中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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光電傳感器是各種光電檢測系統中實(shí)現光電轉換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見(jiàn)及紫外光輻射）轉變成為電信號的器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。
光電傳感器一般由三部分組成，分為：發(fā)射器，接收器和檢測電路。
光電傳感器原理：
光電元件是光電傳感器中重要的組成部分，它的核心工作原理是不同類(lèi)型的光電效應。根據波粒二象性，光是由光速運動(dòng)的光子所組成， 當物體受到光線(xiàn)照射時(shí)，其內部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會(huì )發(fā)生改變，這樣的現象稱(chēng)為光電效應。光電傳感器通常包括光源，光路和光電元件。通過(guò)將光強度的變化轉換成電信號的變化來(lái)控制光電傳感器。
光電傳感器分類(lèi)：
光電元件有光敏電阻、光電二極管、光電三極管、發(fā)光二極管、光電倍增管、 光電池、光電耦合器件等。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統是多種多樣的，按光電元件輸出量性質(zhì)，光電傳感器可分二類(lèi)，即模擬式光電傳感器和脈沖式光電傳感器；模擬式光電傳感器按被測量方法又可分為透射式、漫反射式、遮光式三大類(lèi)。
光電傳感器應用原理:
1.光電傳感器在高壓大電流測試中的應用 近年來(lái)，采用光學(xué)設備進(jìn)行高壓大電流測量在電力系統中發(fā)展很快，許多新型的光電式傳感器系統已相繼投入現場(chǎng)運行，為高壓大電流的監測帶來(lái)許多便利條件。OCT響應速度快，測量精度高。OCT不同于CT(傳統電流互感器) 的基點(diǎn)在于信號功率小，OCT產(chǎn)品在被測電流從高電位轉換到低電位的過(guò)程中都是用光來(lái)調制的，其光學(xué)儀器部分只有微瓦級的功率，而CT的次級線(xiàn)圈需要瓦級的功率。
2.光電傳感器在轉速測量系統中的應用 在機械自動(dòng)化高速發(fā)展的今天，轉速是動(dòng)力機械性能測試中的一個(gè)重要的特性參量，其大小和變化關(guān)系著(zhù)機械運轉是否正常。動(dòng)力機械的許多特性參數往往通過(guò)轉速來(lái)確定，例如電機的輸出功率，而且動(dòng)力機械的振動(dòng)、管道氣流脈動(dòng)與各種工作零件的磨損狀態(tài)等也與轉速密切相關(guān)。及時(shí)監測轉速的變化可以及時(shí)排除機器運轉中的許多故障，避免造成更大損失。轉速測量方法按傳感器的安裝方式來(lái)分類(lèi)，分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)。非接觸式轉速測量分盤(pán)式磁性測量、軸式磁性測量、遮斷式光電測量和反射式光電測量。其中應用廣泛的是光電式測速系統。
3.光電傳感器在繼電保護中的應用 隨著(zhù)電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統的輸送容量和電壓等級不斷提高，傳統的互感器對電網(wǎng)進(jìn)行測量和監控存在著(zhù)許多缺點(diǎn)。目前，應用光電傳感器的光纖互感器和光纖通訊網(wǎng)構成的光纖發(fā)變電站綜合自動(dòng)化系統，已成為電力自動(dòng)化技術(shù)有前景的發(fā)展方向之一。電力互感器是電力系統中重要的電量測量設備，也是實(shí)現電力自動(dòng)化的關(guān)鍵設備。新型有源光電傳感器能夠克服傳統電力互感器的尺寸大、質(zhì)量大、抗干擾差、信息傳輸容量小等缺陷，使得電力系統的安全運行和自動(dòng)化水平均無(wú)法達到要求等缺陷，同時(shí)能以數字信號輸出，取消了大量的二次電纜，為電力系統的安全運行、節約成本、高壓設備無(wú)油化、優(yōu)化二次設備提供了堅實(shí)的基礎。
4.光電傳感器在煙塵濁度監測的應用 防止煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一，為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監測、自動(dòng)顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測的，如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，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。
應用案例1：光電位置偏移檢測
光電式位置偏移檢測器主要是用于對帶型材料的檢測，可以利用這一技術(shù)對在具體加工過(guò)程中的材料進(jìn)行檢測，檢測材料的位置、大小、方向是否符合標準；通過(guò)對這些方面的檢測，能提供具體的錯位位置的信號，有助于控制電路。這個(gè)技術(shù)人們通常用在對印染、膠片等方面的檢測。光電式帶材跑偏檢測器利用的基本原理如下列圖所示。當從光源點(diǎn)發(fā)出的光通過(guò)透鏡1時(shí)，光線(xiàn)由于聚光的原理會(huì )變成光束，然后投向透鏡2，之后會(huì )聚到光敏電阻上。平行光束到達透鏡2之前，一些光線(xiàn)會(huì )因為受到被測帶材的影響，最終到達光敏電阻的光通量會(huì )減少。
應用案例2：光電高度檢測
一般而言，在物品的包裝過(guò)程中，會(huì )有對充填高度的具體要求，以此來(lái)確保物品的外觀(guān)達到規定標準，而對于那些不符合充填高度的產(chǎn)品，將會(huì )被禁止出廠(chǎng)。下圖所示的是關(guān)于光電檢測這一技術(shù)在控制商品填充高度中的應用的基本原理。
如果商品的充填高度超過(guò)了規定的標準值，光電的接頭就會(huì )出現沒(méi)有電信號的現象，然后就會(huì )讓其他機構對物品進(jìn)行處理。
應用案例3：光電色質(zhì)檢測
下圖所展示的是在包裝物料時(shí)候所采取的光電色質(zhì)檢測的基本原理。假定所規定標準的包裝物品的底色是白色但由于質(zhì)量沒(méi)有達到標準等原因，有的商品出現泛黃的現象，在對產(chǎn)品進(jìn)行光電色質(zhì)檢測的時(shí)候，商品泛黃部分就會(huì )出現電壓差；通過(guò)輸出的電壓量的差值，接通電磁閥，最后通過(guò)壓縮空氣將已經(jīng)泛黃了的商品排出。
應用案例4：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程檢測
除上述光電傳感器的實(shí)際應用之外，光電傳感器還可用于進(jìn)行對流水線(xiàn)上的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)量的統計、檢測對裝的配件是否有配置好、檢測其配件的質(zhì)量是否有達到規定的標準，例如，可以對瓶蓋是否壓緊進(jìn)行具體檢測、對商標是否存在漏貼的情況進(jìn)行檢測(見(jiàn)圖4)，能對送料機構中是否出現斷料情況進(jìn)行具體檢測(見(jiàn)下圖)等。
