光电传感器与应用电路
电路设计中的传感器选择与应用
电路设计中的传感器选择与应用随着科技的发展，电子产品已经在我们的日常生活中扮演了越来越重要的角色，而传感器作为这些电子产品中最基础的部件之一，在电路设计的过程中也变得越来越重要。
本文将介绍传感器的种类、选择与应用，帮助设计师在电路设计中更好地利用传感器。
传感器种类传感器是用于检测物理量并将其转换为电信号输出的装置，根据不同的物理量可以分为多种不同类型的传感器。
常见的传感器类型包括：1. 温度传感器：主要用于测量温度的变化，如热敏电阻、温度传感器芯片等。
2. 光学传感器：主要用于光学测量，如光电传感器、激光传感器等。
3. 气压传感器：主要用于测量大气压力，如差压传感器、气压传感器等。
4. 电位器传感器：主要用于测量电位的变化，如电位器、倾斜传感器等。
5. 速度传感器：主要用于测量物体的速度或加速度，如霍尔传感器、振动传感器等。
传感器选择在选择传感器的时候，需要根据设计的参数来确定具体的传感器类型。
以下是一些需要考虑的因素。
1. 测量的物理量首先，需要确定需要测量的物理量是什么，即温度、光学、气压、电位或速度等。
2. 测量范围其次，需要确定可以接受的测量范围，即需要测量的物理量最小值和最大值。
3. 精度精度是指传感器所提供的测量值与实际值之间的差距。
较高的精度通常意味着更昂贵的传感器成本，因此需要根据实际需求来权衡。
4. 稳定性稳定性是指传感器的输出值是否在一段时间内能够保持稳定，在检测过程中出现的误差和偏差是否可控。
5. 耐久性电子产品的寿命通常比较长，传感器的耐久性也应该长，在不考虑更换的情况下，保证电路中的传感器持久耐用。
传感器应用传感器可以广泛应用于各种电子产品中，以下是几个常见的应用例子。
1. 温度计在电子产品中，温度是一个比较关键的参数，可以使用温度传感器来测量这个参数。
温度计可以用于冷却系统的监测、室内温度的控制等。
2. 光电传感器可用于控制屏幕的亮度，不同的光线照射条件总能感应到不同的亮度变化，也可以用于无人机、机器人等轻型移动设备的避障检测和导航等场景。
光电式传感(st型号,以ST188为例子)器使用电路
光电传感器典型电路参数（以下表格参数是在Vcc=5V 条件下取值，其它电源电压供电时的电阻取值按5V 电源时发射管电流值和接收管饱和电流值换算，换算时发射管的正向压降V F =1.2V 接收管饱和压降取0.4V，复合管饱和压降取0.8V。
仅供参考）
图1图2
20k
510
A K
E
C
光电传感器典型电路参数（以下表格参数是在Vcc=5V 条件下取值，其它电源电压供电时的电阻取值按5V 电源时发射管电流值和接收管饱和电流值换算，换算时发射管的正向压降V F =1.2V 接收管饱和压降取0.4V，复合管饱和压降取0.8V。
仅供参考）
图3图4
图5
图7
图6 图8
111
光电式传感器的应用（ST188）
1.ST188介绍。
如图所示为ST188的实物图。
A-K为红外发射管。
C_E为红外接收管。
内部电路图为：
2.电器特性：实际
实用时不要超过此值：
流过发光二极管的电流（A_K电流）
反向加在A_K间的电压
最大集射电压
最大射集电压
实用的环境温度
3.光电特性。
4.使用方法。
5.原理说明：
当没有物体反射红外线时，ce 之间截止，无电流流过，输出端直接拉到gnd端，输出低电平。
当有物体反射红外线时， ce 导通了，输出端连接电源。
输出电压为高电平。
电路图就是在第一页所示
510
20K
A
K
E
C。
第七章 光电型传感器与测量电路
2．光生伏特效应及器件 光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。 当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着 内建结电场，其方向是从N区指向P区，如图7-12所示。 当光照射到结区时，光照 产生的电子一空穴对在结电场 作用下，电子推向N区，空穴推 向P区；电子在N区积累和空穴 在P区积累使PN结两边的电位 发生变化，PN结两端出现一个 因光照而产生的电动势，这一 现象称为光生伏特效应。由于 它可以像电池那样为外电路提 供能量，因此常称为光电池。
图7-8 金属封装的CdS光敏电阻
图7-9 光电二极管原理图
(2) 光敏二极管PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特 效应工作。如图7-9所示，处于反向偏置的PN结，在无光照时 具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子一 空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动， 形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈 大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此 光照时的反向电流基本上与光强成正比。
图7-3 光电管
光电倍增管的结构如图7-4 所示。在玻璃管内除装有光电 阴极和光电阳极外，尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极 上涂有在电子轰击下能发射更 多电子的材料。光电倍增极的 形状及位置设置得正好能使前 一级倍增极发射的电子继续轰 击后一级倍增极。在每个倍增 极间均，依次增大加速电压。 光电倍增管的主要特点是： 光电流大，灵敏度高，其倍增 率为N=δn，其中δ为单极倍增 率(3～6)，n为倍增极数(4～14)。
7.3常用光电器件
光电器件是光电传感器的重要组成部分，对传感器的性能 影响很大。光电器件是基于光电效应工作的，种类很多。所谓 光电效应，是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量而产生的电效应。一般地，光电效应分为外光电效应和内 光电效应两类。因此，光电器件也随之分为外光电器件和内光 电器件两类。 7.3.1 外光电效应及器件 在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现 象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。 因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该 物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A， 因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λ0)，称 为“红限”，不同金属光电效应的红限见表7-2。
光电开关原理及应用
动作距离与复位距离之间的绝对值。
（3） 响应频率：
在规定的1s的时间间格内，允许光电开关动作 循环的次数。
（4） 输出状态：
分为常开和常闭，当无检测物体时，常开型的 光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输 入晶体管的截止而不工作，
当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 常闭型的光电开关所接通的负载由于光电开关 内部的输入晶体管的导通而工作，当检测到物 体时，晶体管截止，负载失电不工作。常用的 为常开型。
除上面介绍的外, 光电开关还在许多方面得到 了应用,例如行程控制,直径控制,转速检测,气流 量控制等方面.
（9）环境特性：
光电开关应用的环境也会影响其长期工作可靠 性。当光电开关工作于最大检测距离状态时， 由于光学透镜会被环境中的污物沾住，甚至会 被一些强酸性的物质腐蚀，以至其使用参数和 可靠性降低。较简单的解决办法就是根据光电 开关的最大检测距离降额使用来确定最佳工作 距离。
使用注意事项
（1）红外线传感器属于谩反射型的产品， 采用的标准检测物为平面的白色画纸。
(5) 针对现场实际要求,可对灵敏度进行 选择,以适应在长期使用中延长光电开关 维护周期.
应用
光电开关的各种应用.(1)利用物体对光的遮挡 作用,检测物体的通过个数,或物体是否存在;(2) 利用物体对光的直线传播性,检测是否等高排列 等;(3)将光电开关拥在流水线上,来检测产品的 个数;(4)用于材料的定位剪切控制;(5)控制液面 的上下限等.
分类
（1） 漫反射式光电开关： 它是一种集发射器和接收器于一体的传
感器，当被测物体经过时，物体将光电 开关发射的足够量的光线反射到接受器， 于是光电开关就产生了开关信号，当被 检测物体的表面光亮或其反光率极高时， 漫反射式光电开关是首选的检测模式。 用在包卷输送线和奖包输送线。
实验十四光电传感器原理及应用
实验十四光电传感器原理及应用一、实验目的：1.了解光电传感器的工作原理；2.学习光电传感器的应用领域；3.掌握光电传感器的基本使用方法；二、实验原理：光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
其主要原理是利用光电效应，当光线照射到光电传感器上时，光电传感器内的光敏元件（如光敏二极管、光电二极管、光敏三极管等）会产生电流或电压信号。
这个信号可以用来检测或测量光线的强弱、颜色等信息。
光电传感器在工业、机器人、自动化控制等领域有着广泛的应用。
三、实验步骤：1.实验准备：将光电传感器与电源和电路连接起来，组成一个电路实验装置。
保证电路连接正确，电源电压稳定。
2.测量光电传感器的电压输出：将光电传感器的输出端接入示波器的输入端，调节示波器的触发阈值，观察示波器上的波形变化。
可以发现当光线照射到光电传感器上时，示波器上会显示出对应的电压信号。
3.测量不同光强下的输出电压：利用可调节的光源，调节光源的亮度，分别测量不同光强下的光电传感器输出电压。
记录下每一组的测量结果，并进行对比分析。
4.测量不同颜色光线的输出电压：利用不同颜色的光源（如红、绿、蓝等），分别测量不同颜色光线下的光电传感器输出电压。
记录下每一组的测量结果，并进行对比分析。
四、实验结果及分析：根据实验步骤得到的测量结果，可以发现光电传感器的输出电压与光线强弱呈正相关关系。
当光线较强时，输出电压较高；当光线较弱时，输出电压较低。
此外，不同颜色的光线对光电传感器的输出电压也会产生影响，不同颜色的光线下的输出电压有所不同。
这些结果可以为后续光电传感器的应用提供参考。
五、实验应用：1.自动光敏灯控制系统：利用光电传感器对光线强弱进行检测和控制，实现自动灯光开关的功能。
当光线较暗时，系统自动打开灯光；当光线充足时，系统自动关闭灯光。
这样可以节省能源，提高使用效率。
2.产业自动化控制系统：将光电传感器与机械手臂等设备相结合，利用光电传感器对物体位置、形状等进行检测和测量，实现自动化控制。
(完整word版)光电传感器电路
光电传感器电路设计1、设计要求利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。
图1 光电对管实物图2、电路设计电路原理图如图2所示。
图2 光电传感器电路原理图电路由四部分组成。
光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。
3、电路测试测试电路如图3所示。
由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。
图3 测试电路测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。
(a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形(c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形图4 测试波形4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm）PCB图如图5所示。
其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。
图5 光电传感器电路PCB图5、完成实物图实物图如图6所示。
(a)未焊接的PCB板(b)焊接好的PCB板(c)板子的外加塑料壳图6 实物图6、小结在本次电路设计中，主要的难点有两个。
一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。
滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。
二是PCB板的绘制。
本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。
首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件和封装要事先画好，画元件要注意引脚，画封装要注意尺寸，必要时需要查看数据资料或者自己用尺子量。
导入到PCB后，下面就要进行元件的布局，布局应合理紧凑。
布局之后，设置自动布线规则，线间距根据实际情况合理设置。
自动布线后，可以自己再进行局部修改，然后布线规则检查，看看有没有不符合要求的地方，直到修改无误。
光电开关传感器工作原理及应用
光电开关传感器工作原理及应用一、概述光电开关传感器是一种常用的非接触式传感器，广泛应用于自动化控制系统中。
其通过发射光线并接收反射光线的方式来检测物体的存在或位置，具有高精度、高可靠性、长寿命等优点。
二、组成光电开关传感器主要由发射器、接收器和信号处理电路三部分组成。
1. 发射器发射器是将电能转换为光能的装置，通常采用红外线LED作为发光源。
当发射器受到电流驱动时，会产生一束红外线光束，该光束经过透镜后形成一个平行的激光束。
2. 接收器接收器是将反射回来的光能转换为电能的装置，通常采用晶体管或者光敏二极管作为接收元件。
当反射回来的激光束照射到接收元件上时，会产生一个微弱的电流信号。
3. 信号处理电路信号处理电路主要负责对接收到的微弱信号进行放大、滤波和数字化处理，并将处理后的信号输出给控制系统进行判断。
三、工作原理光电开关传感器的工作原理基于光的反射定律。
当发射器发出一束激光束照射到物体表面时，如果该物体表面具有反射性，那么激光束就会被反射回来，并照射到接收器上。
如果物体表面是平滑的，那么反射回来的激光束会沿着与入射角相等且在同一平面内的方向反射出去。
此时，接收器能够接收到大部分的反射光线。
如果物体表面是粗糙的，那么反射回来的激光束就会呈现出散乱状态，并且只有一小部分光线能够被接收器接收到。
通过对接收器输出信号进行处理，可以判断物体是否存在或者其位置信息。
四、应用由于其高精度、高可靠性和长寿命等优点，光电开关传感器广泛应用于自动化控制领域中。
主要应用于以下几个方面：1. 物品检测在生产线上，可以使用光电开关传感器对产品进行检测和分类。
例如，在装配线上使用该传感器检测零件是否已经完成组装；在包装线上使用该传感器检测产品是否达到规定的尺寸和重量。
2. 位置检测在机械加工中，可以使用光电开关传感器对机械零件进行位置检测。
例如，在自动化车床上使用该传感器检测刀具是否已经到达指定的位置。
3. 自动控制在自动化控制系统中，可以使用光电开关传感器对机器人、自动输送线等设备进行控制。
光电传感器的原理和应用
光电传感器的原理和应用近年来随着科技的快速发展，光电传感器作为一种高科技产品，逐渐被广泛应用于各个领域。
那么什么是光电传感器？它有哪些原理和应用呢？一、光电传感器的原理光电传感器是一种能够将物理量转化为电磁信号的装置。
它是由发光二极管、光敏二极管以及电路组成的。
首先让我们了解一下发光二极管(LED)的原理。
当施加电压时，LED将会发出光。
其原理是基于半导体材料的特定性质，在电场作用下电子从高能级跃迁至低能级时，会放出能量。
能量释放形式的不同导致了不同颜色的光，从而产生不同种类的LED。
接下来要提到的是光敏二极管(PD)。
光敏二极管是一种能够将光信号转化成电信号的半导体器件。
简单来说，它就是一个特殊的二极管，能够将光线中的电子转换成电信号，并通过电路输出。
光敏二极管的工作原理是基于内部PN结上发生光电效应。
结合LED和PD，光电传感器的工作原理就很容易理解了：当光线照射到PD上时，电流会发生明显变化。
在这种情况下，我们只需要将PD接到一个放大电路上，就可以将这一变化转化为信号输出，从而实现光电转换。
二、光电传感器的应用1. 工业生产现在的工业生产线上利用光电传感器进行平衡、配线等现代化的工作，通过变电、自动化、自适应等手段，提高了生产效率并大幅度削减了静电带来的损失。
所以，光电传感器的应用已经成为很多工业生产线的必备工具之一。
2. 安防系统光电传感器还广泛应用于安防领域。
通过红外线、图像识别等方法，建立起一个完整的安防防护系统，从而保障人们的财产和安全。
光电传感器在这个领域的应用还在不断扩大，可以极大地提升安防系统的智能化和自动化程度。
3. 医疗健康在量化医疗方面，光电传感器也扮演着重要角色。
像脉搏、血氧以及体温等信息都能通过光电传感器进行测量和分析。
随着移动互联网技术的发展以及智能穿戴、健康监测等产品的出现，人们也能直接以便携的方式接受相关信息。
4. 交通运输光电传感器也在交通运输行业得到了广泛应用。