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光電傳感器是將光信號轉換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應。光電效應是指光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應的電效應現象。根據光電效應現象的不同將光電效應分為三類(lèi)：外光電效應、內光電效應及光生伏*應。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線(xiàn)。 [1] 

中文名

光電傳感器

外文名

photoelectric sensor/micro sensor

學(xué)    科

物理

組    成

光源、光學(xué)通路和光電元件

目    的

被測量的變化轉換成光信號的變化

原    理

光電效應

目錄

1. 1 傳感器概述
2. 2 原理
3. 3 分類(lèi)

1. ? 安全類(lèi)型
2. ? 特長(cháng)
3. ? 應用
4. ? 特性

1. ? 市場(chǎng)領(lǐng)域
2. ? 新技術(shù)和應用
3. 4 發(fā)展方向

傳感器概述

編輯

光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎，把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號轉換成電信號。光電效應是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì )發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應的電效應。通常把光電效應分為3 類(lèi)：（1 ）在光線(xiàn)作用下能使電子逸出物體表面的現象稱(chēng)為外光電效應，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線(xiàn)作用下能使物體的電阻率改變的現象稱(chēng)為內光電效應，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線(xiàn)作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現象稱(chēng)為光生伏*應，如光電池等。 [2] 

光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數多，傳感器的結構簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。

光電傳感器是各種光電檢測系統中實(shí)現光電轉換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（可見(jiàn)及紫外鐳射光）轉變成為電信號的器件。

光電傳感器

光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應用開(kāi)創(chuàng )了新的一頁(yè)。

原理

編輯

由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統)輸出量性質(zhì)可分二類(lèi)，即模擬式光電傳感器和脈沖(開(kāi)關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉換

光電傳感器

成連續變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻檔)三大類(lèi)。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過(guò)被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。

光敏二極管是常見(jiàn)的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，當無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱(chēng)為光敏二極管的暗電流；當有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱(chēng)為光電

光電傳感器

載流子。在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參與導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱(chēng)為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。

光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開(kāi)窗口，以便光線(xiàn)射入。為增大光照，基區面積做得很大，發(fā)射區較小，入射光主要被基區吸收。工作時(shí)集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還??；當有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過(guò)管子的電流稱(chēng)為光電流，發(fā)射極電流Ie=（1+β）Ib，可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。

工作原理

光電傳感器是通過(guò)把光強度的變化轉換成電信號的變化來(lái)實(shí)現控制的。

光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。

發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。

此外，光電開(kāi)關(guān)的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。 [3] 

分類(lèi)和工作方式

⑴槽型光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。

⑵對射型光電傳感器，若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測距離加大，一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成對射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對射式光電開(kāi)關(guān)。對射式光電開(kāi)關(guān)的檢測距離可達幾米乃幾十米。使用對射式光電開(kāi)關(guān)時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過(guò)路徑的兩側，檢測物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

⑶反光板型光電開(kāi)關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用，稱(chēng)為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來(lái)再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

⑷擴散反射型光電開(kāi)關(guān)

擴散反射型光電開(kāi)關(guān)的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但擴散反射型光電開(kāi)關(guān)前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測時(shí)，當檢測物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號。

沒(méi)有信號輸出的原因

先要考慮的是接線(xiàn)或配置的問(wèn)題。對于對射型光電傳感器必須由投光部和受光部組合使用，兩端都需要供電；而回歸反射型必須由傳感器探頭和回歸反射板組合使用；同時(shí)，用戶(hù)必須給傳感器提供穩定電源，如果是直流供電，必須確認正負極，如若正負極連接錯誤則會(huì )導致輸出信號沒(méi)有。

上述的原因分析是對光電傳感器本身的考慮，我們還需要考慮的是檢測物體的位置問(wèn)題，如果檢測物體不在檢測區域，這樣的檢測是徒勞的。檢測物體必須在傳感器可以檢測的區域內，也就是光電可以感知的范圍內。其次，要考慮傳感器光軸有沒(méi)有對準問(wèn)題，對射型的投光部和受光部光軸必須對準，對應的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對準。同樣還要考慮的是檢測物體是否符合標準檢測物體或者小檢測物體的標準，檢測物體不能小于小檢測物體的標準，從而避免導致對射型、反射型不能很好檢測透明物體，像反射型對檢測物體的顏色有要求，顏色越深，檢測距離就越近。

如果以上情況都可以很明確地做出排除后，我們需要做的事就是檢測環(huán)境的干擾因素。如光照強度不能超出額定范圍；如果現場(chǎng)環(huán)境有粉塵，就需要我們定期清理光電傳感器探頭表面；或者是多個(gè)傳感器緊密安裝，互相產(chǎn)生干擾；還有一種影響比較大的是電氣干擾，如果周?chē)写蠊β试O備，產(chǎn)生干擾時(shí)必須要有相應的抗干擾措施。如果做過(guò)上述的逐一排查，這些因素都可以明確地排除還是沒(méi)有信號輸出的話(huà)，建議退回廠(chǎng)家檢測判斷。 [3] 

結構分析

光電傳感器通常由三部分構成，它們分別為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。

發(fā)射器帶一個(gè)校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個(gè)小的白熾燈做為光源，這些小而堅固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。

接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現在常見(jiàn)的傳感器。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開(kāi)有一個(gè)嵌著(zhù)玻璃的窗口，以便于光線(xiàn)射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無(wú)光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱(chēng)為光敏二極管的暗電流;當有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱(chēng)為光電載流子。

此外，光電傳感器的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)反射后，仍從這根反射線(xiàn)返回。 [3] 

類(lèi)型

⑴槽型光電傳感器

把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。

⑵對射型光電傳感器

若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱(chēng)為對射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測距離可達幾米乃幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過(guò)路徑的兩側，檢測物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

⑶反光板型光電開(kāi)關(guān)

把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱(chēng)為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號。

⑷擴散反射型光電開(kāi)關(guān)

它的檢測頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到信號，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號。 [3] 

分類(lèi)

編輯

標準類(lèi)型

1）漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，帶背景抑制功能型 (-8-H)

光電傳感器

，帶背景分析功能型 (-8-HW)

2）反射板型：一般型 (-6)，帶偏振濾波功能型 (-54, -55)，帶透明體檢測功能型 (-54-G)，帶前景抑制功能型 (-54-V)

3）對射型

4）槽型

5）光纖傳感器：塑料光纖型，玻璃光纖型

6）色標傳感器，顏色傳感器，熒光傳感器

7）光通訊

8）激光測距：三角反射原理型，相位差原理型，時(shí)間差原理型

9）光柵

10）防爆/隔爆型 [3] 

安全類(lèi)型

1）安全對射光電

2）安全光柵

3）安全光幕

4）安全控制器

門(mén)控類(lèi)型

1）雷達傳感器：區域檢測型

雷達傳感器

2）主動(dòng)式傳感器：?jiǎn)喂馐?，多光束型，區域檢測型

3）被動(dòng)式傳感器：區域檢測型

4）電梯光幕

5）通用光電：槽形，對射型等 [3] 

特長(cháng)

①檢測距離長(cháng)

如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無(wú)法遠距離檢測。

②對檢測物體的限制少

由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。

③響應時(shí)間短

光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時(shí)間，響應時(shí)間非常短。

④分辨率高

能通過(guò)設計技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構成特殊的受光光學(xué)系統，來(lái)實(shí)現高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。

⑤可實(shí)現非接觸的檢測

可以無(wú)須機械性地接觸檢測物體實(shí)現檢測，因此不會(huì )對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(cháng)期使用。

⑥可實(shí)現顏色判別

通過(guò)檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據被投光的光線(xiàn)波長(cháng)和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。

⑦便于調整

在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調整。 [3] 

應用

用光電元件作敏感元件的光電傳感器，其種類(lèi)繁多，用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類(lèi)：（1 ）把被測量轉換成連續變化的光電流而制成的光電測量?jì)x器，可用來(lái)測量光的強度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測量光強的照度計，光電高溫計，光電比色計和濁度計，預防火災的光電報警器，構成檢查被加工零件的直徑、長(cháng)度、橢圓度及表面粗糙度等自動(dòng)檢測裝置和儀器，其敏感元件均用光電元件。半導體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應用，在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線(xiàn)照相儀及紅外線(xiàn)導航系統等；（2 ）把被測量轉換成繼續變化的光電流。利用光電元件在受光照或無(wú)光照射時(shí)" 有" 或"無(wú)"電信號輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。光電元件用作開(kāi)關(guān)式光電轉換元件。例如電子計算機的光電輸入器，開(kāi)關(guān)式溫度調節裝置及轉速測量數字式光電測速儀等。 [2] 

一、煙塵濁度監測儀

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，先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監測、自動(dòng)顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)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，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

二、條形碼掃描筆

當掃描筆頭在條形碼上移動(dòng)時(shí)，若遇到黑色線(xiàn)條，發(fā)光二極管的光線(xiàn)將被黑線(xiàn)吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止狀態(tài)。當遇到白色間隔時(shí)，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線(xiàn)，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導通。整個(gè)條形碼被掃描過(guò)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)計算機處理，完成對條形碼信息的識別。
　　三、產(chǎn)品計數器

產(chǎn)品在傳送帶上運行時(shí)，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，因此，輸出的脈沖數即代表產(chǎn)品的數目，該脈沖經(jīng)計數電路計數并由顯示電路顯示出來(lái)。

四、光電式煙霧報警器

沒(méi)有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)直線(xiàn)傳播，光電三極管沒(méi)有接收信號。沒(méi)有輸出，有煙霧時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線(xiàn)，有信號輸出，發(fā)出報警。

五、測量轉速

在電動(dòng)機的旋轉軸上涂上黑白兩種顏色，轉動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光交替出現，光電傳感器相應地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號，后由電子數字顯示器輸出電機的轉速。

六、光電池在光電檢測和自動(dòng)控制方面的應用

光電池作為光電探測使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結構和制造工藝不*相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光準直、電影還音、紫外光監視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等。

應用案例

光電傳感器應用于激光武器

由于光電傳感器對紅外輻射，或可見(jiàn)光，或對二者都特別靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標。此外，電子系統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(wú)法正常工作。戰場(chǎng)上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無(wú)法探測或繼續跟蹤已經(jīng)探測到的目標?；蛘?，如果傳感器正在導引武器飛向目標，則致盲將使其失去目標。綜上所述，由于傳感器在戰場(chǎng)上發(fā)揮的作用越來(lái)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目標。

光電傳感器應用于自動(dòng)抄表系統

隨著(zhù)微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)及現代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來(lái)研制自動(dòng)抄表系統。電能表的鋁盤(pán)受電渦流和磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的轉矩驅動(dòng)而旋轉。采用光電傳感器則可將鋁盤(pán)的轉數轉換成脈沖數。如：在旋轉的光亮的鋁盤(pán)上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對管，則當鋁盤(pán)旋轉時(shí)，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤(pán)的轉數采樣轉換為相應的脈沖數，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送CPU的T0端口進(jìn)行計數處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進(jìn)入微機。再結合其它傳輸方式便可以形成自動(dòng)抄表系統。

光電傳感器應用于監控煙塵污染

光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化，通過(guò)把光強度的變化轉換成電信號的變化實(shí)現控制功能。由于光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機器人中獲得廣泛應用，而我們可以利用光電傳感器的特性來(lái)檢測煙塵的情況，因而光電傳感器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

衛生級防沖洗型光電傳感器

防沖洗型傳感器，能夠提供*的可靠性和舒適性，并將運行成本降低。配合IO-Link接口以及能夠大幅延長(cháng)使用壽命的proTect+密封理念，這兩款新型傳感器適用于苛刻的應用環(huán)境，堪稱(chēng)食品和飲料行業(yè)的理想解決方案。 [4] 

特性

1）暫態(tài)響應范圍寬，諧波測量能力強

暫態(tài)特性的優(yōu)劣是判斷一種互感器能否在電力系統中獲得應用的一個(gè)重要參數，特別是與繼電保護動(dòng)作時(shí)間的配合。傳統電磁式互感器由于存在鐵芯，對高頻信號的響應特性較差，不能正確反映一次側的暫態(tài)過(guò)程。而光電互感器傳測量的頻率范圍主要由電子線(xiàn)路部分決定，沒(méi)有鐵芯飽和的問(wèn)題，因此能夠準確反映一次側的暫態(tài)過(guò)程。一般可設計到0.1 Hz到1 MHz，特殊的可設計到200 MHz的帶通。光電傳感器的結構可以測量高壓電力線(xiàn)路上的諧波。而電磁感應互感器是難以達到的。

2）數字接口，通信能力強

由于光電傳感器下傳的就是光數字信號，與通信網(wǎng)絡(luò )容易接口，且傳輸過(guò)程中沒(méi)有測量誤差。同時(shí)隨著(zhù)微機化的保護控制設備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設備提供數字量，這樣就能省去原來(lái)保護裝置中的變換器和A/D采樣部分，使二次設備得到大大的簡(jiǎn)化，推動(dòng)保護新原理的研究。

3）體積小，重量輕、易升級，滿(mǎn)足變電站小型化與緊湊型的要求，由于光電傳感器是靠傳感頭和電子線(xiàn)路進(jìn)行信號的獲取和處理，體積小，重量一般在 1000 kg以下，便于集成在A(yíng)IS或GIS中，這樣將大大減少變電站的占地面積，滿(mǎn)足變電站小型化和緊湊化的要求。同時(shí)光電互感器通過(guò)少量光纜與二次設備連接，可使電纜溝和電纜大為減。 [4] 

市場(chǎng)領(lǐng)域

光電傳感器的主要應用領(lǐng)域：車(chē)載娛樂(lè )/導航/DVD系統背光控制，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(lè )用顯示器背光控制；儀表組背光控制(速度計/轉速計)；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)前大燈和雨水感應控制(，根據需求進(jìn)行變化)；后視相機控制(，根據需求進(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(chē)應用而言關(guān)重要，因為這些應用要求在所有環(huán)境光條件下都能達到*的背光效果。例如，在白天，用戶(hù)需要大的亮度來(lái)實(shí)現佳的可見(jiàn)度，但是這種亮度在對于夜間條件而言則是過(guò)亮的，因此帶有良好光譜響應 (良好的IR衰減)的光傳感器、適當的動(dòng)態(tài)范圍和整體的良好輸出信號調節可以很容易地自動(dòng)完成這些應用。終端用戶(hù)可以設置幾個(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(chē)后視鏡亮度控制，當鏡子變暗和/或變亮時(shí)需要智能的亮度管理，可以通過(guò)環(huán)境光傳感器來(lái)完成。

對于便攜式應用，如果用戶(hù)不改變系統設置(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域，用戶(hù)傾向于提高顯示器的亮度，這就會(huì )增加系統的功耗。而當條件變化時(shí)，如進(jìn)入建筑物，大多數用戶(hù)都不會(huì )去改變設置，因此系統功耗仍然保持很高。但是，通過(guò)使用一個(gè)光傳感器，系統能夠自動(dòng)檢測條件變化并調節設置，以保證顯示器處于佳的亮度，進(jìn)而降低總功耗。在一般的消費類(lèi)應用中，這也能夠延長(cháng)電池壽命。對于、筆計本電腦、PAD和數碼相機，通過(guò)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(cháng)了電池壽命。

并不是一個(gè)新的構想。在數十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來(lái)實(shí)現這一構想。所謂新構想，是指對環(huán)境光感應的同時(shí)還能消減無(wú)用的紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)光，而且在支持汽車(chē)規格AECQ-1000嚴格要求的同時(shí)還可以實(shí)現小封裝，尤其是能夠保證在-40度+105度(2級)溫度范圍內的操作，以滿(mǎn)足其余的規格要求。如何保持工作質(zhì)量標準并滿(mǎn)足AECQ-1000的2級工作要求，這是當今在所有光設計解決方案中所面臨的挑戰。采用一個(gè)光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時(shí)，任何的光學(xué)解決方案都會(huì )面臨著(zhù)暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現的封裝變色問(wèn)題(會(huì )變暗或變成淡黃)。同樣值得一提的是，到目前為止，所有環(huán)境光傳感器的應用都限于車(chē)艙內，在發(fā)動(dòng)機艙或戶(hù)外環(huán)境中還沒(méi)有出現光傳感器應用。事實(shí)上，即使出現了這樣的應用，光封裝也不是針對這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設計，因此，在當前的光學(xué)封裝技術(shù)下，它們很可能還不能夠承受這樣的條件。

半導體相似傳感器和封裝開(kāi)發(fā)的新進(jìn)展使得終端用戶(hù)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(jiǎn)單易用性是設計者更多地采用光傳感器的原因，其應用范圍涉及消費類(lèi)電子、工業(yè)應用以及汽車(chē)領(lǐng)域。 [4] 

新技術(shù)和應用

1、用于目標跟蹤和坐標定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器

將傳統的象限傳感器與當前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結合，提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器。

該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(Active Pixel Sensor，APS)設計，在感光單元內部由光電信號預處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉化為幅度較大的電信號輸出，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響。傳感器應用陣列采集光信號，可以直接確定目標光源的坐標位置并實(shí)現一步到位的快速調整。傳感器使用標準CMOS工藝制造，將傳感陣列與信號處理電路集成在同一芯片上，可以實(shí)現傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設計。廣泛應用于激光的瞄準、制導、跟蹤，搜索裝置，精密測量，如激光微定位、位移監控、精密機床的光電控制等領(lǐng)域。是一種用于目標跟蹤和坐標定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。

2、光敏象限陣列與磁敏線(xiàn)陣列兼容CMOS數?；旌蟼鞲衅骷呻娐?/p>

基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導、位移監控、精密機床等控制等領(lǐng)域?；诠璧陌雽w磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場(chǎng)強度的各種磁場(chǎng)計、讀出磁介質(zhì)上信息的各類(lèi)磁頭以及非磁信號的探測器等。

3、應用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測

以提升表面等離子共振生物醫學(xué)傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉換器件，論證并實(shí)現一種可高效抑制噪聲的檢測方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，通過(guò)相干消噪結合小波軟閾值消噪，使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上。用SPR傳感器檢測人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結合的實(shí)驗表明，該方法顯著(zhù)提高了SPR傳感器的分辨率，使之可檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個(gè)數量級以上。

4、光電檢測傳感器陣列在運動(dòng)物體檢測中的應用

一個(gè)基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在、運動(dòng)及其運動(dòng)軌跡等情況。

國內外光電傳感器的研究現狀

由于光電傳感器的應用涉及的領(lǐng)域非常廣泛，其研究和開(kāi)發(fā)在世界上引起了高度重視，各國更是競相研究開(kāi)發(fā)并引起激烈的競爭。從初的應用于軍事逐漸發(fā)展到民事，而且與我們的生活息息相關(guān)，應該說(shuō)現代化的生活離不開(kāi)光電傳感器的參與，如傳真機、復印機、掃描儀、打印機、車(chē)庫開(kāi)門(mén)器、液晶顯示器、色度計、分光計、汽車(chē)和醫療診斷儀器等等不勝枚舉。

美國是研究光電傳感器起步早、水平高的國家之一，在軍事和民用領(lǐng)域的應用發(fā)展得十分迅速。在軍事應用方面，研究和開(kāi)發(fā)主要包括：水下探測、航空監測、核輻射檢測等。美國也是早將光電傳感器用于民用領(lǐng)域的國家。如運用光電傳感器監測電力系統的電流、溫度等重要參數，檢測肉類(lèi)和食品的細菌和病毒等。美國擁有世界健全的光電傳感器產(chǎn)品線(xiàn)，超過(guò)12000種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型，限位開(kāi)關(guān)外型或小型傳感器，精密檢測或長(cháng)距離檢測傳感器，檢測距離長(cháng)達305m。并且擁有行業(yè)內齊全的標準光纖和定制光纖產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品防護等級達到NEMA6P和IP67。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費開(kāi)展光電傳感器的研究與開(kāi)發(fā)。20世紀90年代，研究開(kāi)發(fā)出多種具有流水平的民用光電傳感器，日本的電器以?xún)r(jià)格適中質(zhì)量好而響譽(yù)。西歐各國的大型企業(yè)和也積極參與了光電傳感器的研發(fā)和市場(chǎng)競爭。我國對光電傳感器研究的起步時(shí)間與相差不遠。已有上百個(gè)單位在這一領(lǐng)域開(kāi)展工作，主要是在光電溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，取得了上百項科研成果，有的達到水平。

但與發(fā)達國家相比，我國的研究水平還有不小的差距，主要表現在商品化和產(chǎn)業(yè)化方面，大多數品種仍處于實(shí)驗研制階段，還無(wú)法投入批量生產(chǎn)和工程化應用。 [4] 

發(fā)展方向

編輯

生產(chǎn)的發(fā)展方向

（1）使光電傳感器從理論研究向生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化模式快速發(fā)展，走自主創(chuàng )新和合作相結合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國；

（2）光電傳感器產(chǎn)品結構全面、協(xié)調、持續發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術(shù)、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種；

（3）生產(chǎn)格局向專(zhuān)業(yè)化發(fā)展。即生產(chǎn)傳感器門(mén)類(lèi)少而精，且專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)某一應用領(lǐng)域需要的某一類(lèi)傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的，各傳感器企業(yè)的專(zhuān)業(yè)化合作生產(chǎn)；

（4）光電傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向自動(dòng)化發(fā)展。光電傳感器的門(mén)類(lèi)、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術(shù)的多樣性和復雜性?？v觀(guān)當前光電傳感器工藝線(xiàn)的概況，多數工藝已實(shí)現單機自動(dòng)化，但距離生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及的自動(dòng)化裝備和工業(yè)機器人予以突破；

（5）企業(yè)的重點(diǎn)技術(shù)改造應加強從依賴(lài)引進(jìn)技術(shù)向引進(jìn)技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng )新的方向轉移；

（6）企業(yè)經(jīng)營(yíng)要加快從國內市場(chǎng)為主向國內與國外兩個(gè)市場(chǎng)相結合的化方向跨越發(fā)展；

（7）企業(yè)結構將向“大、中、小并舉”、“集團化、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。 [2] 

研究的發(fā)展方向

光電傳感及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，滿(mǎn)足了各類(lèi)控制裝置及系統的更高要求，使得各領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，同時(shí)光電傳感器的重要性不斷提高。目前，光電傳感器研究的主要方向是：（1）多用途。即一種光電傳感器不僅能針對一種物理量，而且能夠對多種物理量進(jìn)行同時(shí)測量；（2）新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開(kāi)發(fā)；（3）在惡劣條件下（高溫、高壓等）低成本傳感器（連接、安裝等）的開(kāi)發(fā)和應用；（4）光電傳感器與其它微技術(shù)結合的微光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 [2] 

前景預測

傳感器市場(chǎng)報告顯示，2008年傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預計2010年傳感器市場(chǎng)可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(cháng)快的地區，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布大的地區。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(cháng)快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。

一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規模大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(cháng)來(lái)自于無(wú)線(xiàn)傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統)傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線(xiàn)傳感器在2007-2010年復合年增長(cháng)率預計會(huì )超過(guò)25%。

的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng )新之中呈現出快速增長(cháng)的趨勢。有關(guān)專(zhuān)家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線(xiàn)傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現與*的擴大。 [4] 

光電傳感器的智能化發(fā)展

智能光電傳感器是當今科技界研究的熱點(diǎn)、尚無(wú)統一的、確切的定義。目前國內外學(xué)者普遍認為，智能光電傳感器是由傳統的光電傳感器和微處理器( 或微計算機) 相結合而構成的，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數據進(jìn)行處理，并能對它的內部行為進(jìn)行調節，使采集的數據佳。

智能光電傳感器的功能有: 自補償能力，自校準功能，自診斷功能，數值處理功能，雙向通信功能，信息存儲和記憶功能，數字量輸出功能。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步增強，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等)，使傳感器具有更的智能具有分析、判斷、自適應、自學(xué)習的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務(wù)。 [4] 

●德國Krom//Schroder霍科德火焰探測器：UVS1,UVS1Z,UVS6,UVS5,UVS5Z,UVS8T,UVS8TZ;UVS10D4G1,UVS10D0G1,UVS10D2;UVD1,UVD2;UVS10D0P2，UVS10D1G1，UVS10D1P2，UVS10D3，UVS10D4P2，UVS10D5G1，UVS10L0G1，UVS10L0P2，UVS10L1G1，UVS10L1P2，UVS10L2，UVS10L3...  　 德國霍科德Krom//Schroder紫外線(xiàn)火焰監測器UVS1，5，6與IFS或PFS或IFW火焰控制器配合適用，對各種大氣燒嘴，助燃風(fēng)燒嘴等燒嘴進(jìn)行火焰監測。 USV1鑄鋁外殼，預接有1.10m的硅電纜。 USV5鑄鋁外殼，預接有1m的電纜，可以從前端和側面對火焰進(jìn)行監測。 USV6鑄鋁外殼，帶有耐熱電纜接頭，密封好，防潮設計。 意大利RIELLO利雅路電眼：40系列電眼/PRESS系列電眼/RG系列電眼/RL系列電眼

●美國HONEYWELL霍尼威爾電眼： C7015A1076 C7015A1092 C7015A1126 C7027A1023 C7035A1023 C7035A1031 C7035A1056 C7035A1080 C7012A1160 C7012A1186 C7012A1194 C7012C1142 C7012E1161 C7012E1278 C7012F1052 　 C7027A1031 C7027A1049 C7027A1064 C7027A1072 C7027A1080 C7061A1012 C7061A1038 C7061F2001 C7012A1145 C7012A1152 C7012E1104 C7012E1112 C7012E1120 C7012E1146 C7012E1153

◆SIEMENS火焰探測器/德國西門(mén)子電眼/火檢（LANDIS電眼）：QRA2M、RAR9、QRA53.C27、QRA53.D27、QRA55.C27、QRA55.D27、QRB1、QRB3、QRA2、RAR7、QRI2B2.B180B、QRC1、QRA10.C、QRA10M.C、QRA4.U、RAR8、LFE50、QRA50M、AGG5.220 AGG5.635 AGG5.720 AGG5.110 AGG16.C AGG03 KF8832...利雅路40G系列電眼 ；配套附件AGG16.C,AGM19,AGG06,AGG07,KF8832

燈泡：AGR450242680,AGR450240650，AGR450211310,LANDIS&GYR  

●德國霍科德Krom//Schroder燒嘴控制器：常用型號：IFS258-5/1W IFS 258-3/1W IFS258-10/1W IFS244-5/1WI IFS 244-3/1WI IFS244-10/1WI IFD258-5/1W IFD 258-3/1W IFD258-10/1W IFD244-5/1WI IFD 244-3/1WI IFD244-10/1WI

★德國霍克德KromSchroder燃氣調壓閥：GDJ15、GDJ20、GDJ25、GDJ40、GBF100F02、 GBF125F02、GBF150F02、VGBF15R、VGBF100F、VGBF150F、VGBF200F、VGBF250F、 DGJ50、GBF40F02、GBF50F02、GBF65F02、VGBF25R、VGBF40R、VGBF40F、VGBF50F、 GBF80F02、VGBF80F

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