电子教材 5.2-4 光电式传感器的应用.doc

《传感器与检测技术》—电子教材

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光电式传感器的应用

光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的测量转换电路而构成，如图5-42所示。图中X1和X2为被测信号。常用的光源有各种白炽灯、发光二极管和激光器等，常用的光学元件有各种反射镜、透镜和半反半透镜等。

图5-42光电式传感器组成框图

一、光电式传感器的类型

光电式传感器在检测与控制中应用非常广泛，按输出形式可以分为模拟式传感器和脉冲式传感器两种。按光的传输路径可以分为反射式与遮断式两种。按被测物、光源、光敏元件三者间的关系，可以将光电式传感器分为以下四种类型，如图5-43所示。

图5-43模拟式光电传感器的常见形式

1)被测物是光源，它可以直接照射在光电元器件上，也可以经过一定的光路后作用到光电元器件上，光电元器件的输出反映了光源本身的某些物理参数，如图5-43a所示。如光电比色高温计和照度计等。

2)恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分由被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数，如图5-43b所示。如测量透明度、浑浊度等。

3)恒定光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体反射到光电元器件上。反射光通量取决于反射表面的性质、状态和与光源之间的距离，如图5-43c所示。如测量工件表面粗糙度、纸张白度等。

4)从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元器件上的光通量减弱，光电元器件的输出反映了被测物的尺寸或位置，如图5-43d所示。如工件尺寸测量、振动测量等。

二、光电式传感器的应用

1.带材跑偏检测仪

这种装置可以用来检测带材在加工过程中偏离正确位置的大小和方向。例如，在冷氧带钢生产线上，如果带钢的运动出现走偏现象，就会使其边缘与传送机械发生磁撞摩擦，引起带钢卷边或断裂，造成废品，同时也可能损坏传送机械。因此，在生产过程中必须自动检测带材的走偏量并随时予以纠正。光电带材跑偏检测仪由光电式边缘位置传感器和测量电桥、放大电路组成，如图5-44所示。

图5-44带材跑偏监测装置

由光源发出的光经透镜1汇聚成平行光東后，再经透镜2汇聚入射到光敏电阻(R1)上。透億1、2分别安置在带材合适位置的上、下方，在平行光東到达透镜2的途中，将有部分光线受到被测带材的遮挡，而使光敏电阻受照的光通量减小。R1、R2是同型号的光敏电阻，R1作为测量元件安置在带材下方、R2作为温度补偿元件用遮光罩覆盖。R1-R2组成一个电桥电路，当带材处于正确位置(中间位置)时，通过预调电桥平衡，使放大器的输出电压Uo为零。如果带材在移动过程中左偏时，遮光面积减小，则光敏电阻的光照增加，阻值变小，电桥失衡，放大器输出负压U。;若带材右偏，则遗光面积增大，光敏电阻的光照减弱，阻值变大，电桥失衡，放大器输出正压U。输出电压Uo的正负及大小，反映了带材走偏的方向及大小。输出电压U。一方面由显示器显示出来，另一方面被送到纠偏控制系统，作为驱动执行机构产生纠偏动作的控制信号。

2.光电式烟尘浓度计

工厂烟肉烟尘的排放是环境污染的重要来源，为了控制和减少烟尘的排放量，对烟尘的监测是必要的。如图5-45所示为光电式烟尘浓度计工作原理图。

图5-45光电式烟尘浓度计

光源发出的光线经半透半反镜分成两束强度相等的光线：一束光线直接到达光敏品体管VT2上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号；另一東光线穿过被测烟尘到达光敏品体管VT1上，其中一部分光线被烟尘吸收或折射，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光敏晶体管VT1的光通量就越小。两東光线均转换为电压信号U1、U2，由运算器计算出U1、U2的比值，并进一步算出被测烟尘的浓度。

采用半透半反镜及光敏晶体管作为参比通道的好处是：当光源的光通量由于种种原因有所变化或因环境温度变化引起光敏晶体管灵敏度发生改变时，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，从而减小了测量误差。根据这种测量方法也可以制作烟雾报警器，以便及时发现火灾。

3.光电测速计

工业生产中，经常需要检测工件的运动速度。图5-46所示是利用光敏元件检测运动速度的示意图和电路简图。当物体自左向右运动时，首先遮断光源A的光线，光敏元件VDA、输出低电平，触发RS触发器，使其置“1”，与非门打开，高频脉冲可以通过，计数器开始计数。当物体经过设定的S0距离而遮挡光源B时，光敏元件VDB输出低电平，RS触发器置“0”，与非门关闭，计数器停止计数。设高频脉冲的频率f=1MHz，周期T=1μs，计数器所计脉冲为n，则可判断出物体通过已知距离S0，所