光电式传感器的广泛应用

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：光电式传感器由光源、光学元件和光电元件组成。这种形式的光电传感器主要用于光电式转速表、光电计数器、光电继电器等。

光电式传感器由光源、光学元件和光电元件组成。在设计应用中，要特别注意光电元件与光源的光谱特性匹配。

1.模拟式光电传感器

模拟式光电传感器将被测量转换成连续变化的电信号，与被测量间呈单值对应关系。主要有四种基本形式，如图3-65所示。

（1）吸收式：被测物体置于光路中，恒光源发出的光穿过被测物，部分被吸收后透射光投射到光电元件上，如图3-65（a）所示。透射光强度决定被测物对光的吸收大小，而吸收的光通量与被测物透明度有关，如用来测量液体、气体的透明度、浑浊度的光电比色计。

（2）反射式：恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上，如图3-65（b）所示。反射光通量取决于反射表面的性质、状态及其与光源间的距离。利用此原理可制成测试表面光洁度、粗糙度和位移的测试仪等。

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图3-65　光电元件的应用方式

（3）遮光式：光源发出的光经被测物遮去其中一部分，使投射到光电元件上的光通量改变，其变化程度与被测物在光路中的位置有关，如图3-65（c）所示。这种形式可用于测量物体的尺寸、位置、振动、位移等。

（4）辐射式：被测物本身就是光辐射源，所发射的光通量射向光电元件，如图3-65（d）所示，也可经过一定光路后作用到光电元件上。这种形式可用于光电比色高温计中。

2.脉冲式光电传感器

脉冲式光电传感器的光电元件的输出仅有两种稳定状态，即“通”和“断”的开关状态，称为光电元件的开关应用状态。这种形式的光电传感器主要用于光电式转速表、光电计数器、光电继电器等。

3.光电耦合器件

光电耦合器件是将发光元件（如发光二极管）和光电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。其发光元件通常是半导体的发光二极管，光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。

1）光电耦合器

如图3-66所示，光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器，它具有抗干扰性能和单向信号传输功能，广泛应用在电路隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场合。

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图3-66　光电耦合器组合形式

2）光电开关

如图3-67所示，光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收、进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的“开”“关”控制输出信号的器件。光电开关的特点是小型、高速、非接触，而且容易与TTL、MOS等电路结合。

用光电开关检测物体时，大部分只要求其输出信号有“高、低”之分即可。光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。可在自控系统中用于物体检测、产品计数、料位检测、尺寸控制、安全报警及计算机输入接口等用途。

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图3-67　光电开关的结构

1—发光元件；2—接收元件；3—壳体；4—导线；5—反射物；6—窗体

3）光电断续器

如图3-68所示，光电断续器的工作原理与光电开关的相同，但其光电发射器、接收器放置于一个体积很小的塑料壳体中，所以两者能可靠地对准。分为遮断型和反射型两种。

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图3-68　光电断续器结构

1—发光二极管；2—红外光；3—光电元件；4—槽；5—被测物

如图3-69所示，齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。

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图3-68 光电断续器测量转速示意图