光电传感器的发展及其应用.doc

光电传感器的发展及其应用摘要:光电式传感器(photoelectrictransducer),基于光电效应的传感器,在受到可见光照射后即产生光电效,将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外,还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量,如尺寸、位移、速度、温度等,因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。关键词:光电传感器、光电效应、发展、应用实例1引言光电传感器由于反应速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点,因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前,世界上光电传感领域的发展可分为两大方向:原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟,对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。,其基本原理是以光电效应为基础,通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的,它的基本结构如图1,它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[1]。图1光电传感器的电源要是一个恒光源,电源稳定性的设计至关重要,电源的稳定性直接影响到测量的准确性,常用光源有以下几种:⑴、发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点,并能和集成电路相匹配。因此,广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。⑵、丝灯泡这是一种最常用的光源,它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感,构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除,而仅用它的红外线做光源,这样,可有效防止其他光线的干扰。⑶、激光激光与普通光线相比具有能量高度集中,方向性好,频率单纯、相干性好等优点,是很理想的光源。由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时,还必须配备适当的测量电路。测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成所需要的电压或电流。不同的光电元件,所要求的测量电路也不相同。下面介绍几种半导体光电元件常用的测量电路。半导体光敏电阻可以通过较大的电流,所以在一般情况下,无需配备放大器。在要求较大的输出功率时,可用图2所示的电路。图3(a)给出带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。当入射光强度缓慢变化时,光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的,温度的变化将造成电桥输出电压的漂移,必须进行补偿。图中一个光敏二极管做为检测元件,另一个装在暗盒里,置于相邻桥臂中,温度的变化对两只光敏二极管的影响相同,因此,可消除桥路输出随温度的漂移。光敏三极管在低照度入射光下工作时,或者希望得到较大的输出功率时,也可以配以放大电路,如图3所示。图2               图3        由于光敏电池即使在强光照射下,,还不能使下一级晶体管有较大的电流输出,故必须加正向偏压,如图3(a)所示。为了减小晶体管基极电路阻抗变化,尽量降低光电池在无光照时承受的反向偏压,可在光电池两端并联一个电阻。或者象图3(b)所示的那样利