传感器大作业(光电式传感器)

传感器大作业题目：光电式传感器系院：信息工程学院专业：XXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXXXXX姓名：小王学号：201000000目录光电式传感器............................................................................................................1光电传感器内容.......................................................................................................21.1工作原理.........................................................................................................21.2测量的物理量及其范围.................................................................................31.3透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用.............................................31.4技术指标、参考价格及生产厂家.................................................................41.5光电检测的优缺点.........................................................................................41.6光电传感器的改进措施.................................................................................51.6.1发射光源的改进..................................................................................51.6.2光敏器件的改进..................................................................................51.6.3信号采集电路的改进..........................................................................51.6.4信号滤波处理......................................................................................51.7对课程教学的建议.........................................................................................5参考文献.....................................................................................................................7检索方式.....................................................................................................................81.1教科书..............................................................................................................81.2科技期刊.........................................................................................................81.3网络.................................................................................................................91光电式传感器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，在当代科学技术中占有十分重要的地位。传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也被称为换能器。光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等特点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的内容及其丰富，它可用于检测直接引起光强变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，在检测和控制领域获得了广泛的应用。2光电传感器内容1.1工作原理传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其他的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。光电二极管(photodiode)又称光敏二极管，它是利用光电效应制成的单PN结光敏器件。其特点是在没有光照的情况下，反向电阻呈高阻态，一旦有光照射时反向漏电流迅速增大，反向电阻急剧降低。光电二极管可用于光电式传感器、光电输入机、光电转换自动控制器以及光电读出装置中。1.利用万用表检查光电二极管的方法①用一张黑纸把光电二极管遮盖住，将万用表拨于R×1K档，黑表笔接光电二极管的负极，红表笔接正极时，电阻值应为几百千欧至无穷大。②把管子放在室内有阳光斜射的地方，同时转动管子，调整光线的入射角，以改变光通量。可以发现，光电二极管所接收到的光线愈强，管子的反向电阻就愈小，可从几百千欧一直降成几千欧。2.注意事项①测量时光电二极管的极性不得接反，必须加反向偏压。②在业余条件下也可用2AP系列检波二极管代替光电二极管，用小刀将玻壳表面的黑漆刮掉即可，只是电流灵敏度比光电二极管低。31.2测量的物理量及其范围光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。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。光电传感器的敏感波长在可见光（0．38～0．76um）附近，包括红外线（0．76～1000um）和紫外线波长（0．005～0．4um）。1.3透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可判断物体的存在与否。用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的存在、运动方向、转速等。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通过光在烟道传输过程中的变化来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒吸收和折射后，到达检测器的光量减少，因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。应用奥托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M—TDT透射式小型光电传感器，其光源(发光器)与接收器不在同一个机壳内，先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电;接着在“ON”状态设定好发射器的中心位置，然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置;最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。图1是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图。了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与CO2对光源衰减的影响，选取可见光作光源(400nm～700nm波长的白炽光)，光检测器选光谱响应范围为400nm～600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增益、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零余调满刻度，以保证测试的准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组4成，当运算放大器输出浊度信号超过规定值时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。1.4技术指标、参考价格及生产厂家光电传感器的主要技术指标有：静态特性、动态特性、线性度、灵敏度和分辨率。光电传感器主要参数：1、尺寸；2、传感模式；3、传感范围；4、安装方式；5、输出；6、工作模式；7、工作电压；8、光源；9、连接方式；10、封装材料。特殊功能包括：1、可处理高速和/或高温；2、逻辑控制；3、可计算机编程；4、网络兼容性。参考价格：1、光电式传感器FS-RI02（12元/个）；2、TCRT5000（3.6元/个）；3、E18-D80NK（17元/个）；4、ST188（1.49元/个）。国内外比较著名的生产光电传感器厂家有：德国di-soric、美国MEAS、上海中沪电子、台湾KFPS、浙江华感电子等。1.5光电检测的优缺点光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展，产品的成本大为降低。近年来，新的光电器件不断涌现，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。51.6光电传感器的改进措施1.6.1发射光源的改进在以往的传感器中，发射光源都是普通的发光二极管，由于发光二极管的谱带较宽，发散面积大，往往会导致信号质量变差，受环境光干扰严重。传感器采用激光二极管作为发射光源，与普通的发光二极管相比具有以下优点：(1)激光二极管发射的光线光谱宽度窄，具有很好的单色性；(2)方向性强，发光面积小，发散面小，不容易受到背景光干扰；(3)激光二极管具有效率高、体积小、寿命长和输出功率小的优点。1.6.2光敏器件的改进在传统的光电式脉搏传感器设计中，光敏元件与后端放大电路相互分离。一般情况下，光敏元器件输出的电流很低，通过光电转换得到的包含脉搏信息的电信号一般比较微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，同时光敏器件和后端放大电路分离，需要对采集电路进行电磁屏蔽。传感器采用了新型的光敏器件，在芯片内部集成光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏信号的干扰。1.6.3信号采集电路的改进在光电式脉搏传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含脉搏信息，而且还包含测量环境