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光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應栈拖。光電效應是指光照射在某些物質(zhì)上時连舍，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應的電效應現(xiàn)象。根據(jù)光電效應現(xiàn)象的不同將光電效應分為三類：外光電效應涩哟、內(nèi)光電效應及光生伏*應审亿。光電器件有光電管、光電倍增管帝愉、光敏電阻最咖、光敏二極管沈跷、光敏三極管、光電池等碑甘。分析了光電器件的性能亮铛、特性曲線。

傳感器概述

編輯

光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成销顷。其基本原理是以光電效應為基礎(chǔ)受卒，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號灼烫。光電效應是指用光照射某一物體筋蝴，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子圆乡，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收掰腌，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化策橘，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應的電效應炸渡。通常把光電效應分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，如光電管丽已、光電倍增管等蚌堵；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應，如光敏電阻沛婴、光敏晶體管等吼畏；（3 ）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏*應嘁灯，如光電池等泻蚊。 [2] 

光電檢測方法具有精度高、反應快丑婿、非接觸等優(yōu)點性雄，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單羹奉，形式靈活多樣秒旋，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。

光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件诀拭，它是把光信號（可見及紫外鐳射光）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件援丐。

光電傳感器

光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量传撰，如光強苇给、光照度、輻射測溫距搂、氣體成分分析等北淘；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量猪褐，如零件直徑、表面粗糙度攀瘟、應變和蛀、位移、振動诉玲、速度搂棱、加速度，以及物體的形狀沫流、工作狀態(tài)的識別等偏控。光電式傳感器具有非接觸、響應快滑沧、性能可靠等特點并村，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)滓技，特別是CCD圖像傳感器的誕生哩牍，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。

原理

編輯

由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換

光電傳感器

成連續(xù)變化的光電流睬漩，它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式挫蓝，漫反射式，遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后收叶，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上共苛，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上判没；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變杏住，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)采冕。

光敏二極管是常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣贫拭，當無光照時孩青，它與普通二極管一樣，反向電流很小耍叮，稱為光敏二極管的暗電流森肉；當有光照時，載流子被激發(fā)滋评，產(chǎn)生電子-空穴朵泌，稱為光電

光電傳感器

載流子派憨。在外電場的作用下，光電載流子參與導電岳舔，形成比暗電流大得多的反向電流笔碌，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比躲扣，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號甚脉。

光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能铆农。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大牺氨，一般光敏三極管只引出兩個極——發(fā)射極和集電極，基極不引出墩剖，管殼同樣開窗口猴凹，以便光線射入。為增大光照岭皂，基區(qū)面積做得很大郊霎，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收蒲障。工作時集電結(jié)反偏歹篓，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很腥嘌帧），比一般三極管的穿透電流還斜嘲啤毙籽；當有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對蝌飘，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大北拌，此刻流過管子的電流稱為光電流，發(fā)射極電流Ie=（1+β）Ib跑既，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度稼崎。

工作原理

光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。

光電傳感器在一般情況下轿白，有三部分構(gòu)成清农，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路罢摧。

發(fā)送器對準目標發(fā)射光束栽寄，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)拆聋、激光二極管及紅外發(fā)射二極管纤耐。光束不間斷地發(fā)射姊呐，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管助被、光電三極管剖张、光電池組成。在接收器的前面揩环，裝有光學元件如透鏡和光圈等修械。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號检盼。

此外肯污，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維。 [3] 

分類和工作方式

⑴槽型光電傳感器

把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)組成槽形光電吨枉。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光蹦渣，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時貌亭，光被遮擋柬唯，光電開關(guān)便動作，輸出一個開關(guān)控制信號圃庭，切斷或接通負載電流锄奢，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米剧腻。

⑵對射型光電傳感器工划，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大占找，一個發(fā)光器和一個收光器組成對射分離式光電開關(guān)恒左，簡稱對射式光電開關(guān)。對射式光電開關(guān)的檢測距離可達幾米乃至幾十米络务。使用對射式光電開關(guān)時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)蔬旋，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號怠鲜。

⑶反光板型光電開關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)哩疲，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用坦庸，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)梨脖。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路挡辩，收光器收不到光時谎跨，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。

⑷擴散反射型光電開關(guān)

擴散反射型光電開關(guān)的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器男杈，但擴散反射型光電開關(guān)前方?jīng)]有反光板丈屹。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測時伶棒，當檢測物通過時擋住了光旺垒，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號肤无，輸出一個開關(guān)信號先蒋。

沒有信號輸出的原因

首先要考慮的是接線或配置的問題。對于對射型光電傳感器必須由投光部和受光部組合使用宛渐，兩端都需要供電竞漾；而回歸反射型必須由傳感器探頭和回歸反射板組合使用；同時窥翩，用戶必須給傳感器提供穩(wěn)定電源业岁，如果是直流供電，必須確認正負極寇蚊，如若正負極連接錯誤則會導致輸出信號沒有笔时。

上述的原因分析是對光電傳感器本身的考慮，我們還需要考慮的是檢測物體的位置問題厕斩，如果檢測物體不在檢測區(qū)域辨头，這樣的檢測是徒勞的。檢測物體必須在傳感器可以檢測的區(qū)域內(nèi)翠冻，也就是光電可以感知的范圍內(nèi)曙早。其次，要考慮傳感器光軸有沒有對準問題水矢，對射型的投光部和受光部光軸必須對準烂秘，對應的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對準。同樣還要考慮的是檢測物體是否符合標準檢測物體或者小檢測物體的標準巩顶，檢測物體不能小于小檢測物體的標準，從而避免導致對射型低流、反射型不能很好檢測透明物體日病，像反射型對檢測物體的顏色有要求，顏色越深辨蓄，檢測距離就越近秦辆。

如果以上情況都可以很明確地做出排除后，我們需要做的事就是檢測環(huán)境的干擾因素祠乃。如光照強度不能超出額定范圍梦重；如果現(xiàn)場環(huán)境有粉塵，就需要我們定期清理光電傳感器探頭表面；或者是多個傳感器緊密安裝琴拧，互相產(chǎn)生干擾降瞳；還有一種影響比較大的是電氣干擾，如果周圍有大功率設(shè)備蚓胸，產(chǎn)生干擾時必須要有相應的抗干擾措施挣饥。如果做過上述的逐一排查，這些因素都可以明確地排除還是沒有信號輸出的話沛膳，建議退回廠家檢測判斷扔枫。 [3] 

結(jié)構(gòu)分析

光電傳感器通常由三部分構(gòu)成，它們分別為：發(fā)送器锹安、接收器和檢測電路短荐。

發(fā)射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器叹哭，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上忍宋。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源，這些小而堅固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形予乏。

接收器有光電二極管偿寥、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現(xiàn)在常見的傳感器蟹游。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣填级，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入蔓捡，為增加受光面積怜人，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下擦灸，并與負載電阻相串聯(lián)癌羞，當無光照時，它與普通二極管一樣剂撑，反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流;當有光照時豌富，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴苞毡，稱為光電載流子铅乡。

此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維烈菌。角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置阵幸，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回芽世。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角挚赊，使光束幾乎是從一根發(fā)射線诡壁，經(jīng)過反射后，仍從這根反射線返回荠割。 [3] 

類型

⑴槽型光電傳感器

把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)的是槽形光電妹卿。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光涨共。但當被檢測物體從槽中通過時纽帖，光被遮擋，光電開關(guān)便動作举反。輸出一個開關(guān)控制信號懊直，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作火鼻。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米旱醉。

⑵對射型光電傳感器

若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大穗蚌。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關(guān)就稱為對射分離式光電開關(guān)敬育，簡稱對射式光電開關(guān)。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米崭守。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)零勃，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號浙辫。

⑶反光板型光電開關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)类菊，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)郊檐。正常情況下玩捉，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時茴怀，光電開關(guān)就動作词宴，輸出一個開關(guān)控制信號。

⑷擴散反射型光電開關(guān)

它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器找筝，但前方?jīng)]有反光板蹈垢。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光袖裕，并把光部分反射回來耘婚，收光器就收到信號，輸出一個開關(guān)信號陆赋。 [3] 

分類

編輯

標準類型

1）漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)嚷闭，帶背景抑制功能型 (-8-H)

光電傳感器

攒岛，帶背景分析功能型 (-8-HW)

2）反射板型：一般型 (-6)，帶偏振濾波功能型 (-54, -55)，帶透明體檢測功能型 (-54-G)灾锯，帶前景抑制功能型 (-54-V)

3）對射型

4）槽型

5）光纖傳感器：塑料光纖型兢榨，玻璃光纖型

6）色標傳感器，顏色傳感器顺饮，熒光傳感器

7）光通訊

8）激光測距：三角反射原理型吵聪，相位差原理型，時間差原理型

9）光柵

10）防爆/隔爆型 [3] 

安全類型

1）安全對射光電

2）安全光柵

3）安全光幕

4）安全控制器

門控類型

1）雷達傳感器：區(qū)域檢測型

雷達傳感器

2）主動式傳感器：單光束型沿阁，多光束型嫌盲，區(qū)域檢測型

3）被動式傳感器：區(qū)域檢測型

4）電梯光幕

5）通用光電：槽形，對射型等 [3] 

特長

①檢測距離長

如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等铆贞，便能實現(xiàn)其他檢測手段（磁性赐赁、超聲波等） 無法遠距離檢測。

②對檢測物體的限制少

由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理伶摩，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬雕踊，它可對玻璃、塑料昂幕、木材挺候、液體等幾乎所有物體進行檢測。

③響應時間短

光本身為高速庶化，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成即钞，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短腺帽。

④分辨率高

能通過高級設(shè)計技術(shù)使投光光束集中在小光點怎晰，或通過構(gòu)成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現(xiàn)高分辨率敛苇。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測妆绞。

⑤可實現(xiàn)非接觸的檢測

可以無須機械性地接觸檢測物體實現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷枫攀。因此括饶，傳感器能*使用。

⑥可實現(xiàn)顏色判別

通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異来涨。利用這種性質(zhì)图焰，可對檢測物體的顏色進行檢測。

⑦便于調(diào)整

在投射可視光的類型中蹦掐，投光光束是眼睛可見的技羔，便于對檢測物體的位置進行調(diào)整。 [3] 

應用

用光電元件作敏感元件的光電傳感器卧抗，其種類繁多藤滥，用途廣泛鳖粟。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類：（1 ）把被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測量儀器，可用來測量光的強度以及物體的溫度拙绊、透光能力向图、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測量光強的照度計哟俩，光電高溫計碉讯，光電比色計和濁度計，預防火災的光電報警器褐琼，構(gòu)成檢查被加工零件的直徑订淑、長度、橢圓度及表面粗糙度等自動檢測裝置和儀器漆究，其敏感元件均用光電元件母滤。半導體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應用，在軍事上更有它重要的地位钉榔。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀城砖、紅外線照相儀及紅外線導航系統(tǒng)等；（2 ）把被測量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流圣钝。利用光電元件在受光照或無光照射時" 有" 或"無"電信號輸出的特性制成的各種光電自動裝置廷诺。光電元件用作開關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計算機的光電輸入器肖喂，開關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測量數(shù)字式光電測速儀等簇抵。 [2] 

一、煙塵濁度監(jiān)測儀

防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務之一射众。為了消除工業(yè)煙塵污染碟摆，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測叨橱、自動顯示和超標報警典蜕。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加罗洗，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加愉舔，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化伙菜。

二轩缤、條形碼掃描筆

當掃描筆頭在條形碼上移動時，若遇到黑色線條贩绕，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收火的，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗淑倾，處于截止狀態(tài)卫玖。當遇到白色間隔時真葱，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線，被反射到光敏三極管的基極辐胆，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導通。整個條形碼被掃描過之后巾妇，光敏三極管將條形碼變形一個個電脈沖信號卸研，該信號經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列哥甲，再經(jīng)計算機處理多盅，完成對條形碼信息的識別。
　　三裹耗、產(chǎn)品計數(shù)器

產(chǎn)品在傳送帶上運行時勤右，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個個電脈沖信號痘宋。產(chǎn)品每遮光一次虫甲，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個脈沖信號，因此塌瑞，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目辩块，該脈沖經(jīng)計數(shù)電路計數(shù)并由顯示電路顯示出來。

四荆永、光電式煙霧報警器

沒有煙霧時废亭，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號具钥。沒有輸出豆村，有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射骂删，使三極管接受到光線掌动，有信號輸出，發(fā)出報警桃漾。

五坏匪、測量轉(zhuǎn)速

在電動機的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動時撬统，反射光與不反射光交替出現(xiàn)适滓，光電傳感器相應地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號恋追，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號番恭，后由電子數(shù)字顯示器輸出電機的轉(zhuǎn)速。

六恕孙、光電池在光電檢測和自動控制方面的應用

光電池作為光電探測使用時坠诈，其基本原理與光敏二極管相同淑储，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不*相同。由于光電池工作時不需要外加電壓扯氯；光電轉(zhuǎn)換效率高俏堆，光譜范圍寬，頻率特性好烟内，噪聲低等篡呆，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合面旋、光柵測距摇龟、激光準直、電影還音吟沮、紫外光監(jiān)視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等遮乾。

應用案例

光電傳感器應用于激光武器

由于光電傳感器對紅外輻射，或可見光刹勃，或?qū)Χ叨继貏e靈敏堪侯，因而就更加容易成為激光攻擊的目標。此外深夯，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作抖格。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標咕晋”⒅簦或者，如果傳感器正在導引武器飛向目標掌呜，則致盲將使其失去目標滓玖。綜上所述，由于傳感器在戰(zhàn)場上發(fā)揮的作用越來越重要质蕉，同時又很容易遭受激光攻擊势篡，它們已成為低能激光武器的目標。

光電傳感器應用于自動抄表系統(tǒng)

隨著微電子技術(shù)模暗、傳感器技術(shù)禁悠、計算機技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來研制自動抄表系統(tǒng)沽票。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)撤筐。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑憋考，再配以反射式光電發(fā)射接收對管午伍，則當鋁盤旋轉(zhuǎn)時，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應的脈沖數(shù)傲轮，并經(jīng)光電耦合隔離電路舆鸿，送至CPU的T0端口進行計數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進入微機百膳。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動抄表系統(tǒng)翰发。

光電傳感器應用于監(jiān)控煙塵污染

光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強的變化侥镀，通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化實現(xiàn)控制功能协超。由于光電式傳感器具有非接觸、響應快皇可、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用缠俺，而我們可以利用光電傳感器的特性來檢測煙塵的情況显晶，因而光電傳感器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

衛(wèi)生級防沖洗型光電傳感器

防沖洗型傳感器壹士，能夠提供*的可靠性和舒適性磷雇，并將運行成本降至低。配合IO-Link接口以及能夠大幅延長使用壽命的proTect+密封理念躏救，這兩款新型傳感器適用于苛刻的應用環(huán)境唯笙，堪稱食品和飲料行業(yè)的理想解決方案。 [4] 

特性

1）暫態(tài)響應范圍寬盒使，諧波測量能力強

暫態(tài)特性的優(yōu)劣是判斷一種互感器能否在電力系統(tǒng)中獲得應用的一個重要參數(shù)崩掘，特別是與繼電保護動作時間的配合。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯少办，對高頻信號的響應特性較差苞慢，不能正確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程。而光電互感器傳測量的頻率范圍主要由電子線路部分決定英妓，沒有鐵芯飽和的問題挽放，因此能夠準確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程。一般可設(shè)計到0.1 Hz到1 MHz呈篱，特殊的可設(shè)計到200 MHz的帶通质脐。光電傳感器的結(jié)構(gòu)可以測量高壓電力線路上的諧波。而電磁感應互感器是難以達到的臣塑。

2）數(shù)字接口嗜谎，通信能力強

由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號，與通信網(wǎng)絡容易接口药阔，且傳輸過程中沒有測量誤差冲驶。同時隨著微機化的保護控制設(shè)備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設(shè)備提供數(shù)字量译教，這樣就能省去原來保護裝置中的變換器和A/D采樣部分杖扫，使二次設(shè)備得到大大的簡化押强，推動保護新原理的研究。

3）體積小煎喘，重量輕溜棉、易升級，滿足變電站小型化與緊湊型的要求卫漫，由于光電傳感器是靠傳感頭和電子線路進行信號的獲取和處理菲饼，體積小，重量一般在 1000 kg以下列赎，便于集成在AIS或GIS中宏悦，這樣將大大減少變電站的占地面積，滿足變電站小型化和緊湊化的要求包吝。同時光電互感器通過少量光纜與二次設(shè)備連接饼煞，可使電纜溝和電纜大為減。 [4] 

市場領(lǐng)域

光電傳感器的主要應用領(lǐng)域：車載娛樂/導航/DVD系統(tǒng)背光控制诗越，以便在所有的環(huán)境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度砖瞧；后座娛樂用顯示器背光控制；儀表組背光控制(速度計/轉(zhuǎn)速計)嚷狞；自動后視鏡亮度控制(通常要求兩個傳感器块促，一個是前向的，一個是后向的)床未；自動前大燈和雨水感應控制(竭翠，根據(jù)需求進行變化)；后視相機控制(即硼，根據(jù)需求進行變化)粟五。在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性圣谴，這對于汽車應用而言至關(guān)重要条焙，因為這些應用要求在所有環(huán)境光條件下都能達到*的背光效果。例如母赶，在白天漂熙，用戶需要大的亮度來實現(xiàn)的可見度，但是這種亮度在對于夜間條件而言則是過亮的万杉，因此帶有良好光譜響應 (良好的IR衰減)的光傳感器袖况、適當?shù)膭討B(tài)范圍和整體的良好輸出信號調(diào)節(jié)可以很容易地自動完成這些應用。終端用戶可以設(shè)置幾個閾值水平(如低奸冶、中抢驴、亮光)，或能夠隨意地動態(tài)地改變傳感器的背光亮度。這也適用于汽車后視鏡亮度控制做身，當鏡子變暗和/或變亮時需要智能的亮度管理丸爵，可以通過環(huán)境光傳感器來完成。

對于便攜式應用汁咏，如果用戶不改變系統(tǒng)設(shè)置(通常是亮度控制)亚斋，那么一個顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區(qū)域攘滩，用戶傾向于提高顯示器的亮度帅刊，這就會增加系統(tǒng)的功耗。而當條件變化時漂问，如進入建筑物赖瞒，大多數(shù)用戶都不會去改變設(shè)置，因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高蚤假。但是冒黑，通過使用一個光傳感器，系統(tǒng)能夠自動檢測條件變化并調(diào)節(jié)設(shè)置勤哗，以保證顯示器處于的亮度，進而降低總功耗掩驱。在一般的消費類應用中芒划，這也能夠延長電池壽命。對于欧穴、筆計本電腦鼻昼、PAD和數(shù)碼相機，通過采用環(huán)境光傳感器反饋山椎，可以自動進行亮度控制吸坐，從而延長了電池壽命。

并不是一個新的構(gòu)想徒妒。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來實現(xiàn)這一構(gòu)想痢抹。所謂新構(gòu)想，是指對環(huán)境光感應的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光乘恩，而且在支持汽車規(guī)格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現(xiàn)小封裝院籍，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內(nèi)的操作，以滿足其余的規(guī)格要求容蕉。如何保持工作質(zhì)量標準并滿足AECQ-1000的2級工作要求衡达，這是當今在所有光設(shè)計解決方案中所面臨的挑戰(zhàn)。采用一個光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時亩当，任何的光學解決方案都會面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現(xiàn)的封裝變色問題(會變暗或變成淡黃)郎抖。同樣值得一提的是，到目前為止，所有環(huán)境光傳感器的應用都限于車艙內(nèi)茫舶，在發(fā)動機艙或戶外環(huán)境中還沒有出現(xiàn)光傳感器應用械巡。事實上，即使出現(xiàn)了這樣的應用奇适，光封裝也不是針對這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設(shè)計坟比，因此，在當前的光學封裝技術(shù)下嚷往，它們很可能還不能夠承受這樣的條件葛账。

半導體相似傳感器和封裝開發(fā)的進展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝皮仁、低功耗籍琳、高集成和簡單易用性是設(shè)計者更多地采用光傳感器的原因，其應用范圍涉及消費類電子贷祈、工業(yè)應用以及汽車領(lǐng)域趋急。 [4] 

新技術(shù)和應用

1、用于目標跟蹤和坐標定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器

將傳統(tǒng)的象限傳感器與當前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結(jié)合势誊，提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器呜达。

該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(Active Pixel Sensor，APS)設(shè)計颊鳄，在感光單元內(nèi)部由光電信號預處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號輸出槽脑，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響谤蚌。傳感器應用陣列采集光信號煌摊，可以直接確定目標光源的坐標位置并實現(xiàn)一步到位的快速調(diào)整。傳感器使用標準CMOS工藝制造檐鹤，將傳感陣列與信號處理電路集成在同一芯片上资杆，可以實現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設(shè)計。廣泛應用于激光的瞄準冈彭、制導课陪、跟蹤，搜索裝置舶舅，精密測量莫彩，如激光微定位、位移監(jiān)控奸闽、精密機床的光電控制等領(lǐng)域琼牧。是一種用于目標跟蹤和坐標定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。

2哀卫、光敏象限陣列與磁敏線陣列兼容CMOS數(shù)木薹唬混合傳感器集成電路

基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導撬槽、位移監(jiān)控、精密機床等控制等領(lǐng)域趾撵≈度幔基于硅的半導體磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場強度的各種磁場計、讀出磁介質(zhì)上信息的各類磁頭以及非磁信號的探測器等占调。

3暂题、應用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測

以提升表面等離子共振生物醫(yī)學傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉(zhuǎn)換器件究珊，論證并實現(xiàn)一種可高效抑制噪聲的檢測方法薪者，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，通過相干消噪結(jié)合小波軟閾值消噪剿涮，使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上言津。用SPR傳感器檢測人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結(jié)合的實驗表明，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率取试，使之可精確檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化署氏，精度和分辨率提升一個數(shù)量級以上。

4馁掺、光電檢測傳感器陣列在運動物體檢測中的應用

一個基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列晓够，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在寻币、運動及其運動軌跡等情況移卢。

國內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀

由于光電傳感器的應用涉及的領(lǐng)域非常廣泛，其研究和開發(fā)在世界上引起了高度重視吹蜡，各國更是競相研究開發(fā)并引起激烈的競爭。從初的應用于軍事逐漸發(fā)展到民事呈锣，而且與我們的生活息息相關(guān)锤衡，應該說現(xiàn)代化的生活離不開光電傳感器的參與，如機秒准、復印機试郎、掃描儀、打印機供役、車庫開門器泻帮、液晶顯示器、色度計计寇、分光計锣杂、汽車和醫(yī)療診斷儀器等等不勝枚舉。

美國是研究光電傳感器起步早番宁、水平的國家之一元莫，在軍事和民用領(lǐng)域的應用發(fā)展得十分迅速赖阻。在軍事應用方面，研究和開發(fā)主要包括：水下探測踱蠢、航空監(jiān)測火欧、核輻射檢測等。美國也是早將光電傳感器用于民用領(lǐng)域的國家茎截。如運用光電傳感器監(jiān)測電力系統(tǒng)的電流苇侵、溫度等重要參數(shù)，檢測肉類和食品的細菌和病毒等企锌。美國擁有世界健全的光電傳感器產(chǎn)品線榆浓，超過12000種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型，限位開關(guān)外型或小型傳感器敬挂，精密檢測或長距離檢測傳感器倾氮，檢測距離長達305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)齊全的標準光纖和定制光纖產(chǎn)品永韭。大部分產(chǎn)品防護等級達到NEMA6P和IP67英甜。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費開展光電傳感器的研究與開發(fā)。20世紀90年代徊押，研究開發(fā)出多種具有水平的民用光電傳感器埃灿，日本的電器以價格適中質(zhì)量好而響譽。西歐各國的大型企業(yè)和也積極參與了光電傳感器的研發(fā)和市場競爭呢旋。我國對光電傳感器研究的起步時間與相差不遠绝开。已有上百個單位在這一領(lǐng)域開展工作，主要是在光電溫度傳感器奸先、壓力計剑督、流量計、液位計币芽、電流計等領(lǐng)域進行了大量的研究菠食，取得了上百項科研成果，有的達到*水平西设。

但與發(fā)達國家相比瓣铣，我國的研究水平還有不小的差距，主要表現(xiàn)在商品化和產(chǎn)業(yè)化方面贷揽，大多數(shù)品種仍處于實驗研制階段棠笑，還無法投入批量生產(chǎn)和工程化應用。 [4] 

發(fā)展方向

編輯

生產(chǎn)的發(fā)展方向

（1）使光電傳感器從理論研究向生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化模式快速發(fā)展禽绪，走自主創(chuàng)新和合作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路蓖救，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國；

（2）光電傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)全面印屁、協(xié)調(diào)藻糖、持續(xù)發(fā)展淹冰。產(chǎn)品品種要向高技術(shù)、高附加值傾斜巨柒，尤其要填補“空白”品種樱拴；

（3）生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展。即生產(chǎn)傳感器門類少而精洋满，且專門生產(chǎn)某一應用領(lǐng)域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品晶乔，以獲得較高的*，各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)居然；

（4）光電傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向自動化發(fā)展奖肋。光電傳感器的門類、品種繁多郑喊，所用的敏感材料各異遣拔，決定了傳感器制造技術(shù)的多樣性和復雜性⊙直郏縱觀當前光電傳感器工藝線的概況嘶刚，多數(shù)工藝已實現(xiàn)單機自動化，但距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難贺勿，有待今后廣泛采用CAD紧碴、CAM及*的自動化裝備和工業(yè)機器人予以突破；

（5）企業(yè)的重點技術(shù)改造應加強從依賴引進技術(shù)向引進技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉(zhuǎn)移甩卷；

（6）企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個市場相結(jié)合的化方向跨越發(fā)展拔较；

（7）企業(yè)結(jié)構(gòu)將向“大、中劝薄、小并舉”槽畔、“集團化、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展胁编。 [2] 

研究的發(fā)展方向

光電傳感及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展竟痰，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動化程度越來越高掏呼，同時光電傳感器的重要性不斷提高。目前铅檩，光電傳感器研究的主要方向是：（1）多用途憎夷。即一種光電傳感器不僅能針對一種物理量，而且能夠?qū)Χ喾N物理量進行同時測量昧旨；（2）新型傳感材料拾给、傳感技術(shù)等的開發(fā)；（3）在惡劣條件下（高溫兔沃、高壓等）低成本傳感器（連接蒋得、安裝等）的開發(fā)和應用级及；（4）光電傳感器與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學技術(shù)的發(fā)展。 [2] 

前景預測

傳感器市場報告顯示额衙，2008年傳感器市場容量為506億美元饮焦，預計2010年傳感器市場可達600億美元以上。調(diào)查顯示氛拜，東歐甫蚊、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長快的地區(qū)，而美國子钾、德國即贰、日本依舊是傳感器市場分布大的地區(qū)。就世界范圍而言团弧，傳感器市場上增長快的依舊是汽車市場疲籍，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景幔瓮。

一些傳感器市場比如壓力傳感器谐浆、溫度傳感器、流量傳感器徊激、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征窥扭。流量傳感器、壓力傳感器贿汞、溫度傳感器的市場規(guī)模大逼肯，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%桃煎。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器篮幢、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統(tǒng))傳感器为迈、生物傳感器等新興傳感器三椿。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%葫辐。

的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢搜锰。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高耿战，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化蛋叼，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場剂陡，比如無線傳感器狈涮、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與*的擴大鸭栖。 [4] 

光電傳感器的智能化發(fā)展

智能光電傳感器是當今科技界研究的熱點楣苇、尚無統(tǒng)一的粮按、確切的定義。目前國內(nèi)外學者普遍認為绿凄，智能光電傳感器是由傳統(tǒng)的光電傳感器和微處理器( 或微計算機) 相結(jié)合而構(gòu)成的已转，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理帮冶，并能對它的內(nèi)部行為進行調(diào)節(jié)剿恬，使采集的數(shù)據(jù)佳

智能光電傳感器的功能有: 自補償能力，自校準功能隧帜，自診斷功能铡暂，數(shù)值處理功能，雙向通信功能豫柿，信息存儲和記憶功能倡油，數(shù)字量輸出功能。隨著科學技術(shù)的發(fā)展剧灰，智能傳感器的功能將逐步增強栓栋，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能匣吊、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù)儒拂、模糊理論等)，使傳感器具有更高級的智能具有分析色鸳、判斷社痛、自適應、自學習的功能命雀、可以完成圖像識別蒜哀、特征檢測、多維檢測等復雜任務吏砂。