光电传感器,光电传感器原理

光电传感器,光电传感器原理

光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。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

光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理）

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

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(LED)、激光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，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

分类和工作方式

⑴槽型光电传感器
把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

⑵对射型光电传感器
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

⑶反光板型光电开关
把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

⑷扩散反射型光电开关
它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。
 

①光的性质 直射 光在空气中和水中时，总是直线传播。 使用对射型传感器外置的开叉来检测微小物体的示例便是运用了这种原理。   曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上时，通过该界面后，改变行进方向的现象。   反射（正反射、回归反射、扩散反射） 在镜面和玻璃平面上，光会以与入射角相同的角度反射，称为正反射。 3个平面互相直角般组合的形状称为三面直角棱镜。 如果面向三面直角棱镜投光，将反复进行正反射，最终的反射光将向投光的反方向行进。 这样的反射称为回归反射。 多数的回归反射板都是由数mm角的三面直角棱镜按规律排列而构成的。 此外，在白纸等没有光泽性的表面上，光线将向各个方向反射，这样的反射称为扩散反射。 扩散反射型将该原理作为检测方式。   偏光 光线可以表现为与其行进方向垂直的振动波。作为光电传感器的光源，主要使用LED。从 LED投射的光线，会在与行进方向垂直的各个方向上振动，这种状态的光称为无偏光。将无偏 光的光的振动方向限制在一个方向上的光学过滤器称为偏光过滤器。即从LED投光，并通过偏 光过滤器的光线只在一个方向上振动，这种状态称为偏光（正确地说应为直线偏光）。在某 一方向（例如纵方向）上振动的偏光，无法通过限制在其垂直方向（横方向）上振动的偏光 过滤器。回归反射型的M.S.R功能（→③M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：镜面体光泽 清除）页）和作为对射型配件的防止相互干扰过滤器就是应用了这种原理。 ②光源 光的点亮方式 〈脉冲变调光〉 多数光电传感器采用脉冲变调光，基本以一定周期反复投光。 由于很容易排除杂乱光的影响，所以可以实现长距离检测。在带防止相互干扰功能的类型中 ，投光的周期会根据干扰光和杂乱光而在一定范围内变化。 〈直流光〉 是连续投射一定光量的光线，在标记传感器等部分机型中使用。能得到高速响应性，但有检 测距离短，容易受杂乱光影响等缺点。 光源色与种类 ③光纤型 构造 由于检测部（光纤）中完全没有电气部分，所以耐干扰等耐环境性良好。 E3X-DA-S（数字放大器） 检测原理 光纤由中间的核心和外围部分曲折率较小的外包金属构成。 如果光线入射到核心部分，光线将会在与外包金属的交界面上一边反复进行全反射，一边行进。通过光纤 内部从端面发出的光线以约60°的角度扩散，照射到检测物体上。   光纤的种类与特性

截面 构造 特长 有效用途 代表型号 柔软型 (多核心) (中间的素线固定) 很少因弯曲造成光量变动 容许弯曲半径：R1mm 与传统的标准型相比 柔软，可像电线般布线 弯曲半径可忽略 即使碰触到光纤，光量也不变动 E32-T11R E32-T11R 标准型 单芯 光的传输效果好 (检测距离较长) 容许弯曲半径： R25mm或R10mm   E32-TC200 E32-DC200 耐弯曲型(束) （中间的素线分散） 耐曲折性良好 反复弯曲次数100万次以上（代表例） 容许弯曲半径：R4mm 即使使用机器人手臂等可动的部分也很难破损 E32-T11 E32-D11

④三角测距 距离设定型光电传感器主要以三角测距为检测原理。下图所示的是三角测距的原理。从投光 元件投射的光线将在检测物体上扩散反射。反射光将通过受光透镜在位置检测元件（输出符 合光线位置信号的半导体元件）上成像。检测物体在靠近光学系统的位置A的情况下，反射光 会在位置检测元件的a位置上成像。在离光学系统较远的位置B的情况下，反射光将在b位置上 成像。因此，通过测定位置检测元件上的成像位置，可以检测与检测物体的距离。