光电传感器是一种将光信号转换成电信号的装置。 其工作原理是基于光电效应。 光电效应是指当光照射到某些物质上时，该物质的电子吸收光子的能量而发生相应的电效应的现象。 根据光电效应现象的不同，光电效应分为外光电效应、内光电效应和光伏效应三类。 光电器件包括光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、光伏电池等，对光电器件的性能和特性曲线进行了分析。
传感器概述
光电传感器一般由处理通道和处理元件两部分组成。 其基本原理是基于光电效应，将测量到的变化转换为光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换为电信号。 光电效应是指用光照射物体。 可以看作是一系列具有一定能量的光子轰击物体。 此时，光子能量转移给电子，并且一个光子的全部能量一次转移给一个光子。 当电子被吸收时，它们的状态在接受光子传输的能量后会发生变化，从而对被光照射的物体产生相应的电效应。 光电效应通常分为三类：（1）电子在光的作用下从物体表面逸出的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等； (2)电子在光的作用下从物体表面逸出的现象称为电阻率变化的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光电晶体管等； (3)物体在光的作用下，沿一定方向产生电动势的现象称为光伏效应，如光伏电池等。
光电检测方法具有精度高、响应快、非接触、可测量参数多等优点。 该传感器结构简单，灵活多样。 因此，光电传感器广泛应用于检测和控制。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键部件。 它是一种将光信号（可见光和紫外激光）转换为电信号的装置。
光电传感器是采用光电器件作为转换元件的传感器。 可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、照度、辐射测温、气体成分分析等； 还可用于检测其他可转化为光量变化的非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及形状和工作状态的识别光电传感器具有非接触、响应速度快、性能可靠等特点，因此广泛应用于工业自动化设备和机器人中。 新型光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用翻开了新的一页。
原则
根据光通量对光电元件影响的不同原理，有多种光学测控系统。 根据光电元件（光学测控系统）的输出性质，可分为两类，即模拟光电传感器和脉冲（开关）光电传感器。 传感器。 模拟光电传感器将测量值转换成连续变化的光电流，与测量值呈单值关系。 模拟光电传感器根据被测量（检测目标物体）的方式可分为三类：透射（吸收）型、漫反射型、遮光型（光束阻挡）。 所谓透射式是指将被测物体置于光路中，恒定光源发出的光能穿过被测物体。 部分被吸收后，透射光投射到光电元件上； 所谓漫反射型是指光源发出的光恒定。 投射到被测物体上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上； 所谓遮光型是指当光源发出的部分光通量被被测物体遮挡时，投射到光电元件上的光通量发生变化，变化程度与被测物体的位置有关。光路中的被测物体。
光电二极管是最常见的光传感器。 光敏二极管的外观与普通二极管相同。 无光时，具有与普通二极管相同的反向电流，称为光电二极管的暗电流。 当有光时，载流子被激发，产生电子和空穴。 空穴，称为光电载流子。 在外电场作用下，光电载流子参与传导，形成远大于暗电流的反向电流。 这种反向电流称为光电流。 光电流的大小与光强成正比，因此在负载电阻上可以得到随光强变化的电信号。
光电晶体管除了具有光敏二极管可以将光信号转换为电信号的功能外，还具有放大电信号的功能。 光敏三极管的外观与一般三极管没有太大区别。 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。 管壳上还有一个窗口，可以让光线进入。 为了增加照度，将基底面积做得更大，而发射面积则做得更小。 入射光主要被基底区域吸收。 工作期间，集电极结反向偏置，发射结正向偏置。 无光时，流过管子的电流为暗电流Iceo=(1+β)Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流小； 当有光时，大量电子空穴对被激发，使基极产生的电流Ib增大。 此时流过管子的电流称为光电流。 发射极电流Ie=(1+β)Ib。 可以看出光电晶体管比光电二极管具有更高的灵敏度。
工作准则
光电传感器通过将光强度的变化转化为电信号的变化来实现控制。
光电传感器一般由发射器、接收器和检测电路三部分组成。
发射器瞄准目标并发射光束。 发射的光束一般来自半导体光源、发光二极管(LED)、激光二极管和红外发射二极管。 光束不间断地发射，或者以不同的脉冲宽度发射。 接收器由光电二极管、光电晶体管和光伏电池组成。 接收器前面安装有透镜和光圈等光学元件。 它后面是检测电路，滤除有效信号并应用。
另外，光电开关的结构部件包括发射板和光纤。
分类及工作方法
⑴槽式光电传感器
光发射器和接收器面对面安装在槽的两侧，形成槽形光电系统。 发射器可以发射红外光或可见光，光接收器在没有遮挡的情况下可以接收到光。 但当被检测物体通过槽时，光线被阻挡，光电开关动作，输出开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成控制动作。 由于整体结构的限制，槽位开关的检测距离一般只有几厘米。
⑵ 对于对射型光电传感器，如果发射器和接收器分开，可以增加检测距离。 一个发射器和一个接收器组成对射式分离型光电开关，简称对射式光电开关。 对射型光电开关的检测距离可以达到几米甚至几十米。 使用对射型光电开关时，发射器和受光器安装在检测物体通过路径的两侧。 当检测物体通过，遮挡光路时，光接收器动作，输出开关控制信号。
⑶反射式光电开关
将发射器和接收器放入同一装置中，前面安装一个反射器，利用反射原理完成光电控制功能，称为反射器反射式（或镜面反射式）光电开关。 正常情况下，光发射器发出的光源经反射器反射后被光接收器接收； 一旦光路被检测物体遮挡，光接收器无法接收到光线，光电开关就会动作，输出开关控制信号。
⑷漫反射型光电开关
漫反射式光电开关的检测头也装有光发射器和光接收器，但漫反射式光电开关前面没有反射板。 正常情况下，发射器发出的光接收器是找不到的。 检测时，当检测物体穿过并遮挡光线，并将部分光线反射回来时，光接收器接收光信号并输出开关信号。
无信号输出原因
首先要考虑的是接线或配置问题。 对于对射型光电传感器，必须与发光部分和受光部分配合使用，两端都需要供电； 而逆反射型必须与传感器探头和逆反射板配合使用； 同时，用户必须为传感器提供稳定的电源。 对于直流电源，必须确认正负极。 如果正负极接错，将无输出信号。
以上原因分析是基于光电传感器本身的考虑。 我们还需要考虑的是检测对象的位置。 如果检测对象不在检测区域内，则这种检测是无效的。 被检测物体必须在传感器可以检测到的区域内，即光电可以感应的范围内。 其次，需要考虑传感器光轴是否存在对准问题。 对射型发光部和受光部的光轴必须对准，并且相应的回归反射型探头部和反射器的光轴必须对准。 还需考虑检测对象是否符合标准检测对象或最低检测对象的标准。 检测物体不能小于最小检测物体的标准，以免对射式和反射式不能很好地检测透明物体，如反射式。 对被检测物体的颜色有要求。 颜色越深，检测距离越近。
如果能够明确排除上述情况，我们需要做的就是检测环境干扰因素。 例如，光强不能超过额定范围； 如果现场环境有灰尘，需要定期清洁光电传感器探头表面； 或者多个传感器安装距离较近，相互干扰； 另一种影响是电气干扰。 如果有大功率设备，当干扰发生时必须有相应的抗干扰措施。 如果经过上述一一排查，可以明确排除这些因素，仍然没有信号输出，建议退回厂家进行测试判断。 [3]
结构分析
光电传感器通常由发射器、接收器和检测电路三部分组成。
发射器有一个准直透镜，可将光聚焦到接收器上，接收器通过电缆将设备连接到真空管放大器。 金属圆筒内有一盏小型白炽灯作为光源。 这些小型而坚固的白炽灯传感器是当今光电传感器的原型。
接收器由光电二极管、光电晶体管和光伏电池组成。 光电二极管是当今最常见的传感器。 光电传感器的光电二极管的外观与一般二极管相同，只是其管壳上有一个嵌入玻璃的窗口，以方便光线进入。 为了增加受光面积，将PN结的面积做大。 光电二极管工作在反向偏置工作状态并与负载电阻串联，无光时与普通二极管相同。 反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流； 当有光时，载流子被激发产生电子-空穴，称为光电载流子。
另外，光电传感器的结构部件包括发射板和光纤。 角反射器是一种结构坚固的发射器件，由小三角锥反射材料组成，可以准确地将来自反射器的光束返回。 它可以相对于光轴在0°到25°范围内改变发射角度，使光束几乎来自一条发射线。 反射后英语作文，仍然从这条反射线返回。
类型
⑴槽式光电传感器
光发射器和接收器面对面安装在槽的两侧，即槽型光电器件。 发射器可以发射红外光或可见光，光接收器在没有遮挡的情况下可以接收到光。 但当被检测物体通过槽时，光线被阻挡光电效应知识点，光电开关动作。 输出开关控制信号，切断或接通负载电流，完成一次控制动作。 由于整体结构的限制，槽位开关的检测距离一般只有几厘米。
⑵对射型光电传感器
如果发射器和接收器分开，则可以增加检测距离。 由光发射器和光接收器组成的光电开关称为对射型分离型光电开关，简称对射型光电开关。 其探测距离可达数米甚至数十米。 使用时，光发射器和光接收器安装在检测物体经过的路径两侧。 当检测物体通过，遮挡光路时，光接收器动作，输出开关控制信号。
⑶反射式光电开关
将发射器和接收器放入同一装置中，在其前面安装一个反射器，利用反射原理完成光电控制功能的称为反射器反射式（或镜面反射式）光电开关。 正常情况下，光发射器发出的光经反射器反射后被光接收器接收； 一旦光路被检测物体遮挡，光接收器无法接收到光线，光电开关就会动作，输出开关控制信号。
⑷漫反射型光电开关
它的探测头还装有光发射器和光接收器，但前面没有反射器。 正常情况下，发射器发出的光接收器是找不到的。 当检测物体遮挡光线并将部分光线反射回来时，光接收器接收到信号并输出开关信号。
分类
标准型
1）漫反射型：普通型或能量型（-8）、聚焦型（-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：普通型（-6）、带偏振滤光功能型（-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) 光通信
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
安全类型
1) 安全对射型光电
2）安全光栅
3）安全光幕
4) 安全控制器
浇口类型
1）雷达传感器：区域探测型
2）有源传感器：单光束型、多光束型、区域检测型
3）无源传感器：区域检测型
4）电梯光幕
5）普通光电：槽式、对射式等。
特产
①检测距离长
如果对射型保持10m以上的检测距离，就可以实现其他检测方式（磁力、超声波等）无法实现的远距离检测。
② 检测对象限制少
由于检测原理是基于检测物体造成的遮蔽和反射，与接近传感器将检测物体限制为金属不同，它可以检测玻璃、塑料、木材和液体等几乎所有物体。
③响应时间短
光本身是高速的，传感器的电路是由电子部件组成的，所以响应时间很短，不包括机械操作时间。
④高分辨率
通过先进的设计技术将投影光束集中在一个小光斑上或构建特殊的光接收光学系统，可以实现高分辨率。 它还可以检测小物体并进行高精度位置检测。
⑤ 可实现非接触式检测
无需与检测物体进行机械接触即可实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损坏。 因此，传感器可以长期使用。
⑥ 可实现颜色辨别
检测物体形成的光的反射率和吸收率根据所发射的光的波长和检测物体的颜色组合而变化。 利用该特性，可以检测检测对象的颜色。
⑦调整方便
在投射可见光的类型中，投射的光束是肉眼可见的，因此可以轻松调整检测到的物体的位置。
应用
采用光电元件作为敏感元件的光电传感器种类繁多，应用广泛。 根据光电传感器的输出性质，可分为两类：（1）将被测量转换成连续变化的光电流而制成的光电测量仪器，可用于测量光的强度和温度、光强等。物体的透射率和位移。 以及表面状态和其他物理量。 例如：测量光强的照度计、光电高温计、光电色度计和浊度计、防火用的光电报警器、检查加工零件的直径、长度、椭圆度和表面粗糙度的自动检测装置等。仪器的敏感元件全部使用光电元件。 半导体光电器件不仅广泛应用于民用工业，而且在军事上也发挥着重要作用。 例如，硫化铅光敏电阻可用于制作红外夜视仪、红外摄像机和红外导航系统； (2) 将测量的光电流转换为连续变化的光电流。 利用光电元件的特性，在有光或无光照射时输出“有”或“无”电信号而制成的各种光电自动装置。 光电元件被用作开关光电转换元件。 例如电子计算机的光电输入装置、开关温度调节装置以及测量转速的数字光电测速仪等[2]
1.烟气浊度监测仪
防治工业烟尘污染是环境保护的重要任务之一。 要消除工业烟雾污染，首先要知道烟雾排放量，因此必须对烟雾源进行监控、自动显示、超标报警。 通过烟道内透光率的变化来检测烟道内烟雾的浑浊度。 如果烟道的浊度增加，光源发出的光会被烟雾颗粒吸收和折射，到达光电探测器的光会减少。 因此，光电探测器输出信号的强度可以反映烟道浊度的变化。
2.条码扫描笔
当扫描笔头在条码上移动时，如果遇到黑线，发光二极管发出的光会被黑线吸收，光电三极管不会接收到反射光，呈现高阻抗，处于导通状态。截止状态。 当遇到白色区间时光电效应知识点，发光二极管发出的光反射到光电三极管的基极，光电三极管产生光电流并导通。 扫描整个条码后，光电晶体管将条码变形为电脉冲信号。 信号经过放大、整形后形成脉冲串，然后由计算机处理，完成条码信息的识别。
3.产品柜台
当产品在传送带上运行时，不断阻挡从光源到光电传感器的光路，使光电脉冲电路一一产生电脉冲信号。 每次产品被遮光时，光电传感器电路都会产生一个脉冲信号。 因此，输出脉冲的数量就代表了产品的数量。 脉冲由计数电路计数并由显示电路显示。
4.光电烟雾报警器
当没有烟雾时，发光二极管发出的光沿直线传播，光电晶体管不接收信号。 没有输出。 当有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接收光线并输出信号以发出警报。
5. 测量转速
电机的转轴涂有黑色和白色。 旋转时，反射光和非反射光交替出现。 光电传感器间歇地接收反射光信号，输出间歇性电信号，经放大器和整形电路放大。 方波信号整形输出，最后由电子数显输出电机转速。
6、光伏电池在光电检测与自动控制中的应用
光电池用作光电检测时，其基本原理与光电二极管相同，但其基本结构和制造工艺并不完全相同。 由于光伏电池不需要外部电压来工作； 它们具有光电转换效率高、光谱范围宽、频率特性好、噪声低等优点，已广泛应用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影音频再现等领域。 、紫外线监测器和燃气轮机熄火保护装置等。
特征
1）瞬态响应范围宽，谐波测量能力强
暂态特性的好坏是判断变压器能否在电力系统中应用的重要参数，特别是与继电保护动作时间的配合。 由于铁芯的存在，传统电磁变压器对高频信号的响应特性较差，无法正确反映原边的瞬态过程。 光电互感器测量的频率范围主要由电子电路决定。 不存在磁芯饱和问题，因此能够准确反映原边瞬态过程。 一般可设计为0.1Hz～1MHz的带通，也可设计的特殊带通。 光电传感器用于测量高压电力线上的谐波。 然而，电磁感应变压器很难实现。
2）数字接口，通讯能力强
由于光电传感器传输的是光学数字信号，因此很容易与通信网络接口，并且在传输过程中不存在测量误差。 同时，随着微机化保护测控设备的广泛使用，光电互感器可以直接向二次设备提供数字量，从而省去了原有保护装置中的转换器和A/D采样部分，使二次设备能够获得极大简化并促进了新保护原理的研究。
3）体积小、重量轻、易于升级，满足变电站小型化、紧凑化的要求。 由于光电传感器依靠传感头和电子电路进行信号采集和处理，因此体积小，重量一般小于1000公斤，使用方便。 集成到AIS或GIS中，将大大减少变电站的占地面积，满足变电站小型化、紧凑化的要求。 同时，光电变压器通过少量光缆与二次设备连接，可大大减少电缆沟和电缆数量。
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