光电传感器调研分析报告.doc
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1、光电传感器调研报告前言:在科学技术高速发呈当代社会中,人类已经入瞬息万变信息时代,人们在寻常生活,生产过程中,重要依托检测技术对信息经获取、筛选和传播,来实现制动控制,自动调节,当前国内已将检测技术列入优先发展科学技术之一。 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发展,使得光电传感器应用与日俱增。这种传感器具备构造简朴、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反映快以及构造简朴,形式灵活多样等长处,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本,由光电材料构成器件。一、理论基本光电效应 光电效应普通有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上,材料表
2、面电子吸取能量,若电子吸取能量足够大是,电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间,从而变化光电子材料导电性,这种现象成为外光电效应。依照爱因斯坦光电子效应,光子是运动着粒子流,每种光子能量为hv(v为光波频率,h为普朗克常数,h6.63*10-34 J/HZ),由此可见不同频率光子具备不同能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子所有能量交给光子,电子能量将会增长,增长能量一某些用于克服正离子束缚,另一某些转换成电子能量。依照能量守恒定律:式中,m为电子质量,v为电子逸出初速度,A微电子所做功。由上式可知,要使光电子逸出阴极表面必要条件是hA。由于不同材料具备不同逸出功,因而对每一种阴极材料,
3、入射光均有一种拟定频率限,当入射光频率低于此频率限时,无论光强多大,都不会产生光电子发射,此频率限称为“红限”。相应波长为 式中,c为光速,A为逸出功。 当受到光照射时,吸取电子能量,其电阻率减少导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是,若电子能量大与半导体禁带能级宽度,则电子从价带跃迁到导带,形成电子,同步,价带留下相应空穴。电子、空穴仍留在半导体内,并参加导电在外电场作用下形成电流。除金属外,多数绝缘体和半导体均有光电效应,半导体尤为明显,依照光导效应制造光电元件有固有入射光频率,当光照在光电阻上,其导电性增强,电阻值下降。光强度愈强,其阻值愈小,若停止光照,其阻值恢复到
4、原阻值。半导体受光照射产生电动势现象称为光生伏特效应,据此效应制造光电器件有光电池,光电二极管,管控晶闸管和光耦合器等。二、光电传感器原理光电传感器是通过把光强度变化转换成电信号变化来实现控制,它基本构造如图6,它一方面把被测量变化转换成光信号变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器普通由光源,光学通路和光电元件三某些构成.光电检测办法具备精度高,反映快,非接触等长处,并且可测参数多,传感器构造简朴,形式灵活多样,因而,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器普通由三某些构成,它们分为:发送器、接受器和检测电路,发送器对准目的发射光束,发射光束普通来源于半导体光源
5、,发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射,或者变化脉冲宽度。接受器有光电二极管、光电三极管、光电池构成。在接受器前面,装有光学元件如透镜和光圈等。在其背面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。此外,光电开关构造元件中尚有发射板和光导纤维,三角反射板是构造牢固发射装置。它由很小三角锥体反射材料构成,可以使光束精确地从反射板中返回,具备实用意义。它可以在与光轴0到25范畴变化发射角,使光束几乎是从一根发射线,通过反射后,还是从这根反射线返回。光敏二极管是最常用光传感器。光敏二极管外型与普通二极管同样,只是它管壳上开有一种嵌着玻璃窗口,以便于光线射入,为增长受光面积,
6、PN结面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管同样,反向电流很小(A),称为光敏二极管暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。在外电场作用下,光电载流子参于导电,形成比暗电流大得多反向电流,该反向电流称为光电流。光电流大小与光照强度成正比,于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化电信号。 光敏三极管除了具备光敏二极管能将光信号转换成电信号功能外,尚有对电信号放大功能。光敏三级管外型与普通三极管相差不大,普通光敏三极管只引出两个极发射极和集电极,基极不引出,管壳同样开窗口,以便光线射入。为增大光照,基区面积做得
7、很大,发射区较小,入射光重要被基区吸取。工作时集电结反偏,发射结正偏。在无光照时管子流过电流为暗电流Iceo=(1+)Icbo(很小),比普通三极管穿透电流还小;当有光照时,激发大量电子-空穴对,使得基极产生电流Ib增大,此刻流过管子电流称为光电流,集电极电流Ic=(1+)Ib,可见光电三极管要比光电二极管具备更高敏捷度。 三、光电传感器代表生产代表生产商:新光电子株式会社创立于1974年,专业致力于光电传感器、发光受光元器件等光电半导体研发、生产和销售。新光电子通过38年发展和壮大,积累了丰富专业技术经验,获得业界和广大客户一致承认。现公司已经拥有一大批经验丰富光学电子专业人才;拥有1000
8、多无尘车间和先进研发、生产和检查设备。并在广东省珠海市设立独资子公司:珠海日嘉新光电子有限公司。为保证每个产品品质,完全实行日系管理模式,执行特有禁止返修工艺。新光电子产品广泛应用在金融设备,交通设备,医疗设备,OA设备,游戏机,自动化等行业设备。某些应用机器设备:金融金钱机器:ATM,自动取款机,自动存取款一体机,自动售货机,各种自助终端设备等。交通机器:地铁、高铁、铁路等票务机器设备,自动售票机,自动检票机,站台安全门等。游戏机:推币机,玛丽机,嘉年华,投币器,退币器等。办公机器:条码打印机,传真机,复印机,打印机等。型号:KI,KB,KR,KP,KA等系列 种类:光电 封装形式:防尘,P
9、CB直插,连接头,软线等形式 感性距离:1mmmm 技术参数查询: 品牌:SHINKOH ELECS 输出信号:模仿型,数字型(施密特电路),抗干扰型等四传感器指标技术指标:传感器具备防水、抗凝、精准度高、稳定性好、寿命长、适合野外使用等优良性能。数据采集终端使用嵌入式操作系统及无线通信收发模块集成,采用模块化设计易扩展,适应各种类型传感器,可以定期休眠和唤醒,可同步滚存数百组数据。 信息数据传播采用2.4G频IEEE802.15.4传播合同完毕区域自动智能组网传播,采用GPRS完毕超远距传播和互联网对接传播。能源配备有电池、太阳能和电网等各种能源支持方式。管理接受主控具备USB口或串口接受环
10、境信息数据,可以扩展终端机和传感器,可以增长和修改传感器公式,可以支持多品种传感器,具备网络接口可以进行互联网应用,可以数据导出,有显示接口可以接液晶显示屏,有硬盘扩展接口可以增长存储容量,有大型数据库系统可以存储和管理大流量数据。 智能控制器采用模块化设计,具备与主控数据交互功能,能完毕多通道、多类型设备管理和控制,具备人机交互功能,能完毕人工控制管理,具备安全工作保障功能,使用嵌入式软件完毕可选、可修订多阶段控制系统。性能指标:1.敏捷度:指沿着传感器测量轴方向对单位振动量输入x 可获得电压信号输出值u,即s=u/x。与敏捷度有关一种指标是辨别率,这是指输出电压变化量u 可加辨认最小机械振
11、动输入变化量x 大小为了测量出微小振动变化,传感器应有较高敏捷度。 2.使用频率范畴:指敏捷度随频率而变化量值不超过给定误差频率区间。其两端分别为频率下限和上限。为了测量静态机械量,传感器应具备零频率响应特性。传感器使用频率范畴,除和传感器自身频率响应特性关于外,还和传感器安装条件关于(重要影响频率上限)。 3.动态范畴:动态范畴即可测量量程,是指敏捷度随幅值变化量不超过给定误差限输入机械量幅值范畴。在此范畴内,输出电压和机械输入量成正比,因此也称为线性范畴。动态范畴普通不用绝对量数值表达,而用分贝做单位,这是由于被测振值变化幅度过大缘故,以分贝级表达使用更以便某些。 4.相移:指输入简谐振动
12、时,输出同频电压信号相对输入量相位滞后量。相移存在有也许使输出合成波形产生崎变,为避免输出失真,规定相移值为零或,或者随频率成正比变化。五、光电元件 依照外光电元件制造光电元件有光电子,充气光电管和光电倍曾管。1. 光电管 光电管种类繁多,典型产品有真空光电管和充气光电管,光它外形和构造如图1所示,半圆筒形金属片制成阴极K和位于阴极轴心金属丝制成阳极A封装在抽成真空玻壳内,当入射光照射在阴极上时,单个光子就把它所有能量传递给阴极材料中一种自由电子,从而使自由电子能量增长h。当电子获得能量不不大于阴极材料逸出功A时,它就可以克服金属表面束缚而逸出,形成电子发射。这种电子称为光电子,光电子逸出金属
13、表面后初始动能为光电管正常工作时,阳极电位高于阴极,如图2所示。在人射光频率不不大于“红限”前提下,从阴极表面逸出光电子被具备正电位阳极所吸引,在光电管内形成空间电子流,称为光电流。此时若光强增大,轰击阴极光子数增多,单位时间内发射光电子数也就增多,光电流变大。在图2所示电路中,电流和电阻只上电压降就和光强成函数关系,从而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K上时,电子从阴极表面逸出,并被光电阳极正电厂吸取,外电路产生电流I,在负载电阻 上电压光电管光电特性如图3 所示,从图中可知,在光通量不太大时,光电特性基本是一条直线。图3光电管光电特性图2光电管测量电路图1光电光构造示意图 2. 光电倍曾
14、管 由于真空光电管敏捷度低,因而人们研制了具备放大光电流能力光电倍增管。图4是光电倍增管构造示意图。图4光电倍增构造示意图从图中可以看到光电倍增管也有一种阴极K和一种阳极A,与光电管不同是在它阴极和阳极间设立了若干个二次发射电极,D1、D2、D3它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、,倍增电极普通为1015级。光电倍增管工作时,相邻电极之间保持一定电位差,其中阴极电位最低,各倍增电极电位逐级升高,阳极电位最高。当入射光照射阴极K时,从阴极逸出光电子被第一倍增电极D1加速,以高速轰击D1 ,引起二次电子发射,一种入射光电子可以产生各种二次电子, D1发射出二次电子又被D1、D2问电场加速,射向D2
15、并再次产生二次电子发射,这样逐级产生二次电子发射,使电子数量迅速增长,这些电子最后到达阳极,形成较大阳极电流。若倍增电极有n级,各级倍增率为 ,则光电倍增管倍增率可以以为是N ,因而,光电倍增管有极高敏捷度。在输出电流不大于1mA状况下,它光电特性在很宽范畴内具备良好线性关系。光电倍增管这个特点,使它多用于微光测量。 3、光敏电阻 光敏电阻工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封在带有透明窗管壳里就构成了光敏电阻。光敏电阻特性和参数如下:1)暗电阻 光敏电阻置于室温、全暗条件下稳定电阻值称为暗电阻,此时流过电阻电流称为暗电流。2)亮电阻 光敏电阻置于室温和一定光照条件
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