光電傳感器的應用論文：[專題]光電傳感器應用論文：淺談紅外光電傳感器的工作原理及應用_百度文庫....doc

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光電傳感器的應用論文：《光電傳感器的應用與發展趨勢》-畢業論文.DOC

光電傳感器的應用與發展趨勢
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。
一、應用背景
光電傳感器設計靈活，形式多樣，在越來越多的領域內得到廣泛的應用。光電傳感器的敏感范圍遠遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。此外，光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后，隨著技術的不斷發展，光電傳感器在價錢方面可以同用其他技術制造的傳感器競爭。因而光電傳感器得到了廣泛的應用與長足的發展。
二、光電效應
光照射到某些物質上，引起物質的電性質發生變化，也就是光能量轉換成電能。這類光致電變的現象被人們統稱為光電效應（Photoelectric effect），一般包括外光電效應、光導效應與光生伏特效應。
根據愛因斯坦的光電子效應，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv(v為光波頻率，h為普朗克常數，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量部分將克服正離子束縛，另一部分將轉換成電子能量。根據能量守恒定律：1/2mv2=hv-A(m為電子質量,v為電子逸出的初速度,A微電子所做功)，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產生光電子發射。
當受到光照射時，吸收電子能量，其電阻率降低的導電現象稱為光導效應。它屬于內光電效應。當光照在半導體上，若電子的能量與半導體禁帶的能級寬度，則使電子從價帶躍遷到導帶形成電子。同時，價帶留下相應的空穴，導致電子空穴仍留在半導體內，并參與導電在外電場作用形成的電流。
除金屬外，多數絕緣體和半導體都有光電效應，半導體尤為顯著，根據光導效應制造的光電元件的固有入射光頻率，當其光照在光電阻上時，導電性增強，電阻值下降。光強度愈強，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢復到原阻值。
半導體受光照射產生電動勢的現象稱為光生伏特效應，據此效應制造的光電器件有光電池，光電二極管，管控晶閘管和光耦合器等。
三、光電傳感器
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控制的，其結構如下：
圖1 光電傳感器的結構
由上可知，其首先把被測量的變化轉換成光信號,然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號；其次，光電傳感器一般由光源,光學通路和光電元件三部分組成；再次，光電檢測方法具有精度高,反應快,非接觸等優點,而且可測參數多,傳感器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,使光電式傳感器在檢測和控制中廣泛應用。
1.光源
光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源來達到測量目的的關系，因此光電傳感器的光源有著重要的地位，常用光源有以下幾種：
⑴發光二極管
是一種把電能轉變成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設備中。
⑵絲燈泡
這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。
⑶激光
激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優點，是很理想的光源。
由光源、光學通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時，還必須配備適當的測量電路。測量電路能夠把光電效應造成的光電元件電性能的變化轉換成所需要的電壓或電流。另外，不同的光電元件，所要求的測量電路是不相同，并且在各種導體的光電元件常用測量電路與各種紅外線傳感器的工作方式更是各有所異，在此就不一一描述。
2.電子測量電路
由光源、光學通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時，還必須配備適當的測量電路。半導體光敏電阻可以通過較大的電流，所以在一般情況下，無需配備放大器。在要求較大的輸出功率時，可用圖2所示的電路。

圖2  光敏電阻測量電路
圖3給出帶有溫度補償的光敏二極管橋式測量電路。當入射光強度緩慢變化時，光敏二極管的反向電阻也是緩慢變化的，溫度的變化將造成電橋輸出電壓的漂移，必須進行補償。圖中一個光敏二極管作為檢測元件，另一個裝在暗盒里，置于相鄰橋臂中，溫度的變化對兩只光敏二極管的影響相同，

光電傳感器的應用論文：光電傳感器實驗的論文

引言:光敏傳感器是將光信號轉換為電信號的傳感器,也稱為光電式傳感器,它可用于檢測直接引起光強度變化的非電量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其它非電量,如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態識別等。光敏傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點,因而在工業自動控制及智能機器人中得到廣泛應用。
光敏傳感器的物理基礎是光電效應,即光敏材料的電學特性都因受到光的照射而發生變化。光電效應通常分為外光電效應和內光電效應兩大類。外光電效應是指在光照射下,電子逸出物體表面的外發射的現象,也稱光電發射效應,基于這種效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。內光電效應是指入射的光強改變物質導電率的物理現象,稱為光電導效應。大多數光電控制應用的傳感器,如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都是內光電效應類傳感器。
1光電傳感器的應用現狀
1.1 電影發聲系統
拍攝電影時的配音是把聲音信號轉換為光信號,用明暗不同的條紋記錄在膠片邊緣的聲帶上。放映電影時,光源發出的光通過移動聲帶后發生了強弱的變化,并被光電管所接收,光電管把強弱變化的光相應地轉變為強弱變化的電流,經放大器放大后,由揚聲器放出聲音。
1.2 光控大門
干簧繼電器由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成,為了易于識別電路,通常在電路圖中把線圈和干簧管分開來畫。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,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,磁片在彈力的作用下,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,帶動大門的電動機接在干簧管的電路中。夜間,當汽車開到大門前,燈光照射光敏電阻時,干簧繼電器接通電動機電路,帶動大門打開。
1.3 天亮叫醒服務
蜂鳴器內裝有發聲電路,外邊有負極和正極兩極引線。使用時正極接電池正極。負極揍電池負極。當有電流通過時,能自動發出蜂鳴聲。
1.4 包裝充填物高度檢測
用容積法計量包裝的成品,除了對重量有一定誤差范圍要求外,一般還對充填高度有一定的要求,以保證商品的外觀質量。當充填高度偏差太大時,光電接頭沒有電信號,即由執行機構將包裝物品推出進行處理。
1.5 轉速測量
將轉速變換成光通量的變化,再經過光電元件轉換成電量的變化即可得到轉速。被測轉軸上裝有調制盤(帶孔或帶齒的圓盤),其一邊設置光源,另一邊設置光電元件。調制盤隨軸轉動,當光線通過小孔或齒縫時,光電元件就產生一個電脈沖。轉軸連續轉動,光電元件就輸出一列與轉速及調制盤上的孔(或齒)數成正比的電脈沖數。在孔(或齒)數一定時,脈沖數就和轉速成正比。電脈沖輸入測量電路后經放大整形,再送入頻率計的計數顯示。
1.6光電傳感器在變電站通信控制系統中的應用
光電傳感器作為一種新型的電壓電流測量裝置,與傳統電磁式互感器相比較,具有絕緣強度高、動態范圍、大頻帶寬、抗干擾能力強、不會產生磁飽和及鐵磁諧振、體積小、重量輕、造價低等一系列優點。自20世紀60年代以來,光電傳感器經歷了原理性研究、試驗樣機和現場掛網運行等階段。目前國外已經有部分實用化產品投入市場,但真正得到大規模的應用還有一個過程,而且國內變電站自動化系統的應用水平不一,如何讓光電傳感器在變電站自動化系統中得到應用并提高變電站自動化系統的水平,成為光電傳感器研究的重點。變電站通信控制系統是變電站自動化系統的重要組成部分,其技術水平直接關系到變電站自動化系統的性能。隨著電子技術和通信技術的飛速發展,變電站通信系統也經歷了集中式、功能分布式和分散分布式等階段。而通信系統的發展變化總是與變電站的測控、保護裝置的發展變化相適應的。隨著光電傳感器在變電站中的應用,將對變電站通信控制系統產生深遠的影響,并提高其自動化應用水平。
2光電傳感器的發展趨勢
近年來,由于傳感器的廣泛應用以及在日常生活中所起的越來越重要的作用,人們對傳感器提出越來越高的要求。21世紀初期(2010前后)。敏感元件與傳感器發展的總趨勢是小型化、集成化、多功能化、智能化、系統化。傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高。并加速新一代傳感器的開發和產業化。 縱觀幾十年傳感技術領域的發展,不外乎分為兩個方面:一是提高與改善傳感器的技術性能;二是尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。
2.1 傳感器改善性能的途徑
一般常采用下列技術途徑:差動技術,平均技術,補償和修正技術,屏蔽、隔離與干擾抑制,穩定性處理。
2.2傳感器的發展動向
2.2.1 開發新型傳感器
a.采用新原理;
b.填補傳感器空白;
c.仿生傳感器等諸方面。
2.2.2開發新材料
a.從單晶體到多晶體、非晶體;
b.從單一型材料到復合材料;
c.原子(分子)型材料的人工合成。
2.2.3智能材料
是指設計和控制材料的物理、化學、機械、電學等參數,研制出生物體材料所具有的特性或者優于生物體材料性能的人造材料。
2.2.4新工藝的采用
新工藝的含義范圍很廣,這里主要指與發展新型傳感器聯系特別密切的維系加工技術。
2.2.5集成化、多功能化與智能化
3光敏傳感器的基本特性及實驗原理 3.1伏安特性 光敏傳感器在一定的入射光強照度下,光敏元件的電流I與所加電壓U之間的關系稱為光敏器件的伏安特性。改變照度則可以得到一組伏安特性曲線,它是傳感器應用設計時選擇電參數的重要依據。光敏電阻類似一個純電阻,其伏安特性線性良好,在一定照度下,電壓越大光電流越大,但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率,超過額定電壓和最大電流都可能導致光敏電阻的永久性損壞。光敏二極管的伏安特性和光敏三極管的伏安特性類似,但光敏三極管的光電流比同類型的光敏二極管大好幾十倍,零偏壓時,光敏二極管有光電流輸出,而光敏三極管則無光電流輸出。
3.2光照特性
光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強之間的關系稱為光照特性,有時光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強之間的關系也稱為光照特性,它也是光敏傳感器應用設計時選擇參數的重要依據之一。
4 實驗儀器
DH-SJ3光電傳感器設計實驗儀由下列部分組成:光敏電阻板、硅光電池板、光敏二極管板、光敏三極管板、紅光發射管LED3、接受管(包括PHD 101光電二極管和PHT 101光電
三極管)、Ф2.2和Ф2光纖、光纖座、測試架、DH-VC3直流恒壓源、九孔板、萬用表、電阻元件盒以及轉接盒等組成。 實驗時,測試架中的光源電源插孔以及傳感器插孔均通過轉接盒與九孔板相連,其它連接都在九孔板中實現;測試架中可以更換傳感器板。

光電傳感器的應用論文：光電傳感器技術的新發展及應用畢業論文

畢業論文聲明

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