1、光電傳感器介紹,光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理是將被測(cè)量參數(shù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后將光信號(hào)作用于光電元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輸出。常用的光電傳感器是采用發(fā)光二極管作為光源，光源經(jīng)過透鏡聚焦于空間某一點(diǎn)。如果在該點(diǎn)有障礙物，光就照不到光敏二極管上，電路處于偏置狀態(tài)，PN結(jié)截止，反向電流很小。當(dāng)沒有障礙物遮擋時(shí)，光照到光敏二極管上時(shí)，PN結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，并在外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用下，漂移過PN結(jié)，產(chǎn)生光電流。此時(shí)，光電流與光照強(qiáng)度成正比，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。 具體方法是在光源側(cè)使用發(fā)光二極管，在受光側(cè)使用光敏二極管，并將信號(hào)處理電路集成制作在一塊芯片上。它的特點(diǎn)是體積小，可靠性高，工作電源電壓范

2、圍寬，接口電路的復(fù)雜程度大幅度減少，可直接與TTL，LSTTL和CMLS電路芯片連接。 近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格產(chǎn)品，在日常生活和各種輕工自動(dòng)機(jī)上獲得廣泛的應(yīng)用。,一、帶材跑偏檢測(cè)器,帶材跑偏檢測(cè)器用來檢測(cè)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(hào)，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(cè)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(cè)帶材的遮擋，使傳到光敏電阻的光通量減少。,

3、圖2 帶材跑偏檢測(cè)器測(cè)量電路,圖1 帶材跑偏檢測(cè)器工作原理,圖2為測(cè)量電路簡(jiǎn)圖。R1、R2是同型號(hào)的光敏電阻。R1作為測(cè)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(hào)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(hào)。,圖3為包裝物料的光電色質(zhì)檢測(cè)原理。若包裝物品規(guī)定底色為白色

4、，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(cè)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。,二、包裝物料的光電色質(zhì)檢測(cè),圖3 包裝物料的光電色質(zhì)檢測(cè)原理,傳統(tǒng)的電能表為機(jī)械式電能表，它是利用電表中的電壓元件和電流元件在鋁盤上產(chǎn)生的移進(jìn)磁場(chǎng)而感生的電渦流，與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的鋁盤轉(zhuǎn)矩作為動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)由蝸桿、蝸輪及齒輪組等元件構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式機(jī)械計(jì)數(shù)器的滾輪組來反映鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)的。由于鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)N與負(fù)載功率P和時(shí)間t成正比，且有N=CPt=CA (1) (1)式中，N為鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，A=Pt為負(fù)載在時(shí)間t內(nèi)消耗的電能(單位： kW*h)，C為電能表常數(shù)

5、單位：r/(kW*h)。因此，可用機(jī)械計(jì)數(shù)器滾輪組上的數(shù)字顯示累計(jì)電能(kW*h即度數(shù))的大小。 顯然，機(jī)械計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)是不能滿足自動(dòng)抄表系統(tǒng)的要求的。為能實(shí)現(xiàn)電能表的自動(dòng)抄表，就必須借助于相應(yīng)的傳感器，并由傳感器接口電路將信息傳送到由CPU為核心所組成的最小計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而且，為構(gòu)成現(xiàn)代化的電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)，也必須選用合適的檢測(cè)傳感器。,三、光電傳感器在電能表自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用,電能表的鋁盤受電渦流和磁場(chǎng)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(duì)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

6、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(hào)進(jìn)入微機(jī)。圖4為光電傳感器檢測(cè)示意圖。,圖4光電傳感器檢測(cè)示意圖,圖中D1和P1組成光電發(fā)射接收對(duì)管，P1接收涂黑部分的反射光而在A點(diǎn)處將產(chǎn)生的電脈沖輸入到光電耦合隔離器01，01以發(fā)光二極管為輸入端、光敏三極管為輸出端。01的輸出信號(hào)則輸入到單片機(jī)的T0端。T0端為單片機(jī)8031的并行口P3.4的第二功能端定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖外部輸入端，接收傳感器的計(jì)數(shù)脈沖輸入。R3為上拉電阻，用于電平轉(zhuǎn)換。CPU的串行輸入、輸出口RXD、TXD (P3.0、P3.1 的第二功能)

7、在控制指令指揮下工作。RXD為接收端，TXD為發(fā)送端，工作于一定方式。 若在鋁盤上加工一狹縫隙或小孔，則可用透射式光電發(fā)射接收對(duì)管，同樣可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù)，后續(xù)電路與上相同。 由式(1)可見，測(cè)得鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)N，即可檢測(cè)出用戶消耗的電能A (A=N/C)。這樣組成的電能基表就構(gòu)成了脈沖電度表。,4.1 功能介紹 小區(qū)域坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值，坐標(biāo)傳感器是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，采用光電元件設(shè)計(jì)是因?yàn)橐云涓呔?、高分辨率、大?dòng)態(tài)范圍，利用光敏元件上的光電流隨光強(qiáng)變動(dòng)而變化這一現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)幾何增量，設(shè)計(jì)成光電傳感器，可廣泛地應(yīng)用于靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。為了滿足實(shí)

8、際工程的需要，小區(qū)域坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)正逐步受到重視，下面就光電式坐標(biāo)傳感器的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。,四、光電式坐標(biāo)傳感器,4.2 傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如果將被測(cè)旋轉(zhuǎn)圓盤置于光電斷續(xù)器的發(fā)光與受光側(cè)之間，圓盤上有許多狹縫，圓盤旋轉(zhuǎn)，光源發(fā)出的光間隔地被狹縫遮擋，受光側(cè)得到斷續(xù)的強(qiáng)光和弱光信號(hào)。如圖5所示，若旋轉(zhuǎn)圓盤沒有旋轉(zhuǎn)，光路檢測(cè)的光束沒有被遮擋，測(cè)量電路中，X光敏二極管上輸出電壓波形，Y光敏二極管上的輸出電壓波形是相同的，相位是相差/2的。若圓盤旋轉(zhuǎn)，雙輸出型的輸出電壓波形如圖6所示，（僅畫出Q1的時(shí)序圖，Q2的時(shí)序圖道理一樣）圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向若向左，Q2輸出電壓相位落后被屏蔽；反之，圓盤向右旋轉(zhuǎn)，Q1輸

9、出電壓相位超落后被屏蔽。因此，兩個(gè)輸出電壓的相位關(guān)系反映圓盤的旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的位移可以通過Q1，Q2輸出脈沖個(gè)數(shù)的代數(shù)和得到。,圖 5,圖 6,4.3 光電式坐標(biāo)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及坐標(biāo)算法,在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，首先根據(jù)需要設(shè)計(jì)傳感器的測(cè)量精度及范圍。精度可以通過計(jì)算圓盤上的狹縫密度完成，傳感器圓盤的形狀及尺寸大小由測(cè)量范圍來確定，整個(gè)傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。,測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖8所示，由四個(gè)光敏二極管(元件1、2、4、6)、兩個(gè)光源（發(fā)光二極管3、5）、位移圓盤7、方向圓盤9及傳動(dòng)軸8組成。將傳感器垂直配置，分別代表位移z和移動(dòng)方向 ，組成一個(gè)二維傳感器。,圖7,圖8,4.4 坐標(biāo)算法 當(dāng)被測(cè)物坐標(biāo)發(fā)生時(shí)，圓盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，光敏二極管4和光敏二極管6通道的信號(hào)發(fā)生變化，通過接口電路自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)輸入通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如果前進(jìn)或者后退的角度發(fā)生變化，位移圓盤9角度也隨著發(fā)生變化，通過傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)方向圓盤產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得圓盤9上的狹縫通斷光敏二極管上的光照，發(fā)出與前進(jìn)或后退相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，通過接口電路自動(dòng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里，對(duì)輸入通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，以備計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)計(jì)算確定自身的坐標(biāo)位置，并通過相應(yīng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。相對(duì)坐標(biāo)XN 、YN 計(jì)算公式如下： XN=Z*cos YN =Z*si