光电传感器及应用

光电传感器及应用（共9篇）

光电传感器及应用 篇1

1 传统互感器的局限性

互感器分为电压互感器和电流互感器两大类。其作用就是按一定的比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值, 以便于用仪表直接进行测量。互感器除用作测量外, 还可作为各种继电保护的电源。

传统的互感器是电磁感应式的, 它的一次绕组串联在电力线路中, 二次绕组外部回路接有测量仪器或继电保护及自动控制装置。它的结构和变压器相似, 在它的铁芯上绕有一、二次绕组, 靠一、二次绕组之间的电磁耦合, 将信息从一次侧传到二次侧。长久以来, 电磁式互感器得到了比较充分的发展, 其中铁芯式电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘式多种结构适应了电力建设的发展需求。然而随着电力传输容量的不断增长, 电网电压等级的不断提高及保护要求的不断完善, 对电压、电流的测量要求也在不断提高。一般的铁芯式电流互感器结构已逐渐暴露出体积大、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小, 使用频带窄等一系列弱点, 甚至于当电力系统发生短路时, 高幅值的短路电流使互感器饱和、输出的二次电流严重畸变, 造成保护拒动, 使电力系统发生严重事故。因此, 传统的互感器已难以满足新一代电力系统自动化、电力数字网等的发展需要。

2 光电互感器的原理

光电互感器涵盖了电磁式互感器的所有应用场合, 其中对交直流高压、超高压及对精度、暂态特性要求高的场合尤其适合。可实现交直流高电压大电流的传变, 并以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置, 简化了保护、计量等功能装置的接线。

光电互感器主要由高压侧信号采集处理、低压侧数据处理 (合并器) 两大部分组成, 高压部分一般安装于室外开关场, 包括般一次部分、采集器和传感器, 主要功能是将传感器获得的电流信号通过采集装置输入信号处理电路, 并通过多路信号A/D转换器转变为数字信号, 通过LED将时钟和数据信号变成光脉冲信号通过光纤传输给低电位侧的信号接收部分;低压部分指位于控制室的合并器单元, 主要功能是接收采集器的采样光信号, 经汇总后以光信号形式对外提供采集数据, 并以光能量形式为采集器提供工作电源。由于数字光电互感器的实现原理信息输出方式等与传统电磁式互感器有较大的差异, 其应用于变电站配置方式也不同于传统互感器。考虑到可靠性、便于检修和经济性等原则, 可参考以下方案进行配置, 见图1。

3 光电互感器优点

1) 高低压部分通过光纤连接, 以绝缘脂替代绝缘油或SF6气体, 绝缘结构简单, 绝缘性能稳定, 综合使用成本低。

2) 高低压之间只存在光纤联系, 高压回路与二次回路在电气上完全隔离, 没有传统电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能产生的危险。

3) 无油设计避免了传统充油式电压、电流互感器的漏油、爆炸等危险。

4) 无铁芯, 不会产生磁饱和及铁磁共振现象, 它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断。

5) 频带宽, 可以从直流到几百千赫, 适用于继电保护和谐波检测。

6) 有很宽的动态范围, 额定电流可测几十安培至几千安培, 过电流范围甚至可达几万安培, 能在大的动态范围内产生高线性度的响应。

7) 适应了现在电力系统的数字化信号处理要求, 还可用于以保护、监控和测量为目的高速遥感、遥测系统。

8) 整套装置结构紧凑、重量轻、体积小, 节约空间。

9) 各个功能模块相对独立, 便于安装和维护, 适于网络化测量。

4 结束语

实际运行表明, 数字式光电互感器是安全的、可靠的;其准确度更高, 更适合数字式二次保护测控装置, 特别在超高压、特高压电网中有特出的优越性;加上其成本较低的优势, 将会有广阔的使用前景。

光电传感器及应用 篇2

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

光电传感器的应用 篇3

光电传感器最根本的原理是光电效应, 用光照射某一物体, 可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击, 组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应通常可分为3类:1) 外光电效应:在光线的作用下能使电子逸出物体表面的光电效应。基于外光电效应的光电元件:光电管、光电倍增管、光电摄像管等 (玻璃真空管元件) ;2) 内光电效应:在光线的作用下能使物体的电阻率改变的光电效应基于内光电效应光电元件:光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等;3) 光生伏特效应:在光线的作用下, 物体产生一定方向电动势的光电效应。基于光生伏特效应的光电元件:光电池等。常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计, 光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。

2 光电传感器的特点

光电传感器特点有:1) 检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等, 便能实现其他检测手段 (磁性、超声波等) 无法离检测;2) 对检测物体的限制很少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理, 所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属, 它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测;3) 响应时间短。光本身为高速, 并且传感器的电路都由电子零件构成, 所以不包含机械性工作时间, 响应时间非常短;4) 分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点, 或通过构成特殊的受光光学系统, 来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测;5) 可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测, 因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此, 传感器能长期使用;6) 可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质, 可对检测物体的颜色进行检测;7) 便于调整。在投射可视光的类型中, 投光光束是眼睛可见的, 便于对检测物体的位置进行调整。

3 光电传感器的应用

3.1 烟尘浊度监测仪

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染, 首先要知道烟尘排放量, 因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加, 光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加, 到达光检测器的光减少, 因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

3.2 感烟传感器 (火灾报警器的一部分)

由红外发光二极管及光电三极管组成, 但二者不在同一平面上 (有一定角度) .在无烟状态时, 光电三极管接收不到红外线;当发生火灾时, 产生大量烟雾, 烟雾粒子进入感烟传感器时, 由于红外线受烟雾粒于折射作用, 光电三极管接收到红外线, 给出烟雾报警信号。

3.3 火焰探测报警器

硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 MΩ, 亮电阻为0.2 MΩ, 峰值响应波长为2.2μm。硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路, 其偏置电压约为6 V, 电流约为6μΑ。V2管集电极电阻两端并联68μF的电容, 可以抑制100 Hz以上的高频, 使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器, 火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后, 器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度, 确保火焰报警器能长期稳定地工作。

3.4 光控大门

我们都有这样的苦恼每次开车到了小区大门都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关, 既费时又费人力, 如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。这里要用到一种电子元件——干簧继电器, 它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时, 线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化, 两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态, 线圈内没有电流时, 磁场消失, 瓷片在弹力的作用下, 回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方, 把带动大门的电动机接在干簧管的电路中, 那么夜间汽车开到大门前, 灯光照射光敏电阻时, 干簧继电器接通电动机电路, 电动机带动大门打开。

3.5 液位检测

在液体未升到发光二极管及光电三极管平面时, 红外发光二极管发出的红外线不会被光电三极管接收;当液位上升到发光二极管及光电三极管平面时, 出于液体的折射, 光电三极管接收到红外信号由此获得液位信号。

4 结论

以上介绍了光电传感器的基本原理和其特点, 并列举了一些在实际的应用实例。从这些实例中我们可窥见光电传感器无限的发展应用前景。光电式传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的要求越来越高是其发展的强大动力, 突飞猛进现代科学技术的则为其提供了坚强的后盾, 我们相信在不懈地探索中, 光电传感器的应用定会有新的飞跃。

参考文献

光电子的发展态势分析及应用 篇4

摘要：光电子技术的重要性在于它既是现代信息技术的基石，又是矗立于该领域之中并控制全局的制高点。与此双重地位相对应，它在信息技术领域中起着两大作用，即“支撑”和“革命”的作用。关键词：光电子 发展 态势 应用

0 引言

21世纪，信息产业将是信息经济时代的支柱产业.如果说微电子技术推动了计算机、因特网、光纤通信为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用.可以断言，光电子技术将继微电子技术之后，再次推动人类科学技术的发展.当今信息系统的显著特征是信息的采集、存取、处理和应用的高速化，宽带化以及大容量化.在这样的信息系统中，关键器件己非光电子器件莫属.光电子器件是典型的高技术产品，今后的发展也必然以高技术为后盾

光电子技术确切称为信息光电子技术。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。

光电子技术的重要性在于它既是现代信息技术的基石，又是矗立于该领域之中、可资控制全局的制高点。与此双重地位相对应，它在信息技术领域中起着两大作用，即“支撑”和“革命”的作用。作为基石，它以其一砖一石支撑着这个信息技术的高楼大厦；作为制高点，它又以其一个接一个奇妙莫测的进步执导着信息技术领域中一次又一次里程碑式的革命。今天信息技术的突飞猛进已足以证明了这一点。微 电子和光电子技术的重要性几乎不言而喻的，而较之微电子，光电子技术的重要性有过之而无不及。当今信息系统的显著特征是信息采集、存取、处理、传输和应用的高速化、宽带化和大容量化。在这样的信息系统当中，关键器件已非光电子器件莫属。试想一下，如果没有光电子器件，那里会有光纤通信系统？而没有光纤通信系统，信息高速公路又从何谈起？再试想一下，如果没有光电子器件，哪里会有光盘？进而又何谈超大容量信息存储？因而，我们完全有理由说，没有光电子技术，信息技术就如同一片荒原，信息产业就成为无源之水，无本之木，信息社会也便成为“空中楼阁”。换言之，光电子技术必定是支撑未来信息技术的脊梁，必定是支撑未来信息产业的支柱，进而必定是支撑未来信息社会的基石。

正因为光电子在技术领域基石和制高点作用,决定了它在一个国家中的战略地位,光电子技术已不是一般国家生产力的概念，而是一个国家的战略技术。光电

子的发展水平不仅仅是一个国家的科技实力的体现,更是一个国家综合实力的体现。光电子技术的发展态势分析

1.1 国内发展动态

我国光电子行业在科研上起步较早，也有一批水平较高的应用成果，其中光纤通信的发展尤快。在国防上的应用也开展较早，如靶场用的激光、红外、电视等光测设备，以及红外导引装置、红外热像仪、激光测距仪、微光夜视仪等。但民用市场开发较晚，真正能形成较大生产规模的产品不多。我国在“八五”计划期间对一些光电器件企业进行了技术改造，已在“九五”计划中产生了效益。例如，12英寸彩色液晶显示屏已经在1996年投产。国家重大成套通信设备2.5Gbps同步数字系列（SDH）光通信系统，于1997年研制开发成功，现已广泛应用于国家通信骨干网的建设。

863计划实施以来，光电子主题取得了多方面的成绩。在技术方面实现了量子阱材料和器件的突破，完成了用于高速光通信、光存储和光显示的几十种关键器件的研制和商品化，结束了半导体激光器和光纤放大器国外产品的垄断局面。与此相关的是促进产业化的工作。在最大限度地把科技成果转化为生产力，促进国内光电子产业的形成和发展壮大方面，光电子主题取得了很有价值的经验，并形成多种形式的成果转化模式，其中包括：成果转化基地内部转化。如武汉邮电科学研究院的光纤放大器在重大研究课题的基础上，自己筹资建立生产线，开始了规模化的生产；向企业进行技术转让，形成光电子产业新的增长点。如清华大学的光纤放大器和绿光固体激光器等成果分别转让两个生产单位，有力支持了后续的科学研究

2001年7月，原国家计委正式发文批复，同意在武汉东湖国家高新区建立国家光电子产业基地，也就是“中国光谷”。经过近5年的发展，在光电子产业的研究与开发方面已跻身世界光电子产业领军集团。1.2 国外发展动态

面对光电子产业迅猛的发展局势和广阔的发展前景，各国正加速光电子产业的发展，美国、德国、日本、英国、法国等竞相将光电子技术引入国家发展计划，形成了全方位的竞争格局。

美国将光电子确定为国家重点发展技术，建立了若干个光子学技术中心，以及位于亚利桑那大学的“美国光谷”；

法国国家科研中心、法国电信公司和阿尔卡特公司在巴黎南部联合建立了国家级光电子技术基地，成为法国光电子技术领域具有国际先进水平的研究与开发中心；

德国确定光电子是21世纪初保持德国在国际市场上的先进地位至关重要的九大关键技术之一；

英国实施阿维尔计划，意图抢占光电子信息制高点；

日本通产省联合十多家大公司组建了光子技术研究所；

澳大利亚成立了光子联合研究中心，重点开拓信息技术和新产品； 1.3 光电子的发展趋势

世界光电子产业正呈现出新的发展趋势：

光通信向超大容量、高速率和全光网方向发展，超大容量DWDM的全光网络将

成为主要的发展趋势；

光显示向真彩色、高分辨率、高清晰度、大屏幕和平面化方向发展；

光存储将更多地采用新技术和新材料，开发出新一代高密度、高速光存储技术和系统；

光输出入产品向多功能、高速化、低成本方向发展；

光器件的发展趋势是小型化、高可靠性、多功能、模块化和集成化；

激光技术向全固化、超短波长、微加工和高可靠性等方向发展，激光技术与其它学科的融合以及应用领域范围不断扩大；

光子计算与光信息处理产业、全光电子通信产业、光子集成器件产业、聚合物光纤光缆产业、聚合物光电器件产业和光子传感器产业等，将成为未来光电子产业发展的重要组成。

科学界预测，到2005年，光电子产业的产值将达到电子产业产值水平；到2010年，以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模；2010年至2015年，光电子产业可能会取代传统电子产业，成为21世纪最大的产业，并成为衡量一个国家经济发展和综合国力的重要标志。光电子技术的应用

光电子技术是最近十多年中继微电子技术之后，迅速发展起来的一个新兴高技术领域，它集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为与电子技术结合并具有强烈应用背景的新兴交叉学科。光电子技术以光子学研究为核心，以电子学研究为支撑，它不仅全面兼容电子技术，而且具有微电子无法比拟的优越性能和更广阔的应用范围，主要体现在以下几个方面。

2.1 光电子技术在传统产业领域的应用

光电子技术是最先进的技术，对传统产业的技术改造、新兴产业的发展、产业结构的调整优化起着巨大的促进作用。光电子技术具有精密、准确、快速、高效等特点，它有助干全面提高工业产品的高、精、尖加工水平，并大幅度提高附加值及竞争能力。以激光加工技术为例，它应用于汽车、航空、航天、通信、微电子等工业，具有加工速度快、效率高、质量好、变形小、控制方便和易于实现自动化生产等优点，对提高产品质量、降低生产成本、提高国际市场竞争能力具有重要作用。2.1.1 汽车制造

光电子技术在汽车制造行业的应用极大地推进了汽车工业的发展，首先是高功率的激光器被用作为切割、焊接的材料的处理工艺，其次是机械视觉系统正在汽车制造加工中被广泛地应用，并通过产生的信息来调整制造加工工艺，并由此提高产品的质量；而利用激光超声对固体材料进行非破坏性测试也显示了在汽车制造业中极大的应用潜力。2.1.2 制作有源阵列液晶显示器

第一步是使用光刻技术产生薄膜晶体管阵列及色滤波器阵列。然后是光学监测被用来监视裸衬板、色滤波器阵列及最后的显示器产品，工艺过程中的诊断，利用光学对微粒实行控制，紫外光常被用来解决液晶单元的密封问题。最后激光常被用来定位及修补制造加工中的缺陷。2.1.3 太阳能光伏技术改变传统能源结构

美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和地区形成商业化、半商业化生产能力，年均增长达l6％，市场开拓从空间转向地面系统应用。甚至用于驱动交通工具。据报道，全球发展、建造太阳能住宅(光电池作屋顶、外墙、窗户等建材用)投资规模为6O0亿美元，到20l2年还会再翻一倍达12OO亿美元，光伏技术制作的光电池有望成为2l世纪的新能源。2.2 光电子技术在军事领域的应用

光电子科学技术使国防军事具有快速反应和难确攻击的能力，它能为军事提供既快又准的信息，使己方看得更清、反应更快、打得更准、生存能力更强。因此光电子技术被认为是军事领域的主流技术，国防军事现代化的重要支柱。

科索沃战争，中国的大使馆被炸，是因为美国的导弹没长眼睛吗？不是，恰恰相反，是它有一只敏锐的“眼睛”---光电子技术。在海湾战争中，盟军以轰炸准确、人员伤亡少而一举改变了人们对战争的认识和定义，那场举世瞩目的“沙漠风暴”固然以电子战为主，但如果要论战功的话，则非光电子武器莫属。人们已经认识到光电子技术在现代国防军事领域的重要性，光电子技术已受到各国军方的高度重视，几乎各发达国家都大力开展基础研究、应用研究和产品开发。

主要应用有：半导体激光雷达，半导体激光测距，半导体激光引信，半导体激 光制导跟踪，半导体激光瞄准和告警，半导体激光武器模拟，半导体激光通信，军 用光纤陀螺，半导体激光照明（夜视）。

(1)激光聚变不仅可以作为未来能源，它还有重要的军事应用价值。它可以模拟氢弹的爆炸过程，代替既费钱又不安全的空中或地下核试验，达到改进核武器的性能。目前激光致盲武器已装备部队，舰载和机载激光反导器已开始走出实验室。

(2)电光技术已成为军方的核心技术，美国的国防防务水平随着电光技术的开发呈现快速增长的势头，美国每年用于防务光电技术的开发费用高达50亿美元。2.3 光电子在尖端科学技术领域的应用

光电子科学在科学技术的发展中起着巨大的推动作用。光电子科学技术涵盖众多学科与技术，特别是基础学科技术：材料科学和技术、计算机科学技术、生命科学及技术等。光电子技术所涉及的科学领域都是2l世纪发展的尖端科学技术。具体表现如下。2.3.1 兆兆纪元

这是惠普公司的J比恩·鲍姆在1996年10月提出的一个梦想。为了满足信息时代的需要，人们期望在l 0～l 5年内实现这个梦想。

传输：每秒兆兆位千线，远程传输网络。

(1)每秒数百千兆位的存取网络，(2)每秒数十千兆位的局域网，(3)每秒lOO0兆位的台式电脑终端。处理：每秒运算兆兆(万亿)次的计算机。

(1)每秒兆兆位开关速度；(2)数千兆赫时钟电路，(3)每秒数百兆字节的互联。存储：兆兆字节数据库。

(1)数兆兆字节的盘片驱动，(2)数千兆位的记忆芯片。

光电子技术的发展趋势完全有可能满足这个设想的要求，光纤传输容量、光处理能力和光存储密度，正以极快的速度在发展，大约1 5年以内，信息技术功能就可以从千兆(109)提高至兆兆(10l2)。2.3.2 HIV的免疫系统监测

用光学生物医学仪器研究艾滋病己取得重要进展，如利用自动化基因顺序测定器、扫描激光荧光计，科学家能够对艾滋病毒的全部基因作顺序测定。下一代艾滋病诊断技术将集中于测定外周血流中自由HIV的浓度，即病毒负荷。这种诊断测量对于发展有前途的抗艾滋病病毒新药、蛋白酶抑制剂以及涉及联合这些抗病毒药物治疗确定其有效性是非常重要的。在这种尖端的分子生物学实验室中如使用光学探测，如定量化的聚合酶链反应PCR和定量化衍生的DNA，将对开展与HIV战斗具有战略影响。结束语

如果说微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，改变了人们的生活方式，使得知识经济初见端倪，那么随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。

美国商务部指出：“90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。日本《呼声》月刊也有类似的评论：“21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业„„”，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。光电子器件和部件广泛应用于长距离大容量光纤通信、光存储、光显示、光互联、光信息处理、激光加工、激光医疗和军事武器装备，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。

进入21 世纪，信息产业已成为先导产业，光电子技术已成为信息产业的支柱学科.从以上的论述可以看出，光电子学的研究、开发和应用的发展相当迅速，几乎年年都会有新的器件，新的系统出现.理论的研究在朝着更本质更精细的方向发展，并会为实际应用提供最大的理论基础。

在不远的将来，光通信里的密集波分复用技术必将会使信息的传输更迅速，更准确.光记录、光处理、激光加工和激光医疗等应用也会迅速兴盛起来.光电子产业将成为国民经济中举足轻重的一个重要部分.人们的生活也会更加紧密地与光电子学联系在一起，更加现代化和智能化。

参考文献

光电化学传感器的构建应用技术 篇5

1 光电化学传感器

光电化学传感器主要包括电流型和电位型。当前, 光电位传感器应用非常广泛, 电流型光电化学传感器主要是利用激发态光电材料和被测物质之间电子传递从而导致光电流发生变化实现测定, 或者结合待测物质材料的光电流, 实现定量分析。光电化学传感器结合了光电化学和传统电化学传感器的优点, 并且也具有光化学和电化学传感器的应用优势, 一方面, 光电化学传感器利用电化学检测方式, 不仅易于微型化, 而且设备价廉、简单;另一方面, 光电化学分析用于检测电信号, 利用光作为激发信号, 并且应用不同形式能量作为检测信号、激发信号, 确保检测信号和激发信号的独立性, 不会发生相互干扰, 因此背景信号比较低, 光电化学传感器的灵敏度较高。光电化学传感器应用优势明显, 在光电化学分析中发展前景广阔, 并且光电化学分析和生物功能分子应用、免疫分析体系建立、纳米材料加工等有效结合起来, 使其应用范围进一步得到扩展。当前, 光电化学传感器在环境分析、细胞分析、免疫分析、酶传感分析、DNA分析、生物活性分析等领域发展前景广阔。

2 光电化学传感器的构建应用技术

2.1 材料选择和设计

2.1.1 有机光电分子

有机光电分子是指在光照条件激发下电子从最低空轨道和最高占据轨道实现电荷转移和产生激发态的有机分子, 这种分子包括有机金属配合物类、蒽醌类、偶氮染料、酞菁类、卟啉类等, 有机金属配合物类是一种重要的有机光电分子, 其由相关金属离子和电子体系配体构成。通常情况下, 有机光电分子的离域电子体系较大, 可快速吸收可见光, 并且其电子转移和电子注入能力较强, 并且结合实际需求有机光电分子可进行基团修饰或者直接合成, 其可修饰性较好。光电化学传感器加工制作时, 如果单独使用这种有机金属配合物作为光电转化层, 在实际应用中, 其光电流产生量较弱, 往往需要复合其它传导材料, 从而提高检测灵敏度和光电流信号。例如将金纳米粒子焊镀在石墨烯表面, 对石墨烯/Au NPs纳米复合物进行修饰, 在氢醌光电化学检测过程中使用电极修饰材料, 其应用效果非常显著。

2.1.2 导电高分子及其复合物

导电高分子是经过电化学或者化学掺杂将包含共轭π键高分子转化为半导体或者导体, 这种导电高分子材料的π电子共轭反键和成键能带之间往往具有较小的能隙, 其和无机半导体的价带和导带能隙比较接近, 所以大多数共轭高分子材料在实际应用中都具有半导体性能。当前, 聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等研究比较成熟, 无机半导体构建和复合过程中利用导电高分子, 利用其特异性可识别分子印迹膜, 并且导电高分子的加工制作比较简单, 可有效识别基团修饰和可控聚合, 可设计性较强, 其研究潜力非常大。

2.2 信号产生和传感模式

2.2.1 电荷氧化还原和转移

光电化学传感器设计时, 主要采用阳极光电流, 考虑到传感模式, 空穴或者电子的氧化还原反应和电荷转移对于光电极反应有着直接影响, 一般情况下不包括酶催化、分子识别等过程, 通过电荷的有效分离可促进信号产生。光电活性物质在光激发条件下发生电子跃迁, 产生空穴—电子对, 待检测物质分子和光电层空穴发生氧化还原反应, 电子逐渐转移到电极表面。通常被检测物具有还原性, 以一定浓度作为电子供体添加在电解质溶液中, 光电层中的空穴—电子对受到被检测物分子影响实现有效分离, 实现光电流快速增加。随着待测物浓度增大, 光电流逐渐增强, 利用被检测物分子和光电流的数量关系, 定量分析待测物。

2.2.2 光电流抑制

光电化学传感器根据光电层空间位阻效应, 结合分子识别, 产生阳极光电流, 电子供体在电解质溶解中捕获电子—空穴对, 实现光电极反应。光电化学池在进行光电检测时, 通常氧化电位较低且没有毒性的抗坏血酸溶于电解质溶液中。若分子复合物嵌入电解质溶液层和光电层之间, 电子供体向光电层的空穴捕获和电子迁移受到阻碍, 造成光电流降低, 结合位阻效应和降低光电流的定量关系, 科学分析目标物。

3 结束语

近年来, 光电化学分析快速发展, 而光电化学传感器的应用发展还存在一些问题, 通过仔细分析和研究光电化学分析理论, 加强技术和设备创新, 进一步拓展高稳定性和高活性材料, 由于大部分光电化学分析检测设备都是自制组装, 检测灵敏度不足, 光信号较弱, 在未来发展过程中应研发高稳定性、灵敏、方便的光电化学分析仪器, 不断提高光电化学传感器构建应用技术水平。

摘要：光电化学分析是一种在光照射条件下, 电极、光电材料和被分析物之间电荷转移发展的重要检测技术, 其基于光电转换和电化学两个过程, 结合被分析物产生的光电压或者光电流变化, 构建被分析物和光电响应变化之间的定量关系, 构建出光电化学传感器, 用于环境、生物等方面的分析研究。简要介绍了光电化学传感器, 分析了光电化学传感器的构建应用技术。

关键词：光电化学传感器,构建应用技术

参考文献

光电传感器及应用 篇6

1 应用必要

第一, 光电传感器获取信息的过程实际是一个多对一的对应抽样过程, 在将客观世界空间的信息传输至传感器这一过程中信息丢失的问题难以避免;第二, 军事领域中光电传感器的数量庞大, 急需处理的信息量也繁多冗杂, 这些都会给人工处理带来一定困扰, 而光电传感器信息融合技术的应用巧妙地解决了这一信息综合处理的难题;第三, 应用环境决定了光电传感器性能发挥的好坏, 但截至目前尚未有一个国家可以开发出适用于任何环境下且性能优于其他类型的光电传感器。

2 概念优点

光电传感器信息融合的过程正是为了完成目标分类、识别及跟踪等任务而进行信息自动分析综合处理的过程。军事领域中的目标识别及跟踪可以实现光电传感器目标属性中的监视功能, 有利于精确定位与预估判决。我国航天技术的高速发展离不开当前最热门的技术之一——航天技术上光电传感器信息融合技术, 它能够有效提高空间的分辨率和系统的可靠性, 无疑成为我国GDP增长的“助推器”。

3 工作原理

光电传感器能够有效检测到光强度变化的情况并将光强度的变化转换为电信号的变化。通常情况下, 光电传感器这种小型电子设备由三部分组成:发送器、接收器与检测电路。发送器负责向目标发射来源于发光二极管、激光二极管及红外射二极管等的光束, 不间断发射出的光束经过像光圈、透镜这种光学元件后达到由光电二极管、光电三极管及光电池构成的接收器中, 接收器接收到光束后会将其传输至能够过滤该信号是否有效并决定是否应用的检测电路。详细流程见下图所示。

需要强调的一点是发射板和光导纤维作为光电传感器结构元件的一种也独具特色。众所周知, 三角形的结构最为稳定, 因此由极细小的三角锥体反射材料组成的三角反射板是一种能保证光束可以准确无误地从反射板返回的发射装置, 其结构极其稳固且具有极强的实用性。

4 应用领域

4.1 研制抄表系统

为及时结算用户的电费, 一般由电力部门派专门的抄表人员到有关用户处定期走家串户地查看、抄写设置在现场的电能表, 通过人工读取、记录、计算和收费。这不仅浪费人力, 而且还会因人工读取造成不必要的误差, 给用户带来不必要的麻烦和损失, 甚至会发生不法分子假冒抄表人员入室作案而影响社会治安。因此, 无论是电力部门还是用户们均迫切要求改变当前的落后状态。随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展, 可以利用光电传感器来研制自动抄表系统。

电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转, 采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑, 再配以反射式光电发射接收对管, 则当铝盘旋转时在局部涂黑处便产生脉冲, 并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数, 并经光电耦合隔离电路, 送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可以有效地防止干扰信号进入微机, 再结合其它传输方式便可形成自动抄表系统。目前自动抄表系统没有大规模使用与当前的技术有莫大关系, 这套技术还有很多需要改进之处, 相信在未来几年随着技术的发展, 自动抄表将在全国范围内实现。

4.2 节能灯具设计

光敏传感器、红外传感器、颜色传感器已进入各种自控节能LED照明系统的设计方案之中, 它们的自主控制、方便应用使得不少公共照明LED灯具和居家照明灯具实现智能化。光电传感器可以协助公共照明的LED灯具实现灯光的自动开启关闭, 可以智能的感应人和车辆进出而自动开关灯光, 可以智慧的控制LED灯光开启的时间和控制亮度, 甚至按人类的意愿自动调整光线的色温, 营造人类想要的光氛围。

4.2.1 光敏传感器应用

光敏传感器中最简单的电子器件是光敏电阻, 它能感应光线的明暗变化, 输出微弱的电信号, 通过简单电子线路放大处理, 可以控制LED灯具的自动开关。对于远程的照明灯具, 如街灯、庭院灯、草坪灯等都可经济而简单的实现节能自动控制。太阳能路灯本身是利用太阳光发电、储能的LED照明灯具, 无需电网供电也就无需架设成本不菲的输电线路, 因此使用光敏传感器可以实现极低成本、自动开启关闭的节能管理。

4.2.2 红外传感器应用

红外热释电传感器 (PIR) 在LED照明中的应用已有近十年的历史。红外传感器的视角有限, 需要搭配菲涅尔透镜才能扩大探测区, 才能监视移动的热源 (人或车) 。菲涅尔透镜有两个作用:一是聚焦作用, 将热释红外信号折射在PIR上;二是将探测区内分为若干个明区和暗区, 使进入探测区的人能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。

4.3 航天技术应用

我国神舟十号发射成功后到与天宫一号的自动交会对接, 2000多项航天技术成果移植国民经济成为经济发展“倍增器”, 其中光电传感器技术发挥了重要作用。神舟十号和天宫一号对接机构十分复杂, 由上百个传感器、上千轴承组合而成。对接任务要求严丝合缝且不能漏气。另外考虑到飞行器在太空环境中失重要经历高低温的变化, 因此必须保证对接时不出现故障。手控交会对接时要有精确的传感器测量设备, 不断测量两个飞行器之间的距离、相对速度和姿态等, 稍有差池后果不堪设想。最后对接时, 要求轴向误差≤18cm。这些对航天员的身心都是极大的挑战, 要求他们具有极高的眼手协调性、操作精细性和过硬的心理素质等。在交会对接的过程中, 航天员需要紧盯电视图像, 根据实时传输的数据让两个航天器一点点逼近, 根据仔细计算决定速度变化方案完成交会对接, 其中传感器起到决定性作用, 为实现航天梦奠定最强基础。

4.4 工业自动化装置

光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点, 在工业上常用于非接触测量物位、距离和条码等信息, 因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。随着现代检测技术的发展出现了很多新型的光电传感器, 特别是CCD图像传感器的诞生, 为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。相关应用行业的系列产品如下:

1) 光电式烟雾报警器。没有烟雾时, 发光二极管发出的光线直线传播, 光电三极管没有接收信号, 没有输出;有烟雾时, 发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射, 使三极管接受到光线, 有信号输出, 发出报警。如今频遭吐槽的雾霾天气说明环境污染问题严重, 而光电式烟雾报警器则可通过光在烟道里传输过程的变化检测到烟道中的烟尘浊度;2) 点钞机的计数传感器。具有结构微型化、操作简便化、使用耐用型等特点的点钞机在我们的日常生活中应用频繁, 其不光在金融机构中被大量使用, 也逐渐成为一些大型企事业单位必备的办公用品, 成就其的正是结构简单、响应速度快、精确度高的光电传感器。点钞机的技术传感器采用两组由一个红外发光二极管和一个接收红外光的光敏三极管组成的红外光电传感器, 没有钞票时, 接收管受光照导通而输出为0;有钞票时, 接收管光通量不足而输出为1且产生一个脉冲信号, 经检测电路输入至负责计数和显示的单片机。只有不断提升光电传感器的性能, 才能满足商业经济和财务自动化日新月异变化而产生的高要求。

摘要：在数据信息理论与计算机技术二者相互融合的作用下, 光电传感器对目标分类及识别的能力也随之加强, 课题研究方向也开始从理论方法转移到实际应用这一方面。本文就光电传感器信息融合技术的应用必要、概念优点、工作原理及应用领域等方面进行简单论述。

关键词：光电传感器,信息融合技术,实际应用研究

参考文献

[1]黄斌.基于多传感器信息融合的节能控制系统.测控技术, 2013 (4) .

[2]赵娟妮.多传感器数据融合技术及其在光伏电站监控系统中的应用.科技信息, 2013 (7) .

[3]魏宏飞, 赵慧.多传感器信息融合技术在火灾报警系统的应用[J].现代电子技术, 2013 (6) .

光电传感器及应用 篇7

关键词：光电传感器,物理实验,应用

1 引言

随着传感、采集技术日新月异的发展, 几乎每一种科学技术的发展在一定程度上都得到传感器技术的支持。在中学物理实验中, 传统的实验教学只能静态地呈现物理实验内容, 制约着中学物理教学水平的提高, 现如今随着新课程理念的提出, 尤其重视以传感器技术为基础来实现信息技术与传统实验的整合[1], 因此, 传感器技术的应用逐渐渗透到中学物理实验教学中去, 且其地位越来越重要。与传统的实验仪器相比, 传感器更具有品种多、技术新、功能强、发展快、性能可靠等优势。利用传感器代替传统的实验仪表, 将实验数据采集后交由计算机分析处理, 能够大大地减小实验误差, 提高实验的速度和精确度, 使物理规律的探索更加方便与准确。

2 光电传感器简介

光电式传感器是一种将被测量通过光量的变化再转换为电量的传感器, 它的物理基础是光电效应[3]。光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成, 组成框图见图1。光源发射出一定光通量的光线, 由光电元件接受。在检测时, 被测量使光源发射出的光通量变化, 因而使接受光通量的光电元件的输出电量也作相应的变化, 最后用电量来表示被测量的大小。其输出的电量可以是模拟量, 也可以是数字量。

光电开关是利用感光元件接收变化的入射光, 并进行光电转换, 同时加以某种形式的放大和控制, 从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。图2为典型的光电开关的结构示意图。

图2 (A) 是一种透射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 这样就起到了检测作用。图2 (B) 是一种反射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交, 交点一般为待测物所在处。当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。

3 光电传感器在中学物理实验——牛顿第二定律的应用

传统的验证牛顿第二定律的实验装置如图3所示, 两个相同的小车放在光滑的水平板上, 前端各系一条细绳, 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘, 盘中放砝码。实验时, 小盘和砝码牵引小车, 使小车做匀加速运动的力近似等同于小盘和砝码的重力。因此, 增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力。小车后的拖线, 可用夹子夹住, 放松或夹紧拖线, 可对两小车同时起动或制动。当研究加速度和作用力的关系时, 使两小车质量相同, 小车A的作用力为小车B的作用力的2倍, 通过夹子使两小车同时起动和制动, 可测得小车A通过的距离为小车B的2倍。根据初速为零的匀变速直线运动规律, 在相等时间内通过的距离和加速度成正比, 即s1∶s2=a1∶a2, 可得质量相同时加速度和作用力成正比。研究加速度和质量的关系时, 使作用在两小车上的外力相同, 并使小车A的质量为小车B的质量的2倍, 仍按上述方法使两小车同时起动, 同时停止。通过位移的比可知, 作用力相同时, 加速度和质量成反比。

这种演示实验, 用两个运动物体在相等时间内通过的位移作比较, 直接由比较得出a、F和m的比例关系。这种方法演示时间短, 实验误差比较大, 只能定性地说明实验所需要的结果。如果将光电传感器引入验证牛顿第二定律的实验中, 可以解决传统实验中存在的问题。用光电传感器验证牛顿第二定律的实验装置如图4所示。

实验从两个方面来进行, 一是研究加速度与外力的关系。即保持物体的质量一定, 改变所施加的外力, 测量同一物体在不同外力作用下的加速度, 探索加速度与外力的关系。二是研究加速度与质量的关系。即保持所施加的外力一定, 改变物体的质量, 测量同一外力施加在不同质量的物体上时物体的加速度, 探索加速度与质量的关系。

所施加的变化的外力可以用增减硬币的数量来实现。物体的加速度的测量可以用图4所示的装置完成。G1、G2为光电门, 其所在的位置确定了滑块运动的始末位置。利用光电门可以测量滑块通过的时间, 已知挡光片之间的距离Δs, 可根据瞬时速度的概念v=Δ/Δt计算出滑块通过光电门时的瞬时速度。如果用两个光电门, 再确定两个光电门之间的距离s, 则加速度可由公式 (1) 计算得到[6]。

最后用MATLAB软件对数据进行处理, 并拟合出直线来反映加速度与外力之间的关系及加速度与质量之间的关系。实验取挡光片Δs为10mm, 两个光电门之间的距离s为0.5m, 滑块和挡光片的总质量m为530.22g, 外力F为0.036N。分别对加速度与外力的关系和加速度与质量的关系进行了分析。加速度与外力关系的实验数据见表1, 拟合的曲线如图5所示, 方程为:a=1.886F+0.0016, 从而可以确定F/a=1/K=530.22g=m, 即满足牛顿第二定律中力和加速度的关系:F=ma;加速度与质量关系的实验数据见表2, 拟合的曲线如图6所示, 直线方程为:

从而可以确定, 同样地也可以得出牛顿第二定律的公式。

从而可以确定undefined, 同样地也可以得出牛顿第二定律的公式。

4 分析与讨论

在两个实验中, 直线的相关系数R分别为0.998和0.997, 说明实验的结果是非常准确的。从上面的实验结果可知:当物体的质量一定时, 加速度与所施加外力成正比;当所施加外力一定时, 加速度与物体质量成反比。因此, 利用光电传感器验证牛顿第二定律的实验, 直接测量出了物体运动过程中受到的外力—加速度及质量—加速度的数值, 并利用计算机绘制出了外力—加速度及质量—加速度的对应的关系图像, 从图像的数据中可以直接得出牛顿第二定律的公式, 提高了实验的直观性和课堂教学的效率。而传统的实验方法在验证牛顿第二定律时, 近似认为小车所受的水平拉力的大小等于砝码所受重力的大小, 再加上桌面粗糙程度的忽略等等, 实验存在很大的误差, 所以传统的实验方法只适合做基本的演示实验。比起传统的实验方法, 利用光电传感器做牛顿第二定律的实验更能够清晰地展示物理现象。且这种新型的实验方式拓宽了学生的视野, 激发了他们对物理学习的兴趣。

5结束语

上面的两组实验对比显示了传感器技术应用于中学物理实验的优势。研究牛顿第二定律时, 传统的实验是很直观的, 但是比较粗略, 只能定性说明。利用先进的传感器技术, 采用光电门进行数据采集, 再利用编程手段, 完成了数据处理, 从而实现了物理规律的定量研究, 直接得出了运动状态变化的物理量与加速度之间的定量关系。比起传统的实验方法, 利用光电传感器做牛顿第二定律的实验更能够清晰地展示物理现象。研究重力加速度的测量时, 利用光电传感器测量比打点计时器更能够缩小实验的误差, 提高测量的速度和精确度。

传感器技术应用于中学物理实验教学是一次教学手段的革新, 是教育技术的进步。利用光电传感器技术做中学物理实验, 能够使学生在掌握知识的基础上了解现代实验技术和手段, 培养实验能力, 使他们学习物理的热情和积极性得到进一步的提高。而且, 随着传感器技术在物理实验中越来越广泛的应用, 并利用计算机强大的计算功能, 通过仿真, 模拟理想化的实验环境, 帮助学生建立理想化的物理模型, 得出物理规律, 实验效率获得大幅度提高。在这样的环境下探究物理规律, 更有利于提高学生的科学素质。

参考文献

[1]林玉伦.传感器技术在中学物理实验中的应用[J].教学仪器与实验, 2005, 21 (3) :17-18.

[2]黄贤武, 郑筱霞.传感器原理与应用[M].北京:高等教育出版社, 2004:131-132.

[3]何道清.传感器与传感器技术[M].北京:科学出版社, 2005:231.

[4]刘克哲.物理学[M].北京:高等教育出版社, 2002:28.

[5]张雄, 王黎智.物理实验设计与研究[M].北京:科学出版社, 2003:162-163.

光电传感器及应用 篇8

随着广州地铁客流的不断攀升，设备的工作频率也不断提高，要使我们的设备能经受住客流考验，其中一个重要环节就是要确保我们设备中的传感器处于一个正常的状态。因为传感器如果出现异常情况，将有可能直接导致整台设备的故障或停用。通过对光电传感器的原理结构分析结合现场设备中传感器的使用情况，总结出多种方法来减少外界环境因素对传感器的使用产生的不良干扰，或者说如何保养维护好本专业设备中的传感器。

2 光电传感器简单介绍

2.1 传感器的定义

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC)的定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。

2.2 光电传感器的构造

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电开关(光电传感器)在一般情况下，有三部分构成：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。

2.3 光电传感器的工作原理

光电开关是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的，通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

2.4 光电传感器的分类

光电传感器可用于检测多种非电量，按其输出量的性质可分为：第一类，模拟量光电传感器检测系统。第二类，开关量光电传感器检测系统。

按照工作方式可分为：第一类，漫反射式光电开关：集发射器和接收器于一体，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和颜色决定。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。这类光电开关其实广州地铁站内的自动售票机上就有安装，用于检测若有乘客靠近便从广告模式转为售票模式。第二类，镜反射式光电开关：亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。特征：辨别不透明的物体;借助反射镜部件，形成高的有效距离范围;不易受干扰，使用在野外或者有灰尘的环境中比较可靠。广州地铁车站内的自动售票机内的纸币机就有用到这种光电传感器，通过镜面反射的原理来测量投入纸币的长度、颜色等参数。第三类，对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。闸机通道传感器便是采用了这种光电开关，当乘客通过时，阻断了发射器发出的光线，于是光电开关产生开关信号。第四类，槽式光电开关：通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体，使用安全可靠。自动售票机内部的纸币模块、硬币模块以及单程票模块很多位置均采用了槽式光电开光。第五类，光纤式光电开关：主要对距离远的被检测物体进行检测。

3 如何选择合适的光电传感器

光电传感器主要参数有：尺寸、传感模式、传感范围、安装方式、输出、工作模式、工作电压、连接方式、光源、封装材料。

我们可以采用以下两种方式来缩小范围：首要考虑的是被检测对象和传感器的工作环境。光学性质与物理距离将决定采用何种传感模式与哪种光源最合适。LED虽比较便宜，但由于它是一种散射度较高的光源，因此适合短距离使用。激光可聚焦在一个点上，因此能获得传播距离更远的光束。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。高温、高危、多尘、强磁场、潮湿等环境因素都需要考虑到其中。

4 维护保养方法

针对当前现场设备中光电传感器的使用现状，总结出如下几种维护保养方法，用于减少各种因素对传感器产生的干扰。常用的方法有以下几种：1)周期性的清洁。根据设备经统计得出的大概的灰尘累积速度制定出针对每台设备的传感器做出一个周期性的维护计划。2)减震。一线设备不可避免的要和乘客直接接触，难免会产生一些机械振动或冲击，从而对测量结果产生干扰，甚至导致得不到正确的结果或无法测量。因此对于这些机械类的干扰应当采用减震的措施来解决，例如在适当的位置采用减震软垫、减震弹簧、隔板消震等措施。3)屏蔽与接地。静电屏蔽罩要使之有效，就得在屏蔽内信号源接地处与零信号基准电位相连接。4)保护传输。传感器的输出线及它与测试系统之间的连线最好是用双绞线。双绞线的波阻抗高，抗共模噪声能力强，能使各个小环节的电磁感应干扰相互抵消。另外，长距离传输一般采用差分信号方式，可提高抗干扰能力。5)滤波法。用电容和电感线圈或电容和电阻组成滤波器连接在测量电路输入端、放大器输入端或测量桥路与放大器之间，以防止干扰信号进入放大器，使干扰信号衰减。6)稳压技术。采用稳压电源对防止电网电压波动干扰仪器正常工作十分有效。7)软件补偿技术。外界因素(如关照度、温度、湿度、空气中灰尘含量等)的变化也会引起某些参数的变化，造成信号的偏差。利用相关软件根据外界因素的变化和误差曲线进行修正，去掉部分干扰。

摘要：信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理, 而信息采集的关键是传感器, 传感器技术已成为现代信息技术的重要组成部分。而恰恰在我们的工作当中很多的地铁站级设备都涉及到传感器的使用, 尤其是光电传感器。因此本论文主要介绍光电传感器的工作原理、分类及各类别的适用场合, 选择光电传感器应考虑的因素, 以及一些有针对性的、相对较简单的、可行性较强的维护保养方法。

关键词：传感器,地铁,检测技术,光电开关

参考文献

[1]广州地铁运营事业总部自动售检票系统培训教材, 2009.

[2]一、二号线自动售检票系统车站级设备检修修程, 2008.

[3]余瑞芬.传感器原理[M].北京:航空工业出版社, 1995.

光电传感器及应用 篇9

监控装置在保证铁路运输生产安全中发挥的作用是众所周知的, 人们都习惯地叫它“黑匣子”, 在运输生产安全中是至关重要的。监控装置良好作为列车行车的必要条件, 如若发生故障, 必须更换机车, 必将严重干扰正常的运输秩序。

监控装置工作原理是目标—速度模式曲线, 所发出的每一项控制指令都是与机车运行速度分不开的, 所以没有机车运行速度, 监控装置也就不可能执行任何控制, 监控装置机车的运行速度来自于机车轴头上安装的光电速度传感器, 所以光电速度传感器的好坏直接影响到监控装置的安全控制功能, 进而影响到运输生产安全。光电速度传感器利用率高, 工作环境恶劣, 减少速度传感器故障, 是降低监控装置故障的主要内容。

二、光电速度传感器工作原理

2.1基本工作原理

用一个光源 (发光二极管) 经随车轮转动的光栅盘变为断续光, 致使光断续器中的光敏二极管通断运行, 经电路的放大整形后, 输出与转速成比例的方波脉冲序列。

2.2主要结构

由支承结构、转轴及万向联轴传动机构、光电转换电路系统 (又称电子模块) 三部分组成。光栅盘固定在转轴轴伸端部, 光敏探头安装在光栅盘两侧, 固定在底座上, 转轴由轴承2X46 204支承在底座上, 万向联轴节输出端机械接口为弹性方榫。

2.3主要性能参数

(1) 每转脉冲数:200; (2) 方波最低高电平>=9v; (3) 方波最高低电平<=2v; (4) 方波最小占空比MIN>=30%; (5) 方波最大占空比MAX<=70%; (6) 最大相位差<=135度; (7) 最小相位差>=45度。

三、光电速度传感器常见故障及处理方法

3.1万向联轴节转轴折断

(1) 万向轴联轴节的单叉节, 磨耗、变形、同轴度都容易导致转轴折断。检修万向联轴节状态, 间隙大, 有永久变形, 同轴度不符合要求, 必须更换传动轴;建议厂家适当提高单叉节轴承套磨耗强度。 (2) 转轴与方孔套之间无法滑动, 机车经过曲线或侧向道岔时, 突然拉伸将方轴从联轴节处拉断。注意检查转轴与方孔套间润滑状态, 必要时涂油。 (3) 转轴机构轴承不良, 导致转轴在联轴节处折断。检查轴承状态, 发现有卡滞、松旷时, 更换轴承。 (4) 速度传感器轴头端盖方孔套同心度导致的传动轴折断。建议采取一体的轴头端盖方孔套, 利用原轴头端盖焊接时, 要求保证方孔套与端盖的同心度和垂直度。

3.2转轴与方孔套间隙过大导致显示速度与实际速度不符

(1) 当速度传感器转轴与轴头方孔套间旷量大, 会导致两种情况出现:一是运行中转轴在方孔套内活动, 带动光栅活动, 导致监控装置计算运行速度错误;二是转轴在套内转动, 产生“轮对空转”和“轮对滑行”, 产生速度信号错误。 (2) 采取措施: (1) 检查速度传感器转轴输出端方榫, 发现弹簧片脱落的, 更换转轴。 (2) 检查方孔套:用标准轴, 插入方孔套内检查侧向间隙, 大于0.5mm必须更换轴头方孔套端盖。

3.3转轴插入方孔套的镶入量

(1) 轴端方孔套长度与速度传感器转轴长度各不相同, 若转轴进入方孔套的镶入量过小, 在曲线或道岔处, 轴箱有横动量易导致转轴从方孔套内拔出, 造成速度传感器故障。 (2) 在安装速度传感器时, 必须检查转轴镶入量应大于40mm。 (3) 测量方法:待安装的速度传感器转轴端头平面, 顶在方孔套端头平面上, 用直尺测量轴箱端盖平面至速度传感器底座平面之间的距离, 即为转轴的镶入量。

3.4速度传感器光栅盘

速度传感器光栅盘孔变形或异物堵塞, 光感脉冲计数错误, 监控装置计算速度与实际速度不符。解体检查速度传感器光栅盘, 清除异物, 变形的一律更换。

3.5速度传感器电子模块故障及采取措施

(1) 该部件是基础部件, 由于利用率高, 工作环境差, 比较容易发生故障;电子元件老化, 电器指标降低, 会产生“轮对空转”、“轮对滑行”、“速度信号故障”等故障现象。 (2) 首先要加强预防, 途中故障提示司机要主动向检测人员提出修理。其次要认真分析全程记录, 发现速度方面的异常及时通知处理。第三检修人员要精心检查、修理、检测, 电子模块各项指标必须达到要求, 否则一律更换。

四、加装备用传感器的作用