光電傳感器的應用實例詳解

光電傳感器由於反應速度快， 能實現非接觸測量，而且精度高、解析度高、可靠性好，加之光電傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、便於集成等優點，是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一，廣泛應用於軍事、宇航、通信、智能家居、智能交通、安防、LED照明、玩具、檢測與工業自動化控制等多種領域。

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防止工業煙塵汙染是環保的重要任務之一。為了消除工業煙塵汙染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監測、自動顯示和超標報警。煙道裡的煙塵濁度是用通過光在煙道裡傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發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。

煙霧報警器也是用光電傳感器作為核心部件，可以用來測量煙的濃度， 它由紅外發光二極體及光電三極體組成，但二者不在同一平面上（有一定角度）。在無煙狀態時，光電三極體接收不到紅外線；當煙霧進入到感應室後，煙霧粒子會將部分光束散射到光電三極體上，當煙霧的濃度逐漸加大時，就會有更多的光束被散射到感應器上，當到達傳感器的光束達到一定的程度，蜂鳴器就會發出報警信號。

條形碼掃描筆中的光電傳感器

當掃描筆頭在條形碼上移動時，若遇到黑色線條，發光二極體的光線將被黑線吸收，光敏三極體接收不到反射光，呈高阻抗，處於截止狀態。當遇到白色間隔時，發 光二極體所發出的光線，被反射到光敏三極體的基極，光敏三極體產生光電流而導通。整個條形碼被掃描過之後，光敏三極體將條形碼變形一個個電脈衝信號，該信 號經放大、整形後便形成脈衝列，再經計算機處理，完成對條形碼信息的識別。

光電傳感器在點鈔機中計數作用

點鈔機中必不可少的組成之一就是光電傳感器。點鈔機的計數器採用非接觸式紅外光電檢測技術，具有結構簡單、精度高和響應速度快等優點。

點鈔機的計數器採用兩組紅外光電傳感器。每一個傳感器由一個紅外發光二極體和一個接收紅外光的光敏三極體組成，兩者之間留有適當距離。

當無鈔票通過時，接收管受光照而導通，輸出為0。當有鈔票通過瞬間，擋住紅外光，接收管光通量不足，輸出為1。鈔票通過後，接收管又接收到紅外光導通。這樣就在該部分電路輸出端產生一個脈衝信號，這些信號經後續電路整形放大後輸入單片機，單片機驅動執行電機，並相應完成計數和顯示。點鈔機之所以採用兩組光電傳感器，是為了檢測紙幣的完整性，避免殘幣被計入。

通過光電傳感器來檢測鈔票的計數情況進而實現鈔票數目的累計，最後用液晶及外部顯示部分直觀地將鈔票數顯示給用戶，並且在出現異常時可自動向用戶報警。

光電傳感器應用於自動抄表系統

隨著微電子技術、傳感器技術、計算機技術及現代通訊技術的發展，可以利用光電傳感器來研製自動抄表系統。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產生的轉矩驅動而旋轉。採用光電傳感器則可將鋁盤的轉數轉換成脈衝數。如：在旋轉的光亮的鋁盤上局部塗黑，再配以反射式光電發射接收對管，則當鋁盤旋轉時，在局部塗黑處便產生脈衝，並可將鋁盤的轉數採樣轉換為相應的脈衝數，並經光電耦合隔離電路，送至CPU的T0埠進行計數處理。採用光電耦合隔離器可有效地防止幹擾信號進入微機。再結合其它傳輸方式便可以形成自動抄表系統。

光電傳感器在自動化生產線上應用

光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，在輕工自動機上廣泛應用。

光電式帶材跑偏檢測器

帶材跑偏檢測器用來檢測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，主要用於印染、送紙、膠片、磁帶生產過程中。

光電式帶材跑偏檢測器原理如圖1所示。光源發出的光線經過透鏡1會聚為平行光束，投向透鏡2，隨後被會聚到光敏電阻上。在平行光束到達透鏡2的途中，有部分光線受到被測帶材的遮擋，使傳到光敏電阻的光通量減少。

圖1 帶材跑偏檢測器工作原理

圖2為測量電路簡圖。R1、R2是同型號的光敏電阻。R1作為測量元件裝在帶材下方，R2用遮光罩罩住，起溫度補償作用。當帶材處於正確位置（ 中間位）時，由R1、R2、R3、R4組成的電橋平衡，使放大器輸出電壓U0為0。當帶材左偏時，遮光面積減少，光敏電阻R1阻值減少，電橋失去平衡。差動放大器將這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓為負值，它反映了帶材跑偏的方向及大小。反之，當帶材右偏時，U0為正值。輸出信號U0一方面由顯示器顯示出來，另一方面被送到執行機構，為糾偏控制系統提供糾偏信號。

圖2 帶材跑偏檢測器測量電路

包裝充填物高度檢測

用容積法計量包裝的成品，除了對重量有一定誤差範圍要求外，一般還對充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質量，不符合充填高度的成品將不許出廠。圖3所示為藉助光電檢測技術控制充填高度的原理。當充填高度h偏差太大時，光電接頭沒有電信號，即由執行機構將包裝物品推出進行處理。

圖3 利用光電檢測技術控制充填高度

光電色質檢測

圖4為包裝物料的光電色質檢測原理。若包裝物品規定底色為白色，因質量不佳，有的出現泛黃，在產品包裝前先由光電檢測色質，物品泛黃時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。

圖4 包裝物料的光電色質檢測原理

彩塑包裝制袋塑料薄膜位置控制

圖5為包裝機塑料薄膜位置控制系統原理。成卷的塑料薄膜上印有商標和文字，並有定位色標。包裝時要求商標及文字定位準確，不得將圖案在中間切斷。薄膜上商標的位置由光電系統檢測，並經放大後去控制電磁離合器。薄膜上色標（ 不透光的一小塊面積，一般為黑色）未到達定位色標位置時，光電系統因投光器的光線能透過薄膜而使電磁離合器有電而吸合，薄膜得以繼續運動，薄膜上的色標到達定位色標位置時，因投光器的光線被色標擋住而發出到位的信號，此信號經光電變換、放大後，使電磁離合器斷電脫開，薄膜就準確地停在該位置，待切斷後再繼續運動。

圖5 薄膜位置控制系統示意圖

當薄膜上的色標未到達光電管時，光電繼電器線圈無電流通過，伺服電機轉動，帶動薄膜繼續前進。當色標到達光電管位置時，光電繼電器線圈有電流，伺服電機立即停轉，因而薄膜就停在那一個位置。當切斷動作完成後，又使伺服電機繼續轉動。如圖6所示。

圖6 薄膜位置控制示意圖

其他方面的應用

利用光電開關還可以進行產品流水線上的產量統計、對裝配件是否到位及裝配質量進行檢測，例如灌裝時瓶蓋是否壓上、商標是否漏貼（見圖7），以及送料機構是否斷料（見圖8）等。

圖7 瓶子灌裝檢測示意圖

圖8 送料機構檢測示意圖

此外，利用反射式光電傳感器可以檢測布料的有無和寬度。利用遮擋式光電傳感器檢測布料的下垂度，其結果可用於調整布料在傳送中的張力，利用安裝在框架上的反射式光電傳感器可以發現漏裝產品的空箱，並利用油缸將空箱推出。

由於光電傳感器對紅外輻射或可見光都特別靈敏，因而就更加容易成為雷射攻擊的目標。此外，電子系統及傳感器本身還極易受到雷射產生的熱噪聲和電磁噪聲的幹擾而無法正常工作。戰場上的雷射武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當能量的雷射束將傳感器「致盲」，使其無法探測或繼續跟蹤已經探測到的目標。或者，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，由於傳感器在戰場上發揮的作用越來越重要，同時又很容易遭受雷射攻擊，它們已成為低能雷射武器的首選目標。

光電傳感器在汽車上的應用

車載娛樂/導航/DVD系統背光控制，以便在所有的環境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度；後座娛樂用顯示器背光控制；儀表組背光控制（速度計/轉速計）；自動後視鏡亮度控制（通常要求兩個傳感器，一個是前向的，一個是後向的）；自動前大燈和雨水感應控制（專用，根據需求進行變化）；後視相機控制（專用，根據需求進行變化）。

在提供更舒適的顯示質量方面已經成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對於汽車應用而言至關重要，因為這些應用要求在所有環境光條件下都能達到完全的背光效果。

例如，在白天，用戶需要最大的亮度來實現最佳的可見度，但是這種亮度在對於夜間條件而言則是過亮的，因此帶有良好光譜響應 （良好的IR衰減）的光傳感器、適當的動態範圍和整體的良好輸出信號調節可以很容易地自動完成這些應用。終端用戶可以設置幾個閾值水平（如低、中、亮光），或能夠隨意地動態地改變傳感器的背光亮度。

這也適用於汽車後視鏡亮度控制，當鏡子變暗和/或變亮時需要智能的亮度管理，可以通過環境光傳感器來完成。

光電傳感器在消費類電子產品上的應用

半導體相似傳感器和封裝開發的最新進展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡單易用性是設計者更多地採用光傳感器的原因，更多地應用於消費類電子。

對於可攜式應用，如果用戶不改變系統設置（通常是亮度控制），那麼一個顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區域，用戶傾向於提高顯示器的亮度，這就會增加系統的功耗。而當條件變化時，如進入建築物，大多數用戶都不會去改變設置，因此系統功耗仍然保持很高。但是，通過使用一個光傳感器，系統能夠自動檢測條件變化並調節設置，以保證顯示器處於最佳的亮度，進而降低總功耗。

在一般的消費類應用中，這也能夠延長電池壽命。對於行動電話、筆計本電腦、PAD和數位相機，通過採用環境光傳感器反饋，可以自動進行亮度控制，從而延長了電池壽命。

光電傳感器利用光電的變量，還有極其廣泛的應用，如自動扶梯，自動門，防盜警衛、自動照明、料位控制等等，未來隨著物聯網技術的發展和普及，光電傳感器應用將滲透到人類生活的方方面面。