光電傳感器是在各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中獲得光電轉(zhuǎn)換的小型電子產(chǎn)品和關(guān)鍵部件。它主要利用光的各種特性來(lái)測(cè)試物體的存在和表面狀態(tài)的變化。光電傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人，因?yàn)樗哂蟹墙佑|、響應(yīng)速度快、性能可靠的特點(diǎn)。

　　光電傳感器。

　　光電傳感器通常由光源、光路和光電元件三部分組成。將檢測(cè)到的變化轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化，然后借助光電元件將光信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　光效應(yīng)原理。

　　光電元件是光電傳感器最重要的組成部分，其核心工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒的二象性，光由光速運(yùn)動(dòng)光子組成。當(dāng)物體被光照射時(shí)，其內(nèi)部電子吸收光子的能量并改變其狀態(tài)，其電氣特性也會(huì)發(fā)生變化。這種情況被稱為光電效應(yīng)。

　　光電效應(yīng)根據(jù)電氣特性狀態(tài)的不同變化分為以下三類：

　　外部光電效應(yīng)。

　　在光線作用下逃離材料表面的情況稱為外部光電效應(yīng)。光電元件基于外部光電效應(yīng)包括光電管、光電倍增管等。

　　二是光電導(dǎo)向效應(yīng)。

　　吸收光子后，半導(dǎo)體中的電子不能跳出半導(dǎo)體，從而改變物體的電導(dǎo)率，或者產(chǎn)生光電勢(shì)的現(xiàn)象稱為內(nèi)部光電效應(yīng)。根據(jù)其工作原理，內(nèi)部光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)率效應(yīng)和光伏效應(yīng)。光電元件基于光電導(dǎo)率效應(yīng)包括光敏電阻和光敏晶體管。

　　三是光生伏特效。

　　在光線的作用下，物體在一定方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)稱為光伏效應(yīng)?；诠夥?yīng)的光電元件包括光電池和光敏二極管。三極管等。

　　電力元件的工作原理。

　　基于不同的光電效應(yīng)，我們來(lái)看看它們是如何工作的：

　　外部光電效應(yīng)器件。

　　光電器件是利用物質(zhì)在光照下發(fā)射電子的外部光電效應(yīng)制成的，一般是真空或充氣的光電器件，如光電管和光電多管。

　　以光電管為例。當(dāng)入射光直接射向負(fù)極時(shí)，單個(gè)光子將其所有能量傳遞給負(fù)極材料中的自由電荷，從而增加自由電子的能量。當(dāng)電子獲得的能量大于負(fù)極材料時(shí)，它可以克服金屬表面的束縛，產(chǎn)生電子發(fā)射，這就是所謂的光電子。只有當(dāng)入射光頻率高于極限頻率時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電子。

　　光電產(chǎn)生后，它們被真空管中的陽(yáng)極吸收，然后產(chǎn)生電流。如果此時(shí)光強(qiáng)度增加，更多的光子會(huì)照射到負(fù)極材料上，從而產(chǎn)生更多的光電子，光電流也會(huì)相應(yīng)增加。當(dāng)確定電阻R值時(shí)，電路中的光電流與入射光的光強(qiáng)度成為函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光強(qiáng)可以通過(guò)測(cè)量電路讀取的電流來(lái)計(jì)算。

　　內(nèi)部光電效應(yīng)器件。

　　光電效應(yīng)設(shè)備被稱為內(nèi)部光電效應(yīng)設(shè)備，它利用光照下物質(zhì)的電導(dǎo)能量進(jìn)行變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。

　　根據(jù)能帶理論，電子在自由原子中的能量狀態(tài)并不是任意的，電子只能存在于一定的能量水平?？梢苑譃閮r(jià)格帶。禁止和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動(dòng)，而不是在價(jià)格帶中流動(dòng)。在外部影響下，電子可以通過(guò)價(jià)格帶的間隙通過(guò)價(jià)格帶進(jìn)入導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻。

　　不同導(dǎo)體的縫隙厚度不同，絕緣物體的縫隙較寬，使得電子很難從價(jià)格帶變成導(dǎo)帶，所以電阻很大;金屬導(dǎo)體沒(méi)有縫隙，價(jià)格帶與導(dǎo)帶連接，導(dǎo)電性能好。

　　電子吸收光子能量后，導(dǎo)體電阻從價(jià)格帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶，稱為內(nèi)部光電效應(yīng)。利用這種效果，檢測(cè)的光量可以通過(guò)觀察電阻的變化來(lái)決定。

　　光生伏特效器件。

　　光伏效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)，是指光照后物體產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的情況。光電池是一種自發(fā)光電元件。當(dāng)它暴露在光下時(shí)，它可以在某個(gè)方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。沒(méi)有電源，只要打開(kāi)外部電路，電流就會(huì)通過(guò)。具體工作原理如下:

　　光伏電池是一個(gè)大面積的PN結(jié)，混合在一個(gè)N型硅片上形成的大規(guī)模PN結(jié)。P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射到P區(qū)表面時(shí)，如果光子能量大于硅的嚴(yán)禁總寬度，P區(qū)每吸收一個(gè)光子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。P區(qū)表面吸收的光子越多，刺激的電子空穴就越多，PN結(jié)區(qū)就越少。由于PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方向是由N區(qū)指向P區(qū)，所以會(huì)擴(kuò)散到PN結(jié)周圍的電子-空穴對(duì)分離，生電子被推到N區(qū)，光生空穴留在P區(qū)。因此，如果N區(qū)有負(fù)電，P區(qū)就會(huì)產(chǎn)生電。

　　光電傳感器的分類。

　　光電傳感器按檢測(cè)方法分為漫反射型、反射型。

　　根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)方法，光電傳感器的結(jié)構(gòu)如下：

　　槽型光電傳感器(1)。

　　一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器零距離安裝在一個(gè)凹槽的兩側(cè)。發(fā)光器可以傳輸紅外線或看到光線，光接收器可以接收光線而不受阻礙。然而，當(dāng)檢測(cè)到的物體通過(guò)凹槽時(shí)，光線被阻擋，光電開(kāi)關(guān)移動(dòng)。導(dǎo)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或連接負(fù)載電流，完成一個(gè)控制動(dòng)作。由于整體結(jié)構(gòu)的限制，槽開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離一般只有幾厘米。

　　對(duì)射光電傳感器(2)。

　　如果發(fā)光器與接收器分離，可以增加檢查距離。由發(fā)光器和接收器組成的光電開(kāi)關(guān)稱為對(duì)射分離光電開(kāi)關(guān)，稱為對(duì)射光電開(kāi)關(guān)。它的檢查距離可以達(dá)到幾米甚至幾十米。在使用過(guò)程中，發(fā)光器和接收器安裝在檢測(cè)器通過(guò)路徑的兩側(cè)。當(dāng)檢測(cè)器通過(guò)時(shí)，光路被阻擋，接收器將導(dǎo)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

　　反光板型光電開(kāi)關(guān)。

　　發(fā)光器和集光器安裝在同一設(shè)備中，反射器安裝在前面，光電控制按反射原理完成，稱為反射反射(或反射反射)光電開(kāi)關(guān)。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反射器反射，被集光器接收;一旦光路被檢測(cè)物體堵塞，集光器無(wú)法接收光線，光電開(kāi)關(guān)就會(huì)移動(dòng)并導(dǎo)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。

　　(4)擴(kuò)散反射光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)頭也配備了發(fā)光器和光收集器，但是前面沒(méi)有反射器。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光收集器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)器通過(guò)并折射光部時(shí)，光收集器接收光信號(hào)并導(dǎo)出開(kāi)關(guān)信號(hào)。光電傳感器的基本特征包括輸出電流和接收器兩端電壓之間的關(guān)系曲線。輸出電流和發(fā)射器輸入電流之間的關(guān)系曲線。輸出電流的關(guān)系曲線隨著溫度的變化而變化。脈沖響應(yīng)特性曲線等。

　　光電傳感器的特點(diǎn)。

　　具有下列特點(diǎn)的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用：

　　檢測(cè)距離長(zhǎng)。

　　若在對(duì)射型中保持超過(guò)10m的檢測(cè)距離等，則可實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)方法(磁性、超聲等)無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)。

　　對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的限制較少。

　　由于檢測(cè)對(duì)象造成的陰影和反射是檢測(cè)原理，它能檢測(cè)出玻璃、塑料、木材、液體等大部分物體，而非靠近傳感器，將檢測(cè)對(duì)象控制在金屬上。

　　響應(yīng)時(shí)間短。

　　光線本身是高速的，而且傳感器電路是由電子元件組成的，因此不包括機(jī)械工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間短。

　　4.高分辨率。

　　高分辨率可以通過(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)將投射光束集中在小光斑上，并通過(guò)生成特殊的接收光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它還可以檢查小物體和高精度位置。

　　能實(shí)現(xiàn)非接觸檢查。

　　無(wú)需機(jī)械地觸摸檢測(cè)對(duì)象，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)對(duì)象和傳感器造成傷害。所以，傳感器可以長(zhǎng)期使用。

　　可以實(shí)現(xiàn)色彩判別。

　　根據(jù)投射光的光波長(zhǎng)和檢驗(yàn)對(duì)象的顏色組合，檢驗(yàn)對(duì)象形成的光的折射率和吸收率是不同的。利用這種性質(zhì)，我們可以檢測(cè)測(cè)試對(duì)象的顏色。

　　方便調(diào)整。

　　可視光投射類型中，雙眼可以看到投射光束，便于調(diào)整檢測(cè)對(duì)象的位置。