔ)上，發(fā)揮出光電傳感器技術(shù)在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1]王濤.光電傳感器的原理及應(yīng)用探討[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2018，07：64+122.

[2]宋忠華.光電傳感器檢測技術(shù)研究[J].電子制作，2018，08：9.

[3]周博，雷歐，于雷.光電傳感器的發(fā)展及其應(yīng)用[J].電子制作，2018，19：5-6.

作者簡介：朱偉，1982年10月，男，山東棗莊，講師，工程碩士。

（作者單位：棗莊科技職業(yè)學(xué)院）