光電傳感器,光電傳感器原理

光電傳感器是指能夠將可見光轉換成某種電量的傳感器。光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ鸡藺），稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。
光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還?。划斢泄庹諘r，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度

光電傳感器工作原理（紅外線光電傳感器原理）

光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。
光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。

發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，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，它能濾出有效信號和應用該信號。

此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。

三角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。

分類和工作方式

⑴槽型光電傳感器
把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。

⑵對射型光電傳感器
若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。

⑶反光板型光電開關
把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。

⑷擴散反射型光電開關
它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號。
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①光的性質 直射 光在空氣中和水中時，總是直線傳播。 使用對射型傳感器外置的開叉來檢測微小物體的示例便是運用了這種原理。 ? 曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上時，通過該界面后，改變行進方向的現(xiàn)象。 ? 反射（正反射、回歸反射、擴散反射） 在鏡面和玻璃平面上，光會以與入射角相同的角度反射，稱為正反射。 3個平面互相直角般組合的形狀稱為三面直角棱鏡。 如果面向三面直角棱鏡投光，將反復進行正反射，最終的反射光將向投光的反方向行進。 這樣的反射稱為回歸反射。 多數(shù)的回歸反射板都是由數(shù)mm角的三面直角棱鏡按規(guī)律排列而構成的。 此外，在白紙等沒有光澤性的表面上，光線將向各個方向反射，這樣的反射稱為擴散反射。 擴散反射型將該原理作為檢測方式。 ? 偏光 光線可以表現(xiàn)為與其行進方向垂直的振動波。作為光電傳感器的光源，主要使用LED。從 LED投射的光線，會在與行進方向垂直的各個方向上振動，這種狀態(tài)的光稱為無偏光。將無偏 光的光的振動方向限制在一個方向上的光學過濾器稱為偏光過濾器。即從LED投光，并通過偏 光過濾器的光線只在一個方向上振動，這種狀態(tài)稱為偏光（正確地說應為直線偏光）。在某 一方向（例如縱方向）上振動的偏光，無法通過限制在其垂直方向（橫方向）上振動的偏光 過濾器?；貧w反射型的M.S.R功能（→③M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：鏡面體光澤 清除）頁）和作為對射型配件的防止相互干擾過濾器就是應用了這種原理。 ②光源 光的點亮方式 〈脈沖變調(diào)光〉 多數(shù)光電傳感器采用脈沖變調(diào)光，基本以一定周期反復投光。 由于很容易排除雜亂光的影響，所以可以實現(xiàn)長距離檢測。在帶防止相互干擾功能的類型中 ，投光的周期會根據(jù)干擾光和雜亂光而在一定范圍內(nèi)變化。 〈直流光〉 是連續(xù)投射一定光量的光線，在標記傳感器等部分機型中使用。能得到高速響應性，但有檢 測距離短，容易受雜亂光影響等缺點。 光源色與種類 ③光纖型 構造 由于檢測部（光纖）中完全沒有電氣部分，所以耐干擾等耐環(huán)境性良好。 E3X-DA-S（數(shù)字放大器） 檢測原理 光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構成。 如果光線入射到核心部分，光線將會在與外包金屬的交界面上一邊反復進行全反射，一邊行進。通過光纖 內(nèi)部從端面發(fā)出的光線以約60°的角度擴散，照射到檢測物體上。 ? 光纖的種類與特性

截面 構造 特長 有效用途 代表型號 柔軟型 (多核心) (中間的素線固定) 很少因彎曲造成光量變動 容許彎曲半徑：R1mm 與傳統(tǒng)的標準型相比 柔軟，可像電線般布線 彎曲半徑可忽略 即使碰觸到光纖，光量也不變動 E32-T11R E32-T11R 標準型 單芯 光的傳輸效果好 (檢測距離較長) 容許彎曲半徑： R25mm或R10mm ? E32-TC200 E32-DC200 耐彎曲型(束) （中間的素線分散） 耐曲折性良好 反復彎曲次數(shù)100萬次以上（代表例） 容許彎曲半徑：R4mm 即使使用機器人手臂等可動的部分也很難破損 E32-T11 E32-D11

④三角測距 距離設定型光電傳感器主要以三角測距為檢測原理。下圖所示的是三角測距的原理。從投光 元件投射的光線將在檢測物體上擴散反射。反射光將通過受光透鏡在位置檢測元件（輸出符 合光線位置信號的半導體元件）上成像。檢測物體在靠近光學系統(tǒng)的位置A的情況下，反射光 會在位置檢測元件的a位置上成像。在離光學系統(tǒng)較遠的位置B的情況下，反射光將在b位置上 成像。因此，通過測定位置檢測元件上的成像位置，可以檢測與檢測物體的距離。