光电传感器基础知识

2024-10-29

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光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。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。

光电传感器一般由三部分组成，分为：发射器，接收器和检测电路。

光电传感器原理：

光电元件是光电传感器中重要的组成部分，它的核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性，光是由光速运动的光子所组成，当物体受到光线照射时，其内部的电子吸收了光子的能量后改变状态，自身的电性质也会发生改变，这样的现象称为光电效应。光电传感器通常包括光源，光路和光电元件。通过将光强度的变化转换成电信号的变化来控制光电传感器。

光电传感器分类：

光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质，光电传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量方法又可分为透射式、漫反射式、遮光式三大类。

光电传感器应用原理:

1.光电传感器在高压大电流测试中的应用

近年来，采用光学设备进行高压大电流测量在电力系统中发展很快，许多新型的光电式传感器系统已相继投入现场运行，为高压大电流的监测带来许多便利条件。OCT响应速度快，测量精度高。OCT不同于CT(传统电流互感器) 的基点在于信号功率小，OCT产品在被测电流从高电位转换到低电位的过程中都是用光来调制的，其光学仪器部分只有微瓦级的功率，而CT的次级线圈需要瓦级的功率。

2.光电传感器在转速测量系统中的应用

在机械自动化高速发展的今天，转速是动力机械性能测试中的一个重要的特性参量，其大小和变化关系着机械运转是否正常。动力机械的许多特性参数往往通过转速来确定，例如电机的输出功率，而且动力机械的振动、管道气流脉动与各种工作零件的磨损状态等也与转速密切相关。及时监测转速的变化可以及时排除机器运转中的许多故障，避免造成更大损失。转速测量方法按传感器的安装方式来分类，分为接触式和非接触式两类。非接触式转速测量分盘式磁性测量、轴式磁性测量、遮断式光电测量和反射式光电测量。其中应用广泛的是光电式测速系统。

3.光电传感器在继电保护中的应用

随着电力工业的发展，电力系统的输送容量和电压等级不断提高，传统的互感器对电网进行测量和监控存在着许多缺点。目前，应用光电传感器的光纤互感器和光纤通讯网构成的光纤发变电站综合自动化系统，已成为电力自动化技术有前景的发展方向之一。电力互感器是电力系统中重要的电量测量设备，也是实现电力自动化的关键设备。新型有源光电传感器能够克服传统电力互感器的尺寸大、质量大、抗干扰差、信息传输容量小等缺陷，使得电力系统的安全运行和自动化水平均无法达到要求等缺陷，同时能以数字信号输出，取消了大量的二次电缆，为电力系统的安全运行、节约成本、高压设备无油化、优化二次设备提供了坚实的基础。

4.光电传感器在烟尘浊度监测的应用

防止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用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

应用案例1：光电位置偏移检测

光电式位置偏移检测器主要是用于对带型材料的检测，可以利用这一技术对在具体加工过程中的材料进行检测，检测材料的位置、大小、方向是否符合标准；通过对这些方面的检测，能提供具体的错位位置的信号，有助于控制电路。这个技术人们通常用在对印染、胶片等方面的检测。光电式带材跑偏检测器利用的基本原理如下列图所示。当从光源点发出的光通过透镜1时，光线由于聚光的原理会变成光束，然后投向透镜2，之后会聚到光敏电阻上。平行光束到达透镜2之前，一些光线会因为受到被测带材的影响，最终到达光敏电阻的光通量会减少。

应用案例2：光电高度检测

一般而言，在物品的包装过程中，会有对充填高度的具体要求，以此来确保物品的外观达到规定标准，而对于那些不符合充填高度的产品，将会被禁止出厂。下图所示的是关于光电检测这一技术在控制商品填充高度中的应用的基本原理。如果商品的充填高度超过了规定的标准值，光电的接头就会出现没有电信号的现象，然后就会让其他机构对物品进行处理。