基于光电式传感器的实际应用

金肯职业技术学院毕业论文（设计）11金肯职业技术学院毕业设计（论文）（2010级）题目基于光电式传感器的实际应用系别机械与汽车工程系专业机电一体化技术学生姓名陆祉祥学号1001030114指导老师许凌顾问老师二〇年月金肯职业技术学院毕业论文（设计）22目录第一章传感器的概述.....................................................51.1传感器的组成和分类..............................................51.2传感器的基本特性................................................6第二章光电传感器的发展状况及趋势.......................................122.1光电传感器的发展状况............................................122.2光电传感器的发展趋势............................................14第三章基于光电传感器的实际应用.........................................183.1光电传感器在生活中的应用........................................183.2光电传感器在其它方面中的应用....................................21参考文献.................................................................23金肯职业技术学院毕业论文（设计）33【摘要】在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。关键字：光电元件传感器分类传感器应用金肯职业技术学院毕业论文（设计）44ABSTRACTThephotoelectrictransduceradoptsthephotoelectriccomponentasthetransducermeasuringthecomponent.Itchangesthechangemeasuredintoachangeoftheopticalsignalatfirst,thenfurtherchangetheopticalsignalintoanelectricsignalthroughthephotoelectriccomponent.Thephotoelectrictransducerisgenerallymadeupoflightsource,opticalthoroughfareandphotoelectriccomponentthreeparts.Thephotoelectricdetectionmethodhasprecisionhigh,reactsfast,advantageofexposedtoingetc.s,andcanexaminetheparametermore,thetransducerisofsimplestructure,theformisflexible,so,itisveryextensivethatthephotoelectricitytypetransducerisemployedinmeasuringandcontrolling.Thephotoelectrictransducerrealizesthekeycomponentthatthephotoelectricitychangesinvariousphotoelectricdetectionsystems,itchangeintoelectricdeviceofsignalopticalsignal(infraredcanseeingandpurpleotherrayradiation).Thephotoelectricitytypetransducerisregardedphotoelectricdeviceasandchangedthetransducerofthecomponent.Itwasnotelectricconsumptionthatitcausedthelightquantitytochangedirectlythatitcanbeusedformeasuring,onlystrong,illuminance,radiationexaminewarmly,thegascompositionisanalyzedetc.;Otheronesthatcanalsobeusedandmeasuredandcanchangeintoalightquantityandchangearenottheelectricconsumptionsuchaspartdiameter,surfaceroughness,meetsanemergency,thedisplacement,vibration,pace,acceleration,andtheformofobject,discernmentofworkingstate,etc..Thephotoelectricitytypetransducerisnotexposedto,respondthefast,reliablecharacteristicofperformance,sowonextensiveapplicationintheindustrialautomationdeviceandmachinephiltrum.Inrecentyears,newDevicesphotoelectricconstantlyemerge,especiallyCCDpicturethebirthsoftransducer,transducersphotoelectricthefurthertolastchapterinnovatedtoturnon.Keywords:PhotoelectriccomponentTransducerclassificationApplicationoftransducer金肯职业技术学院毕业论文（设计）55第一章传感器的概述1.1、传感器的组成和分类传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。这些不同提法,反映了在不同的技术领域中,只是根据器件用途对同一类型的器件使用着不同的技术术语而已。如在电子技术领域,常把能感受信号的电子元件称为敏感元件,如热敏元件、磁敏元件、光敏元件及气敏元件等,在超声波技术中则强调的是能量的转换,如压电式换能器。这些提法在含义上有些狭窄,而传感器一词是使用最为广泛而概括的用语。传感器的输出信号通常是电量,它便于传输、转换、处理、显示等。电量有很多形式,如电压、电流、电容、电阻等,输出信号的形式由传感器的原理确定。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱,因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调理与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外,信号调理转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源,因此,信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。传感器组成框图如图1-1所示。金肯职业技术学院毕业论文（设计）66图1-1传感器组成框图传感器技术是一门知识密集型技术,它与许多学科有关。传感器的原理各种各样，其种类十分繁多,分类方法也很多,但目前一般采用两种分类方法:一是按被测参数分类,如温度压力、位移、速度等;二是按传感器的工作原理分类,如应变式、电容式、压电式、磁电式等。本书是按后一种分类方法来介绍各种传感器的,而传感器的工程应用则是根据工程参数进行叙述的。对于初学者和应用传感器的工程技术人来说,应先从工作原理出发,了解各种各样传感器,而对工程上的被测参数应着重于如何合理选择和使用传感器。1.2、传感器的基本特性在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。如果把传感器看作二端口网络,即有两个输入端和两个输出端,那么传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。一、传感器的静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入金肯职业技术学院毕业论文（设计）77关系。只考虑传感器的静态特性时,输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。1.线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看,希望具有线性关系,即具有理想的输出输入关系。但实际遇到的传感器大多为非线性,如果不考虑迟滞和蠕变等因素,传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示：y=a0+a1x+a2x2+…+anxn式中:a0——输入量x为零时的输出量;a1,a2,…,an——非线性项系数。各项系数不同,决定了特性曲线的具体形式各不相同。静态特性曲线可通过实际测试获得。在实际使用中,为了标定和数据处理的方便,希望得到线性关系,因此引入各种非线性补偿环节。如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理,从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性。但如果传感器非线性的方次不高,输入量变化范围较小时,可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段,如图1-2所示,使传感器输出—输入特性线性化。所采用的直线称为拟合直线。.图1-2几种直线拟合方法(a)理论拟合；(b)过零旋转拟合；(c)端点连线拟合；(d)端点平移拟合金肯职业技术学院毕业论文（设计）88理论拟合:拟合直线为传感器的理论特性,与测试值无关.过零旋转拟合:常用于校正曲线过零的传感器.端点拟合:把校正曲线两端点的连线作为拟合直线.端点平移拟合:端点拟合的直线进行平移,最大误差减半.实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度）,通常用相对误差γL表示,即式中:ΔLmax——最大非线性绝对误差;YFS——满量程输出。从图1-2中可见,即使是同类传感器,拟合直线不同,其线性度也是不同的。选取拟合直线的方法很多,用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度最高。2．灵敏度灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值,即S=Δy/Δx对于线性传感器,它的灵敏度就是它的静态特性的斜率,即S=Δy/Δx为常数,而非线性传感器的灵敏度为一变量,用S=dy/dx表示。传感器的灵敏度如图1-3所示。图1-33.迟滞%100maxFSLYLr金肯职业技术学院毕