光電傳感器調(diào)研報(bào)告

1、光電傳感器調(diào)研報(bào)告 光電傳感器調(diào)研報(bào)告前言 前言：在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已經(jīng)入瞬息萬變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ?，生產(chǎn)過程中，主要依靠檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，目前我國(guó)已將檢測(cè)技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。 由于微電子技術(shù)，光電半導(dǎo)體技術(shù)，光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展，使得光電傳感器的應(yīng)用與日俱增。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高可靠性、高精度、可測(cè)參數(shù)多、反應(yīng)快以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈

2、活多樣等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，它一種是以光電效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，由光電材料構(gòu)成的器件。一、理論基礎(chǔ) 一、理論基礎(chǔ)——光電效應(yīng) 光電效應(yīng)光電效應(yīng)一般有外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會(huì)克服束縛脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)，光子是運(yùn)動(dòng)著的粒子流，每種光子的能量為 hv(v

3、為光波頻率，h 為普朗克常數(shù)，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能量將會(huì)增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律：式中，m 為電子質(zhì)量,v 為電子逸出的初速度,A 微電子所做的功。由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是 h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對(duì)每一種陰極材料，

4、入射光都有一個(gè)確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，都不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限” 。相應(yīng)的波長(zhǎng)為 式中，c 為光速，A 為逸出功。當(dāng)受到光照射時(shí)，吸收電子能量，其電阻率降低的導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)。它屬于內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)光照在半導(dǎo)體上是，若電子的能量大與半導(dǎo)體禁帶的能級(jí)寬度，則電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子，同時(shí)，價(jià)帶留下相應(yīng)的空穴。電子、空穴仍留在半導(dǎo)體內(nèi)，并參與導(dǎo)電在外電場(chǎng)作用下

5、形成的電流。除金屬外，多數(shù)絕緣體和半導(dǎo)體都有光電效應(yīng)，半導(dǎo)體尤為顯著，根據(jù)光導(dǎo)效應(yīng)制造的光電元件有固有入射光頻率，當(dāng)光照在光電阻上，其導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻值下降。光強(qiáng)度愈強(qiáng)，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢復(fù)到原阻值。半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，據(jù)此效應(yīng)制造的光電器件有光電池，光電二極管，管控晶閘管和光耦合器等。二、 二、光電 光電傳感器 傳感器原理 原理光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的

6、基本結(jié)構(gòu)如圖 6，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).光電傳感器一般由光源,光學(xué)通路和光電元件三部分組成.光電檢測(cè)方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測(cè)參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)A - h m 21 2 ? ? ?A hcK ? ?型號(hào)：KI,KB,

7、KR,KP,KA 等系列 種類：光電 封裝形式：防塵，PCB 直插，連接頭，軟線等形式 感性距離：1mm~2000mm 技術(shù)參數(shù)查詢：http://www.shinkoh-elecs.jp 品牌：SHINKOH ELECS 輸出信號(hào)：模擬型，數(shù)字型（施密特電路） ，抗干擾型等四．傳感器指標(biāo) 四．傳感器指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：傳感器具有防水、抗凝、精確度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、適合野外使用等優(yōu)良性能。數(shù)據(jù)采集終端使用嵌入式操作系統(tǒng)及無線通信收發(fā)模塊集

8、成，采用模塊化設(shè)計(jì)易擴(kuò)展，適應(yīng)多種類型傳感器，可以定時(shí)休眠和喚醒，可同時(shí)滾存數(shù)百組數(shù)據(jù)。信息數(shù)據(jù)傳輸采用 2.4G 頻 IEEE802.15.4 傳輸協(xié)議完成區(qū)域自動(dòng)智能組網(wǎng)傳輸，采用GPRS 完成超遠(yuǎn)距傳輸和互聯(lián)網(wǎng)對(duì)接傳輸。能源配置有電池、太陽能和電網(wǎng)等多種能源支持方式。管理接收主控具有 USB 口或串口接收環(huán)境信息數(shù)據(jù)，可以擴(kuò)展終端機(jī)和傳感器，可以增加和修改傳感器公式，可以支持多品種傳感器，具有網(wǎng)絡(luò)接口可以進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可以數(shù)據(jù)導(dǎo)

9、出，有顯示接口可以接液晶顯示屏，有硬盤擴(kuò)展接口可以增加存儲(chǔ)容量，有大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)和管理大流量數(shù)據(jù)。智能控制器采用模塊化設(shè)計(jì)，具有與主控?cái)?shù)據(jù)交互功能，能完成多通道、多類型設(shè)備的管理和控制，具有人機(jī)交互功能，能完成人工控制管理，具有安全工作保障功能，使用嵌入式軟件完成可選、可修訂的多階段控制系統(tǒng)。性能指標(biāo)：1.靈敏度：指沿著傳感器測(cè)量軸方向?qū)挝徽駝?dòng)量輸入 x 可獲得的電壓信號(hào)輸出值u，即 s=u/x。與靈敏度相關(guān)的一個(gè)指標(biāo)是分辨

10、率，這是指輸出電壓變化量△u 可加辨認(rèn)的最小機(jī)械振動(dòng)輸入變化量△x 的大小為了測(cè)量出微小的振動(dòng)變化，傳感器應(yīng)有較高的靈敏度。 2.使用頻率范圍：指靈敏度隨頻率而變化的量值不超出給定誤差的頻率區(qū)間。其兩端分別為頻率下限和上限。為了測(cè)量靜態(tài)機(jī)械量，傳感器應(yīng)具有零頻率響應(yīng)特性。傳感器的使用頻率范圍，除和傳感器本身的頻率響應(yīng)特性有關(guān)外，還和傳感器安裝條件有關(guān)（主要影響頻率上限） 。 3.動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍即可測(cè)量的量程，是指靈敏度隨幅值的變

11、化量不超出給定誤差限的輸入機(jī)械量的幅值范圍。在此范圍內(nèi)，輸出電壓和機(jī)械輸入量成正比，所以也稱為線性范圍。動(dòng)態(tài)范圍一般不用絕對(duì)量數(shù)值表示，而用分貝做單位，這是因?yàn)楸粶y(cè)振值變化幅度過大的緣故，以分貝級(jí)表示使用更方便一些。 4.相移：指輸入簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，輸出同頻電壓信號(hào)相對(duì)輸入量的相位滯后量。相移的存在有可能使輸出的合成波形產(chǎn)生崎變，為避免輸出失真，要求相移值為零或 Π，或者隨頻率成正比變化。五、光電元件 五、光電元件根據(jù)外光電元件制造的光電元