光電傳感器的應(yīng)用實(shí)例詳解

光電傳感器由于反應(yīng)速度快， 能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，而且精度高、分辨率高、可靠性好，加之光電傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，廣泛應(yīng)用于軍事、宇航、通信、智能家居、智能交通、安防、LED照明、玩具、檢測與工業(yè)自動(dòng)化控制等多種領(lǐng)域。

光電傳感器的煙塵濁度監(jiān)測

防止工業(yè)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(jiān)測、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。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(dá)光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。

煙霧報(bào)警器也是用光電傳感器作為核心部件，可以用來測量煙的濃度， 它由紅外發(fā)光二極管及光電三極管組成，但二者不在同一平面上（有一定角度）。在無煙狀態(tài)時(shí)，光電三極管接收不到紅外線；當(dāng)煙霧進(jìn)入到感應(yīng)室后，煙霧粒子會(huì)將部分光束散射到光電三極管上，當(dāng)煙霧的濃度逐漸加大時(shí)，就會(huì)有更多的光束被散射到感應(yīng)器上，當(dāng)?shù)竭_(dá)傳感器的光束達(dá)到一定的程度，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號。

條形碼掃描筆中的光電傳感器

當(dāng)掃描筆頭在條形碼上移動(dòng)時(shí)，若遇到黑色線條，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)遇到白色間隔時(shí)，發(fā) 光二極管所發(fā)出的光線，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導(dǎo)通。整個(gè)條形碼被掃描過之后，光敏三極管將條形碼變形一個(gè)個(gè)電脈沖信號，該信 號經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，完成對條形碼信息的識別。

光電傳感器在點(diǎn)鈔機(jī)中計(jì)數(shù)作用

點(diǎn)鈔機(jī)中必不可少的組成之一就是光電傳感器。點(diǎn)鈔機(jī)的計(jì)數(shù)器采用非接觸式紅外光電檢測技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

點(diǎn)鈔機(jī)的計(jì)數(shù)器采用兩組紅外光電傳感器。每一個(gè)傳感器由一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)接收紅外光的光敏三極管組成，兩者之間留有適當(dāng)距離。

當(dāng)無鈔票通過時(shí)，接收管受光照而導(dǎo)通，輸出為0。當(dāng)有鈔票通過瞬間，擋住紅外光，接收管光通量不足，輸出為1。鈔票通過后，接收管又接收到紅外光導(dǎo)通。這樣就在該部分電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，這些信號經(jīng)后續(xù)電路整形放大后輸入單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)，并相應(yīng)完成計(jì)數(shù)和顯示。點(diǎn)鈔機(jī)之所以采用兩組光電傳感器，是為了檢測紙幣的完整性，避免殘幣被計(jì)入。

通過光電傳感器來檢測鈔票的計(jì)數(shù)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鈔票數(shù)目的累計(jì)，最后用液晶及外部顯示部分直觀地將鈔票數(shù)顯示給用戶，并且在出現(xiàn)異常時(shí)可自動(dòng)向用戶報(bào)警。

光電傳感器應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)

隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來研制自動(dòng)抄表系統(tǒng)。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對管，則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進(jìn)入微機(jī)。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動(dòng)抄表系統(tǒng)。

光電傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用

光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，在輕工自動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。

光電式帶材跑偏檢測器

帶材跑偏檢測器用來檢測帶型材料在加工中偏離正確位置的大小及方向，從而為糾偏控制電路提供糾偏信號，主要用于印染、送紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過程中。

光電式帶材跑偏檢測器原理如圖1所示。光源發(fā)出的光線經(jīng)過透鏡1會(huì)聚為平行光束，投向透鏡2，隨后被會(huì)聚到光敏電阻上。在平行光束到達(dá)透鏡2的途中，有部分光線受到被測帶材的遮擋，使傳到光敏電阻的光通量減少。

圖1 帶材跑偏檢測器工作原理

圖2為測量電路簡圖。R1、R2是同型號的光敏電阻。R1作為測量元件裝在帶材下方，R2用遮光罩罩住，起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)帶材處于正確位置（ 中間位）時(shí)，由R1、R2、R3、R4組成的電橋平衡，使放大器輸出電壓U0為0。當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減少，光敏電阻R1阻值減少，電橋失去平衡。差動(dòng)放大器將這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓為負(fù)值，它反映了帶材跑偏的方向及大小。反之，當(dāng)帶材右偏時(shí)，U0為正值。輸出信號U0一方面由顯示器顯示出來，另一方面被送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為糾偏控制系統(tǒng)提供糾偏信號。

圖2 帶材跑偏檢測器測量電路

包裝充填物高度檢測

用容積法計(jì)量包裝的成品，除了對重量有一定誤差范圍要求外，一般還對充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。圖3所示為借助光電檢測技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度h偏差太大時(shí)，光電接頭沒有電信號，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。

圖3 利用光電檢測技術(shù)控制充填高度

光電色質(zhì)檢測

圖4為包裝物料的光電色質(zhì)檢測原理。若包裝物品規(guī)定底色為白色，因質(zhì)量不佳，有的出現(xiàn)泛黃，在產(chǎn)品包裝前先由光電檢測色質(zhì)，物品泛黃時(shí)就有比較電壓差輸出，接通電磁閥，由壓縮空氣將泛黃物品吹出。

圖4 包裝物料的光電色質(zhì)檢測原理

彩塑包裝制袋塑料薄膜位置控制

圖5為包裝機(jī)塑料薄膜位置控制系統(tǒng)原理。成卷的塑料薄膜上印有商標(biāo)和文字，并有定位色標(biāo)。包裝時(shí)要求商標(biāo)及文字定位準(zhǔn)確，不得將圖案在中間切斷。薄膜上商標(biāo)的位置由光電系統(tǒng)檢測，并經(jīng)放大后去控制電磁離合器。薄膜上色標(biāo)（ 不透光的一小塊面積，一般為黑色）未到達(dá)定位色標(biāo)位置時(shí)，光電系統(tǒng)因投光器的光線能透過薄膜而使電磁離合器有電而吸合，薄膜得以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，薄膜上的色標(biāo)到達(dá)定位色標(biāo)位置時(shí)，因投光器的光線被色標(biāo)擋住而發(fā)出到位的信號，此信號經(jīng)光電變換、放大后，使電磁離合器斷電脫開，薄膜就準(zhǔn)確地停在該位置，待切斷后再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

圖5 薄膜位置控制系統(tǒng)示意圖

當(dāng)薄膜上的色標(biāo)未到達(dá)光電管時(shí)，光電繼電器線圈無電流通過，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)薄膜繼續(xù)前進(jìn)。當(dāng)色標(biāo)到達(dá)光電管位置時(shí)，光電繼電器線圈有電流，伺服電機(jī)立即停轉(zhuǎn)，因而薄膜就停在那一個(gè)位置。當(dāng)切斷動(dòng)作完成后，又使伺服電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖6所示。

圖6 薄膜位置控制示意圖

其他方面的應(yīng)用

利用光電開關(guān)還可以進(jìn)行產(chǎn)品流水線上的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、對裝配件是否到位及裝配質(zhì)量進(jìn)行檢測，例如灌裝時(shí)瓶蓋是否壓上、商標(biāo)是否漏貼（見圖7），以及送料機(jī)構(gòu)是否斷料（見圖8）等。

圖7 瓶子灌裝檢測示意圖

圖8 送料機(jī)構(gòu)檢測示意圖

此外，利用反射式光電傳感器可以檢測布料的有無和寬度。利用遮擋式光電傳感器檢測布料的下垂度，其結(jié)果可用于調(diào)整布料在傳送中的張力，利用安裝在框架上的反射式光電傳感器可以發(fā)現(xiàn)漏裝產(chǎn)品的空箱，并利用油缸將空箱推出。

光電傳感器應(yīng)用于激光武器

由于光電傳感器對紅外輻射或可見光都特別靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo)。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標(biāo)?；蛘?，如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo)，則致盲將使其失去目標(biāo)。綜上所述，由于傳感器在戰(zhàn)場上發(fā)揮的作用越來越重要，同時(shí)又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的首選目標(biāo)。

光電傳感器在汽車上的應(yīng)用

車載娛樂/導(dǎo)航/DVD系統(tǒng)背光控制，以便在所有的環(huán)境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度；后座娛樂用顯示器背光控制；儀表組背光控制（速度計(jì)/轉(zhuǎn)速計(jì)）；自動(dòng)后視鏡亮度控制（通常要求兩個(gè)傳感器，一個(gè)是前向的，一個(gè)是后向的）；自動(dòng)前大燈和雨水感應(yīng)控制（專用，根據(jù)需求進(jìn)行變化）；后視相機(jī)控制（專用，根據(jù)需求進(jìn)行變化）。

在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應(yīng)用而言至關(guān)重要，因?yàn)檫@些應(yīng)用要求在所有環(huán)境光條件下都能達(dá)到完全的背光效果。

例如，在白天，用戶需要最大的亮度來實(shí)現(xiàn)最佳的可見度，但是這種亮度在對于夜間條件而言則是過亮的，因此帶有良好光譜響應(yīng) （良好的IR衰減）的光傳感器、適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍和整體的良好輸出信號調(diào)節(jié)可以很容易地自動(dòng)完成這些應(yīng)用。終端用戶可以設(shè)置幾個(gè)閾值水平（如低、中、亮光），或能夠隨意地動(dòng)態(tài)地改變傳感器的背光亮度。

這也適用于汽車后視鏡亮度控制，當(dāng)鏡子變暗和/或變亮?xí)r需要智能的亮度管理，可以通過環(huán)境光傳感器來完成。

光電傳感器在消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的應(yīng)用

半導(dǎo)體相似傳感器和封裝開發(fā)的最新進(jìn)展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡單易用性是設(shè)計(jì)者更多地采用光傳感器的原因，更多地應(yīng)用于消費(fèi)類電子。

對于便攜式應(yīng)用，如果用戶不改變系統(tǒng)設(shè)置（通常是亮度控制），那么一個(gè)顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區(qū)域，用戶傾向于提高顯示器的亮度，這就會(huì)增加系統(tǒng)的功耗。而當(dāng)條件變化時(shí)，如進(jìn)入建筑物，大多數(shù)用戶都不會(huì)去改變設(shè)置，因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高。但是，通過使用一個(gè)光傳感器，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測條件變化并調(diào)節(jié)設(shè)置，以保證顯示器處于最佳的亮度，進(jìn)而降低總功耗。

在一般的消費(fèi)類應(yīng)用中，這也能夠延長電池壽命。對于移動(dòng)電話、筆計(jì)本電腦、PAD和數(shù)碼相機(jī)，通過采用環(huán)境光傳感器反饋，可以自動(dòng)進(jìn)行亮度控制，從而延長了電池壽命。

光電傳感器利用光電的變量，還有極其廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)扶梯，自動(dòng)門，防盜警衛(wèi)、自動(dòng)照明、料位控制等等，未來隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和普及，光電傳感器應(yīng)用將滲透到人類生活的方方面面。