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美國邦納BANNER光電傳感器的原理

發布時間:2018-03-06瀏覽次數:2531返回列表

美國邦納BANNER光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它先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一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。
美國邦納BANNER光電傳感器的原理:
由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統)輸出量性質可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉換成連續變化的光電流,它與被測量間呈單值關系.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。所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發出的光能量穿過被測物,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出的光通量經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。
光敏二管是常見的光傳感器。光敏二管的外型與一般二管一樣,當無光照時,它與普通二管一樣,反向電流很小,稱為光敏二管的暗電流;當有光照時,載流子被激發,產生電子-空穴,稱為光電載流子。在外電場的作用下,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。
光敏三管除了具有光敏二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管相差不大,一般光敏三管只引出兩個——發射和集電,基不引出,管殼同樣開窗口,以便光線射入。為增大光照,基區面積做得很大,發射區較小,入射光主要被基區吸收。工作時集電結反偏,發射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=(1+β)Icbo(很?。?,比一般三管的穿透電流還??;當有光照時,激發大量的電子-空穴對,使得基產生的電流Ib增大,此刻流過管子的電流稱為光電流,發射電流Ie=(1+β)Ib,可見光電三管要比光電二管具有高的靈敏度。
美國邦納BANNER光電傳感器的工作原理:
光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。
光電傳感器在一般情況下,有三部分構成,它們分為:發送器、接收器和檢測電路。
發送器對準目標發射光束,發射的光束一般來源于半導體光源,發光二管(LED)、激光二管及紅外發射二管。光束不間斷地發射,或者改變脈沖寬度。接收器有光電二管、光電三管、光電池組成。在接收器的前面,裝有光學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,光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。
美國邦納BANNER光電傳感器的分類和工作方式:
⑴槽型光電傳感器
把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側組成槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時,光被遮擋,光電開關便動作,輸出一個開關控制信號,切斷或接通負載電流,從而完成一次控制動作。槽形開關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,若把發光器和收光器分離開,就可使檢測距離加大,一個發光器和一個收光器組成對射分離式光電開關,簡稱對射式光電開關。對射式光電開關的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側,檢測物通過時阻擋光路,收光器就動作輸出一個開關控制信號。
⑶反光板型光電開關
把發光器和收光器裝入同一個裝置內,在前方裝一塊反光板,利用反射原理完成光電控制作用,稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下,發光器發出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路,收光器收不到光時,光電開關就動作,輸出一個開關控制信號。
⑷擴散反射型光電開關
擴散反射型光電開關的檢測頭里也裝有一個發光器和一個收光器,但擴散反射型光電開關前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。在檢測時,當檢測物通過時擋住了光,并把光部分反射回來,收光器就收到光信號,輸出一個開關信號。
沒有信號輸出的原因
美國邦納BANNER光電傳感器先要考慮的是接線或配置的問題。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,用戶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,如若正負連接錯誤則會導致輸出信號沒有。
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有對準問題,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境的干擾因素。如光照強度不能超出額定范圍;如果現場環境有粉塵,就需要我們定期清理光電傳感器探頭表面;或者是多個傳感器緊密安裝,互相產生干擾;還有一種影響比較大的是電氣干擾,如果周圍有大功率設備,產生干擾時必須要有相應的抗干擾措施。如果做過上述的逐一排查,這些因素都可以明確地排除還是沒有信號輸出的話,建議退回廠家檢測判斷。
美國邦納BANNER光電傳感器的結構分析:
光電傳感器通常由三部分構成,它們分別為:發送器、接收器和檢測電路。
發射器帶一個校準鏡頭,將光聚焦射向接收器,接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個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。
接收器有光電二管、光電三管及光電池組成。光敏二管是現在常見的傳感器。光電傳感器光敏二管的外型與一般二管一樣,只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口,以便于光線射入,為增加受光面積,PN結的面積做得較大,光敏二管工作在反向偏置的工作狀態下,并與負載電阻相串聯,當無光照時,它與普通二管一樣,反向電流很小稱為光敏二管的暗電流;當有光照時,載流子被激發,產生電子-空穴,稱為光電載流子。
此外,光電傳感器的結構元件中還有發射板和光導纖維。角反射板是結構牢固的發射裝置,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的范圍改變發射角,使光束幾乎是從一根發射線,經過反射后,仍從這根反射線返回。
美國邦納BANNER光電傳感器的類型:
⑴槽型光電傳感器
把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時,光被遮擋,光電開關便動作。輸出一個開關控制信號,切斷或接通負載電流,從而完成一次控制動作。槽形開關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
若把發光器和收光器分離開,就可使檢測距離加大。由一個發光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關,簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側,檢測物通過時阻擋光路,收光器就動作輸出一個開關控制信號。
⑶反光板型光電開關
把發光器和收光器裝入同一個裝置內,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為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下,發光器發出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住,收光器收不到光時,光電開關就動作,輸出一個開關控制信號。
⑷擴散反射型光電開關
它的檢測頭里也裝有一個發光器和一個收光器,但前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光,并把光部分反射回來,收光器就收到信號,輸出一個開關信號。
美國邦納BANNER光電傳感器生產的發展方向:
(1)使光電傳感器從理論研究向生產條龍的產業化模式快速發展,走創新和合作相結合的跨越式發展道路,使我國成為傳感器的生產大國;
(2)光電傳感器產品結構、協調、持續發展。產品品種要向高技術、高附加值傾斜,尤其要填補“空白”品種;
(3)生產格局向專業化發展。即生產傳感器門類少而精,且專門生產某一應用領域需要的某一類傳感器系列產品,以獲得較高的市場占有率,各傳感器企業的專業化合作生產;
(4)光電傳感器大生產技術向自動化發展。光電傳感器的門類、品種繁多,所用的敏感材料各異,決定了傳感器制造技術的多樣性和復雜性??v觀當前光電傳感器工藝線的概況,多數工藝已實現單機自動化,但距離生產過程全自動化尚存在諸多困難,有待今后廣泛采用CAD、CAM及的自動化裝備和工業機器人予以突破;
(5)企業的重點技術改造應加強從依賴引進技術向引進技術的消化吸收與創新的方向轉移;
(6)企業經營要加快從市場為主向與國外兩個市場相結合的化方向跨越發展;
(7)企業結構將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業化生產共存”的格局發展。
美國邦納BANNER光電傳感器的主要應用領域: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;后座娛樂用顯示器背光控制;儀表組背光控制(速度計/轉速計);自動后視鏡亮度控制(通常要求兩個傳感器,一個是前向的,一個是后向的);自動前大燈和雨水感應控制(專用,根據需求進行變化);后視相機控制(專用,根據需求進行變化)。在提供舒適的顯示質量方面已經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,用戶需要大的亮度來實現佳的可見度,但是這種亮度在對于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、適當的動態范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。這也適用于汽車后視鏡亮度控制,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。
對于便攜式應用,如果用戶不改變系統設置(通常是亮度控制),那么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,用戶傾向于提高顯示器的亮度,這就會增加系統的功耗。而當條件變化時,如進入建筑物,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并調節設置,以保證顯示器處于佳的亮度,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。對于移動、筆計本電腦、PAD和數碼相機,通過采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。
并不是一個新的構想。在數十年前就已經利用光電二管和光敏電阻來實現這一構想。所謂新構想,是指對環境光感應的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光,而且在支持汽車規格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現小封裝,尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內的操作,以滿足其余的規格要求。如何保持工作質量標準并滿足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。采用一個光傳感器或LED發射器或接收器時,任何的光學解決方案都會面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現的封裝變色問題(會變暗或變成淡黃)。同樣值得一提的是,到目前為止,所有環境光傳感器的應用都限于車艙內,在發動機艙或戶外環境中還沒有出現光傳感器應用。事實上,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,在當前的光學封裝技術下,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發的新進展使得終端用戶在光傳感器上具有了廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡單易用性是設計者多地采用光傳感器的原因,其應用范圍涉及消費類電子、工業應用以及汽車領域。

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