劉海杰

摘要：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展極大地促進(jìn)了光電傳感器技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，通過(guò)光電傳感器能有效獲取和篩選傳輸信息，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。目前已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防領(lǐng)域和信息自動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域，光電傳感器成為信息化時(shí)代不可或缺的重要技術(shù)，具有響應(yīng)時(shí)間短、非接觸檢測(cè)、精度和可靠性都比較高等優(yōu)點(diǎn)，是基于光電效應(yīng)基礎(chǔ)理論和光 電元器件為檢測(cè)器件的傳感器。本文首先對(duì)光電傳感器的原理做了簡(jiǎn)要介紹，然后探討了光電傳感器在一些相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：光電傳感器;光電效應(yīng);光電子;應(yīng)用

1、光電傳感器的基本原理

一些作用材料的光電效應(yīng)是光電傳感器實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的物理基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，按電子是否逸出材料表面，光電效應(yīng)可分為外和內(nèi)兩類光電效應(yīng)。其中，外光電效應(yīng)是指因光照射，電子從被照射物體表面逸出的現(xiàn)象，也稱為電光效應(yīng)，光電管，光電倍增管等光電元件是基于外光電效應(yīng)原理的。內(nèi)光電效應(yīng)是指在光照射作用下，被照射物體內(nèi)部的原子釋放電子，但是這些電子留在物體內(nèi)部并不逸出物體表面的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)物體的電阻率發(fā)生變化并產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光敏電阻、光敏二極管、光電池等光電元件是基于內(nèi)光電效應(yīng)原理的。

1.1外光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)的機(jī)理為光電材料被光照射，材料表面的電子吸收光照能量，當(dāng)吸收的能量達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，電子會(huì)掙脫束縛逸出材料表面進(jìn)入外部空間。根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電子效應(yīng)理論，光子是移動(dòng)的粒子流 ，光子能量為 hv（h 為普朗數(shù) ，h=6.63×1034J/Hz，ν 是光波頻率 ）。由該公式可知光子能量和光波頻率成正比，假如光子的能量全部轉(zhuǎn)移給電子，那么就會(huì)增加電子的能量，一部分能量用于克服正離子的束縛，另一部分能量轉(zhuǎn)換成電子自身能量。由能量守恒定律：mv2 =hv-w，其中電子質(zhì)量為 m，電子逸出表面的初速度為 v，逸出功為w。因此，由上式可知要使電子逸出光電材料表面，前提是光子能量大于逸出功，材料不同，逸出功也不同，對(duì)于每一種光電材料，入射光都有一個(gè)閾值頻率，只有入射光的頻率大于此閾值才會(huì)有電子逸出材料表面。我們稱這個(gè)頻率閾值為“紅限”。

1.2內(nèi)光電效應(yīng)

半導(dǎo)體材料的價(jià)帶與導(dǎo)帶之間有一能量間隔為 Eg 的帶隙。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性與導(dǎo)體相比較差是因?yàn)閮r(jià)帶中的電子不會(huì)自發(fā)地躍遷到導(dǎo)帶，但如果使用某種方式（如光激勵(lì)等）提供能量給價(jià)帶中的電子，就能夠?qū)r(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生的載流子能增加半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性。以光照激勵(lì)方式舉例說(shuō)明，當(dāng)入射的光能量 hv 大于 Eg 時(shí)，價(jià)帶中的電子通過(guò)吸收入射光子的能量躍遷到導(dǎo)帶中，在原來(lái)的位置留下一個(gè)空穴，形成可以導(dǎo)電的電子空穴對(duì)，即載流子。這一過(guò)程中的電子雖然沒(méi)有逸出材料表面形成光電子，但顯然因光照而形成的電效應(yīng)現(xiàn)象，我們稱這種情況為內(nèi)光電效應(yīng)。

2、光電傳感器的應(yīng)用

2.1光隔離器

所謂光隔離器一般是由一個(gè)發(fā)光的二極管或者光電晶體管在同一封套的組合物進(jìn)行安裝而成的。發(fā)光二極管的光敏電阻器，發(fā)光二極管光電晶體管。其中發(fā)光二極管的光電晶體管是被最廣泛使用的 ，經(jīng)常在隔離一般信號(hào)中使用;發(fā)光的光敏可控硅電源隔離的駕駛情況下使用二極管;發(fā)光二極管或在直接驅(qū)動(dòng)低功率負(fù)荷的場(chǎng)合中使用的達(dá)林頓復(fù)合管。

2.2文具計(jì)量電路

學(xué)生在不均勻的光環(huán)境中學(xué)習(xí)時(shí)，很容易使視覺(jué)疲勞，而光電文具計(jì)量電路可顯示光的強(qiáng)度，引導(dǎo)學(xué)生以保護(hù)裝文具的表面硅光伏電池的視力，直接感受到的光的強(qiáng)度，具有兩個(gè)發(fā)光二極管作為指示燈的光強(qiáng)度時(shí)的光小于100V，由光電池產(chǎn)生的電壓是比較小的，兩個(gè)LED 被點(diǎn)亮;當(dāng)光線100-200V 時(shí)，其中一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，光線適中;當(dāng)光大于200V，由光電池產(chǎn)生的電壓是比較高的，兩個(gè)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮?xí)r，光線太強(qiáng)。

2.3條碼掃描筆

當(dāng)掃描條形碼筆尖上移動(dòng)，如果遇到黑線，所述發(fā)光二極管的光就會(huì)由黑線被吸收，光電晶體管不接收反射的光，高阻抗電流干旱，在橫截面中比狀態(tài)由于當(dāng)由發(fā)光二極管發(fā)出的光，被反射到光電晶體管的基極的顏色空間滿足，光電晶體管導(dǎo)通，整個(gè)條碼掃描之后，條形碼到光電晶體管的電脈沖信號(hào)，將信號(hào)放大，脈沖列的形成后成形，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，以完成的條形碼信息的識(shí)別。

2.4光電探緯器

光電探測(cè)器在緯紗織機(jī)用檢測(cè)器，以確定是否斷裂時(shí)在噴射緯紗效果的進(jìn)步，紅外發(fā)射紅外光，經(jīng)緯線反射的接收到的光電池，如果沒(méi)有接收到電池中的光的反射信號(hào)，則緯紗已破裂，因此光電池的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)隨后的電路放大，脈沖整形，并控制機(jī)器的正常操作是打開還是關(guān)閉報(bào)警。因?yàn)榫暭喎浅１。⑾蚯皵[動(dòng)，漫射光的生成，減弱了反射光的強(qiáng)度，并伴有背景的雜散光，因此要求塞具有高的靈敏度和分辨率，為此，利用紅外線LED高電流小電源脈沖占空比，它將確保發(fā)光管的壽命，而且在瞬間射的光，以提高檢測(cè)靈敏度。

2.5光電三極管測(cè)速

在機(jī)床轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)具有均勻分布齒輪的調(diào)制盤，調(diào)制盤的一邊由固定的發(fā)光管產(chǎn)生恒定光，另一邊為光電三極管或光電二極管。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，調(diào)制盤跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)光二極管發(fā)出的恒定光被調(diào)制成隨時(shí)間變化的調(diào)制光，光電三極管間斷接收到透射的光信號(hào)，輸出脈沖。

結(jié)語(yǔ)

一些廣泛運(yùn)用的光電傳感器仍等著我們?nèi)パ芯浚ヌ剿?，如在太?yáng)下，還不能很好看清手機(jī)和電腦的顯示，那么我們就可以用它來(lái)更改手機(jī)的感光器件和屏幕亮度，同樣的，空調(diào)調(diào)節(jié)，可以紅外線檢測(cè)自動(dòng)調(diào)整到舒適的溫度的身體，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，打開空調(diào)即可調(diào)整到人的舒適范圍溫度，由此可見(jiàn)，光電傳感器將會(huì)使我們的生活更方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐文彥.傳感器（第4版 ）[M]. 北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]張洪潤(rùn)，孫悅，張亞凡.傳感技術(shù)與應(yīng)用教程（第 2 版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[3]張夢(mèng)欣.自動(dòng)檢測(cè)與傳感器應(yīng)用[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.

[4]李科杰.自動(dòng)檢測(cè)與光電傳感器的應(yīng)用[J].現(xiàn)代傳感技術(shù).

河南工學(xué)院電纜工程學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003