光电传感器的分类及应用 (1)
光电传感器的分类及应用
[摘要]：传感器是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。光电传感器作为传感器中的重要一员，广泛应用在社会生活的各个方面。本文简介了光敏二极管的原理，并简单介绍了常见的五种光敏传感器工作原理及应用场合，同时结合传感器的工作原理，举例说明了传感器在日常生活的常见应用。
[关键字]光电传感器光电传感器光敏二极管
在当今信息时代，传感器已经渗透到各行各业。在生活中，我们常常依靠传感器来实现监测和自动调节功能。在高新技术领域，微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得传感器的应用与日俱增。光电传感器以光电效应为理论基础,由光电材料构成，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，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，而光电材料是光电传感器中的重要组成部分。光照在光电材料上时,材料表面的电子吸收能量。当电子吸收的能量足够大时，电子会克服原子核对它的束缚力，脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电材料的导电性。光电传感器是采用光电材料作为检测的传感器。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。光电传感器中常用的光电元件是光敏二极管和光敏三极管。光敏二极管的工作原理是光照照到P-N结上时，吸收光能并转换为电能。光敏二极管在光敏元件中有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。当有光照时，光敏二极管输出电流。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。因此与光敏二极管相比，光敏三极管有更高的灵敏度。光敏二极管与光敏三极管在光电传感器中起着重要决定性作用。
光敏传感器工作时，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管、激二极管及红外发射二极管，光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度，接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成，在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等，在其后面是检测电路，它能滤出有效信号，此外，光电关的结构元件中还有发射板和光导纤维。1
光电传感器主要有以下五种。
1．对射式光电传感器。所谓的对射式传感器就是指组成传感器的发射器和接受器是分开放置的，发射器发射红外光后，会经过一定距离的传输后才能到达
接受器的位置处，并且与接受器形成一个通路，当我们需要检测的物体通过对射式光电传感器时，光路就会被检测物体所阻挡，这是接受器就会及时的反应并输出一个开关控制信号，在粉尘污染比较严重的环境中或是野外的环境中都可以应用对射式光电传感器。
2. 漫反射式光电传感器。这种传感器的检测头内部也是装有发射器和接受器的，但是并没有反光板的，一般情况下，接受器是无法接收到发射器所发出的光的，但是当需要我们检测的物体通过光电传感器时，物体会将光线反射回去，接受器接收到光信号，输出一个开关控制信号，漫反射式光电传感器大多应用在自动冲水系统中。
3. 反射式光电传感器。在一个接头装置的内部同时装有发射器、接受器以及反光板。发射器所发出的光电在反射原理的作用下会反射给接受器，这种光电控制的作用也就是所谓的反光板反射式的光电开关。通常情况下，反光板会将发射器所发射的光反射回去的，接受器可以接收到，当检测的物体挡住了光路，接受器就接收不到反射光，这时开关就会产生作用，输出开关信号。反射式光电传感器一般用于辨别不透明度的物体，并且有效的距离较大，可用于粉尘污染较为严重的环境中。
4. 槽形光电传感器。其通常也被叫做U 型光电开关，在U 型槽的两侧分别装有发射器和接受器，并且两者形成一个统一的光轴。当我们所检测的物体通过U 型槽时，光轴就会被隔断，这是光电开关就会产生反应，输出开关信号。槽形光电开关的稳定性和安全性都很高，所以一般用于透明物体、半透明物体以及高速变化物体的检测工作中。
5. 光纤式光电传感器。这种光电传感器的工作原理就是将光源处的光用光纤接到检测点的位置处，调制区内部的光会与待测的物体相互作用，从而改变光的光学性质，之后光接受器就会接收到检测点位置处的光信号，也就形成了光纤式光电开关。2
光电传感器精度高、反应快，结构简单，形式灵活多样，因此广泛应用在生活中的各个方面。
色选机是根据物料光学特性的差异，利用光电技术将颗粒物料中的异色颗粒自动分拣出来的设备，在产品包装前先由光电检测色质，物品颜色有偏差时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将差异物品吹出。3
条形码扫描笔根据反射光的状态而区分条形码信息的。当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形
码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。
烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。4
光电传感器的应用涉及的领域非常广泛，其研究和开发在世界上引起了高度重视，各国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。我国虽在压力计、流量计、电流计等方面取得了很多科研成果，但我国的研究水平与发达国家相比还有很大的差距。目前，光电传感器研究的主要方向是：（1）多用途。即一种光电传感器不仅能针对一种物理量，而且能够对多种物理量进行同时测量；（2）新型传感材料、传感技术等的开发；（3）在恶劣条件下（高温、高压等）低成本传感器（连接、安装等）的开发和应用；（4）光电传感器与其它微技术结合的微光学技术的发展。相信随着科学技术的不断发展，我国一定会在光电传感器上跃上新的台阶。
参考文献
[1] 任海萍.光电传感器的应用与发展.科技风，2011年1月（上）.
[2] 周钦河.浅谈光电传感器在自动控制中的应用.科技创新与应用，2013年第28期.
[3] 邓建云.光电传感器在自动控制中的应用.电子世界160,2012年5月.
[4] 郭传宝. 光电传感器的应用.中国井矿盐第42卷，2011年1月.