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光电传感器检测技术调研报告
——在“超越杯”产品中的应用
一、 光电传感器的定义
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。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。
二、光电传感器的概述
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。
　　光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。
三、光电传感器的原理
由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.
　　光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
四、光电传感器的分类
（一）标准光电传感器
1漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，带背景抑制功能型 (-8-H)，带背景分析功能型 (-8-HW)

2反射板型：一般型 (-6)，带偏振滤波功能型 (-54, -55)，带透明体检测功能型 (-54-G)，带前景抑制功能型 (-54-V)
3对射型
4槽型
5光纤传感器：塑料光纤型，玻璃光纤型
6色标传感器，颜色传感器，荧光传感器
7光通讯
8激光测距：三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型
9光栅
10防爆/隔爆型
（二）安全光电传感器
1安全对射光电
2安全光栅
3安全光幕
4安全控制器
（三）门控光电传感器
1雷达传感器：区域检测型
2主动式传感器：单光束型，多光束型，区域检测型
3被动式传感器：区域检测型
五、光电传感器的应用
（一）光电式带材跑偏检测器
带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。
（二）包装充填物高度检测
用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。
（三）物件计数器
生产流水线上用于对产品数量的计数。
六、光电传感器在“超越杯”参赛作品中的应用
我组参加“超越杯”的作品——自动化便捷储物柜，为了准确辨别和定位储物单元，实现自动化，当中就采用了红外光电传感器。我们之所以采用光电传感器是因为较其它传感器，它有精度高、反应快、非接触、体积小、成本低、便于调整等特点。
红外光电传感器应用在本产品简介：外箱体上有对应不同盒子的按钮，且每个盒子上方的横杆都装有一个红外发射管（图中红点处），无论按下哪个按钮都能先使电机转动，盒子开始随着链条传动，且与按钮对应的存放单元横杆上的红外发射管发射红外，在外箱体出口上方内部合适高度（红色箭头所指部分内部）安有红外接收器，当所需盒子运动到出口处时，红外接收器也将接收到其上方红外发射管发出的红外信号，此时红外接收器将信号传送到控制模块（PIC单片机），此时控制器将停止电机转动。盒子便会停于出口处。
我通过此次产品设计对光电传感器有了进一步的了解，也对光电传感器的应用有了更深入的认识。
七、光电传感器的研究发展前景
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。其中光电传感器采用非接触的检测形式，响应速度可达毫秒级，同时高端型可用于距离检测并配备不同的通讯接口可直接将信息传送到控制系统上。光电传感器的优势在于速度高于超声波传感器，检测距离大于电感式传感器。因而，对于光电传感器的研究和开发的意义就更加深远了。
八、参考文献
（一）《关于光电传感器的调研报告》 作者：陈慈
（二）“光电传感器” 网址：
（三）“光电传感器在自动化生产线上的应用” 网址：