光電傳感器的應用

蔡 靜

包頭輕工職業技術學院機電工程系，內蒙古包頭 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，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生相應電效應的物理現象稱為光電效應。光電效應通常可分為3類：1）外光電效應：在光線的作用下能使電子逸出物體表面的光電效應。基于外光電效應的光電元件：光電管、光電倍增管、光電攝像管等（玻璃真空管元件）；2）內光電效應：在光線的作用下能使物體的電阻率改變的光電效應基于內光電效應光電元件：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：在光線的作用下，物體產生一定方向電動勢的光電效應。基于光生伏特效應的光電元件：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加上巧妙的設計，光電傳感器幾乎被應用于生活的各個方面。

2 光電傳感器的特點

光電傳感器特點有：1）檢測距離長。如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實現其他檢測手段（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行檢測；3）響應時間短。光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短；4）分辨率高。能通過高級設計技術使投光光束集中在小光點，或通過構成特殊的受光光學系統，來實現高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測；5）可實現非接觸的檢測。可以無須機械性地接觸檢測物體實現檢測，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）可實現顏色判別。通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據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，可對檢測物體的顏色進行檢測；7）便于調整。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行調整。

3 光電傳感器的應用

3.1 煙塵濁度監測儀

防止工業煙塵污染是環保的重要任務之一。為了消除工業煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監測、自動顯示和超標報警。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，光源發出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

3.2 感煙傳感器(火災報警器的一部分)

由紅外發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).在無煙狀態時，光電三極管接收不到紅外線；當發生火災時，產生大量煙霧，煙霧粒子進入感煙傳感器時，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，給出煙霧報警信號。

3.3 火焰探測報警器

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 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構成二級負反饋互補放大器，火焰的閃動信號經二級放大后送給中心控制站進行報警處理。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，確保火焰報警器能長期穩定地工作。

3.4 光控大門

我們都有這樣的苦惱每次開車到了小區大門都要等門衛來開門或者等其按動電動門的開關，既費時又費人力，如果巧妙地利用光電傳感器就可以實現光控大門。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。當線圈內有電流時，線圈產生的磁場使密封在干簧管內的兩個鐵質簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態變成連接狀態，線圈內沒有電流時，磁場消失，瓷片在彈力的作用下，回復到分離狀態。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電路，電動機帶動大門打開。

3.5 液位檢測

在液體未升到發光二極管及光電三極管平面時，紅外發光二極管發出的紅外線不會被光電三極管接收；當液位上升到發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 結論

以上介紹了光電傳感器的基本原理和其特點，并列舉了一些在實際的應用實例。從這些實例中我們可窺見光電傳感器無限的發展應用前景。光電式傳感器在科學技術領域、工農業生產以及日常生活中發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展的強大動力，突飛猛進現代科學技術的則為其提供了堅強的后盾，我們相信在不懈地探索中，光電傳感器的應用定會有新的飛躍。

[1]唐守鋒，童敏.檢測與轉換技術[M].中國礦業大學出版社.