光電傳感器是在各種光電檢測系統(tǒng)中獲得光電轉(zhuǎn)換的小型電子產(chǎn)品和關(guān)鍵部件。它主要利用光的各種特性來測試物體的存在和表面狀態(tài)的變化。光電傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化設(shè)備和機(jī)器人，因?yàn)樗哂蟹墙佑|、響應(yīng)速度快、性能可靠的特點(diǎn)。
光電傳感器。
光電傳感器通常由光源、光路和光電元件三部分組成。將檢測到的變化轉(zhuǎn)換為光信號的變化，然后借助光電元件將光信號進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電信號。
光效應(yīng)原理。
光電元件是光電傳感器最重要的組成部分，其核心工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒的二象性，光由光速運(yùn)動光子組成。當(dāng)物體被光照射時，其內(nèi)部電子吸收光子的能量并改變其狀態(tài)，其電氣特性也會發(fā)生變化。這種情況被稱為光電效應(yīng)。
光電效應(yīng)根據(jù)電氣特性狀態(tài)的不同變化分為以下三類：
外部光電效應(yīng)。
在光線作用下逃離材料表面的情況稱為外部光電效應(yīng)。光電元件基于外部光電效應(yīng)包括光電管、光電倍增管等。
二是光電導(dǎo)向效應(yīng)。
吸收光子后，半導(dǎo)體中的電子不能跳出半導(dǎo)體，從而改變物體的電導(dǎo)率，或者產(chǎn)生光電勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)部光電效應(yīng)。根據(jù)其工作原理，內(nèi)部光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)率效應(yīng)和光伏效應(yīng)。光電元件基于光電導(dǎo)率效應(yīng)包括光敏電阻和光敏晶體管。
三是光生伏特效。
在光線的作用下，物體在一定方向上產(chǎn)生電動勢稱為光伏效應(yīng)?；诠夥?yīng)的光電元件包括光電池和光敏二極管。三極管等。
電力元件的工作原理。
基于不同的光電效應(yīng)，我們來看看它們是如何工作的：
外部光電效應(yīng)器件。
光電器件是利用物質(zhì)在光照下發(fā)射電子的外部光電效應(yīng)制成的，一般是真空或充氣的光電器件，如光電管和光電多管。
以光電管為例。當(dāng)入射光直接射向負(fù)極時，單個光子將其所有能量傳遞給負(fù)極材料中的自由電荷，從而增加自由電子的能量。當(dāng)電子獲得的能量大于負(fù)極材料時，它可以克服金屬表面的束縛，產(chǎn)生電子發(fā)射，這就是所謂的光電子。只有當(dāng)入射光頻率高于極限頻率時，才會產(chǎn)生光電子。
光電產(chǎn)生后，它們被真空管中的陽極吸收，然后產(chǎn)生電流。如果此時光強(qiáng)度增加，更多的光子會照射到負(fù)極材料上，從而產(chǎn)生更多的光電子，光電流也會相應(yīng)增加。當(dāng)確定電阻R值時，電路中的光電流與入射光的光強(qiáng)度成為函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光強(qiáng)可以通過測量電路讀取的電流來計算。
內(nèi)部光電效應(yīng)器件。
光電效應(yīng)設(shè)備被稱為內(nèi)部光電效應(yīng)設(shè)備，它利用光照下物質(zhì)的電導(dǎo)能量進(jìn)行變化或產(chǎn)生電動勢，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。
根據(jù)能帶理論，電子在自由原子中的能量狀態(tài)并不是任意的，電子只能存在于一定的能量水平?？梢苑譃閮r格帶。禁止和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動，而不是在價格帶中流動。在外部影響下，電子可以通過價格帶的間隙通過價格帶進(jìn)入導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻。
不同導(dǎo)體的縫隙厚度不同，絕緣物體的縫隙較寬，使得電子很難從價格帶變成導(dǎo)帶，所以電阻很大;金屬導(dǎo)體沒有縫隙，價格帶與導(dǎo)帶連接，導(dǎo)電性能好。
電子吸收光子能量后，導(dǎo)體電阻從價格帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶，稱為內(nèi)部光電效應(yīng)。利用這種效果，檢測的光量可以通過觀察電阻的變化來決定。
光生伏特效器件。
光伏效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)，是指光照后物體產(chǎn)生電動勢的情況。光電池是一種自發(fā)光電元件。當(dāng)它暴露在光下時，它可以在某個方向產(chǎn)生電動勢。沒有電源，只要打開外部電路，電流就會通過。具體工作原理如下:
光伏電池是一個大面積的PN結(jié)，混合在一個N型硅片上形成的大規(guī)模PN結(jié)。P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射到P區(qū)表面時，如果光子能量大于硅的嚴(yán)禁總寬度，P區(qū)每吸收一個光子就會產(chǎn)生一個電子-空穴對。P區(qū)表面吸收的光子越多，刺激的電子空穴就越多，PN結(jié)區(qū)就越少。由于PN結(jié)內(nèi)電場的方向是由N區(qū)指向P區(qū)，所以會擴(kuò)散到PN結(jié)周圍的電子-空穴對分離，生電子被推到N區(qū)，光生空穴留在P區(qū)。因此，如果N區(qū)有負(fù)電，P區(qū)就會產(chǎn)生電。
光電傳感器的分類。
光電傳感器按檢測方法分為漫反射型、反射型。
根據(jù)相應(yīng)的檢測方法，光電傳感器的結(jié)構(gòu)如下：
槽型光電傳感器(1)。
一個光發(fā)射器和一個接收器零距離安裝在一個凹槽的兩側(cè)。發(fā)光器可以傳輸紅外線或看到光線，光接收器可以接收光線而不受阻礙。然而，當(dāng)檢測到的物體通過凹槽時，光線被阻擋，光電開關(guān)移動。導(dǎo)出開關(guān)控制信號，切斷或連接負(fù)載電流，完成一個控制動作。由于整體結(jié)構(gòu)的限制，槽開關(guān)的檢測距離一般只有幾厘米。
對射光電傳感器(2)。
如果發(fā)光器與接收器分離，可以增加檢查距離。由發(fā)光器和接收器組成的光電開關(guān)稱為對射分離光電開關(guān)，稱為對射光電開關(guān)。它的檢查距離可以達(dá)到幾米甚至幾十米。在使用過程中，發(fā)光器和接收器安裝在檢測器通過路徑的兩側(cè)。當(dāng)檢測器通過時，光路被阻擋，接收器將導(dǎo)出開關(guān)控制信號。
反光板型光電開關(guān)。
發(fā)光器和集光器安裝在同一設(shè)備中，反射器安裝在前面，光電控制按反射原理完成，稱為反射反射(或反射反射)光電開關(guān)。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反射器反射，被集光器接收;一旦光路被檢測物體堵塞，集光器無法接收光線，光電開關(guān)就會移動并導(dǎo)出開關(guān)控制信號。
(4)擴(kuò)散反射光電開關(guān)。它的檢測頭也配備了發(fā)光器和光收集器，但是前面沒有反射器。一般情況下，發(fā)光器發(fā)出的光收集器是找不到的。當(dāng)檢測器通過并折射光部時，光收集器接收光信號并導(dǎo)出開關(guān)信號。光電傳感器的基本特征包括輸出電流和接收器兩端電壓之間的關(guān)系曲線。輸出電流和發(fā)射器輸入電流之間的關(guān)系曲線。輸出電流的關(guān)系曲線隨著溫度的變化而變化。脈沖響應(yīng)特性曲線等。
光電傳感器的特點(diǎn)。
具有下列特點(diǎn)的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用：
檢測距離長。
若在對射型中保持超過10m的檢測距離等，則可實(shí)現(xiàn)其他檢測方法(磁性、超聲等)無法進(jìn)行長距離檢測。
對檢測目標(biāo)的限制較少。
由于檢測對象造成的陰影和反射是檢測原理，它能檢測出玻璃、塑料、木材、液體等大部分物體，而非靠近傳感器，將檢測對象控制在金屬上。
響應(yīng)時間短。
光線本身是高速的，而且傳感器電路是由電子元件組成的，因此不包括機(jī)械工作時間，響應(yīng)時間短。
4.高分辨率。
高分辨率可以通過先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)將投射光束集中在小光斑上，并通過生成特殊的接收光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。它還可以檢查小物體和高精度位置。
能實(shí)現(xiàn)非接觸檢查。
無需機(jī)械地觸摸檢測對象，因此不會對檢測對象和傳感器造成傷害。所以，傳感器可以長期使用。
可以實(shí)現(xiàn)色彩判別。
根據(jù)投射光的光波長和檢驗(yàn)對象的顏色組合，檢驗(yàn)對象形成的光的折射率和吸收率是不同的。利用這種性質(zhì)，我們可以檢測測試對象的顏色。
方便調(diào)整。
可視光投射類型中，雙眼可以看到投射光束，便于調(diào)整檢測對象的位置。
