光电传感器知识

光电传感器是种小型电子设备，它可以检测出其接到的光强的变化。早期的用检测
物体有无的光电传感器是种小的金属圆柱形设备，发射器带个校准镜头，将光聚焦射向接器，接器出电缆将这套装置接到个真空管放大器上。在金属圆筒内有个小的白炽
灯做为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。

LED（发光二管）
发光二管zui早出现在19世纪60代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二管做为指示灯用。LED就是种半导体元件，其电气性能与普通二管相同，不同之在于当给LED通电流时，它会发光。由于LED是固态的，所以它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED的光电传感器能被做得更小，且比白炽灯传感器更可靠。不象白炽灯那样，LED抗震动抗冲击，并且没有灯丝。另外，LED所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的
部分。（激光二管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。

经调制的LED传感器

1970，人们发现LED还有个比寿命长更好的优点，就是它能够以非常快的速度开关，开关速度可达到KHz。将接器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信进行放大。
我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接。将音机调到某台，就可以忽略其他
的无线电波信。经过调制的LED发射器就类似于无线电波发射器，其接器就相当于音机。
人们常常有个误解：认为由于红外光LED发出的红外光是看不到的，那么红外光的能量肯定会很强。经过调制的光电传感器的能量的大小与LED光波的波长无太大关系。个LED发出的光能很少，经过调制才将其变得能量很。个未经调制的传感器只有通过使用长焦距
镜头的机械屏蔽手段，使接器只能接到发射器发出的光，才能使其能量变得很。相比之下，经过调制的接器能忽略周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。
未经调制的传感器用检测周围的光线或红外光的辐射，如刚出炉的红热瓶子，在这种应用场合如果使用其它的传感器，可能会有误动作。
如果个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么它就可以被周围光源接器可靠检测到。周围光源接器也可以用检测外光。
但是并不是说经调制的传感器就定不受周围光的干扰，当使用在强光下时就会有问题。例如，未经过调制的光电传感器，当把它指向阳光时，它能正常动作。我们每个人都知道，用块有放大作用的玻璃将阳光聚集在张纸上时，很易就会把纸点燃。设想将玻璃替成传感器的镜头，将纸替成光电三管，这样我们就很易理解为什么将调制的接器指向阳光时它就不能工作了，这是周围光源使其饱和了。
调制的LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，扩展了光束的角度，人们逐渐接受了这种可靠易于对准的光束。到1980，非调制的光电传感器逐步就出了历史舞台。
红外光LED是效率zui的光束，同时也是在光谱上与光电三管zui匹配的光束。
但是有些传感器需要用区分颜色（如色标检测），这就需要用可见光源。

在早期，色标传感器使用白炽灯做光源，使用光电池接器，直到后发明了的可见光LED。现在，多数的色标传感器都是使用经调制的各种颜色的可见光LED发射器。经调制的传感器往往牺牲了响应速度以获取更长的检测距离，这是因为检测距离是个非常重要的参数。未经调制的传感器可以用检测小的物体或动作非常快的物体，这些场合要求的响应速度都非常快。但是，现在速的调制传感器也可以非常快的响应速度，能满足大多数的检测应用。

超声波传感器

声波传感器所发射和接的声波，其振动频率都超过了人耳所能听到的范围。它是通过计算声波从发射，经被测物反射回到接器所需要的时间，判断物体的。对于对射式超声波传感器，如果物体挡住了从发射器到接器的声波，则传感器就会检测到物体。与光电传感器不同，超声波传感器不受被测物透明度和反光率的影响，因此在许多使用超声波传感器的场合就不适合使用光电传感器检测。

光纤

安装空间非常有限或使用非常恶劣的情况下，我们可以考虑使用光纤。光纤与传感器配套使用，是无源元件，另外，光纤不受任何电磁信的干扰，并且能使传感器的电子元件与其他电的干扰相隔离。
光纤有根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包层金属外皮。这层金属外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在这两种材料的边界（入射角在定范围内，），被部反射回。根据光学原理，光束都可以由光纤传输。
两条入射光束（入射角在接受角以内）沿光纤长度向经多次反射后，从另端射出。另条入射角超出接受角范围的入射光，损失在金属外皮内。这个接受角比两倍的zui大入射角略大，这是因为光纤在从空气射入密度较大的光纤材料中时会有轻微的折射。光在光纤内部的传输不受光纤是否弯曲的影响（弯曲半径要大于zui小弯曲半径）。大多数光纤是可弯曲的，很易安装在狭小的空间。
玻璃光纤
玻璃光纤由束非常细（直径约50μm）的玻璃纤维丝组成。典型的光缆由几百根单独的带金属外皮玻璃光纤组成，光缆外部有层护套保护。光缆的端部有各种尺寸和外形，并且浇注了坚固的透明树脂。检测面经过光学打磨，非常平滑。这道精心的打磨工艺能显著提光纤束之间的光耦合效率。
玻璃光纤内的光纤束可以是紧凑布置的，也可随意布置。紧凑布置的玻璃光纤通常用在医疗设备或管道镜上。每根光纤从端到另端都需要精心布置，这样才能在另端得到非常清晰的图像。由于这种光纤费用非常昂贵并且多数的光纤应用场合并不需要得到个非常清晰的图像，所以多数的玻璃光纤其光纤束是随意布置的，这种光纤就非常便宜了，当然其所得到的图像也只是些光。
玻璃光纤外部的保护层通常是柔性的不锈钢护套，也有的是PVC或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纤可用于特殊的空间或，其检测头做成不同的形状以适用于不同的检测要求。
玻璃光纤坚固并且性能可靠，可使用在温和有化学成分的中，它可以传输可见光和红
外光。常见的问题就是由于经常弯曲或弯曲半径过小而导致玻璃丝折断，对于这种应用场合，我们推荐使用塑料光纤。

塑料光纤
塑料光纤由单根的光纤束（典型光束直径为0.25到1.5mm）构成，通常有PVC外皮。它能安装在狭小的空间并且能弯成很小的角度。
多数的塑料光纤其检测头都做成探针形或带螺纹的圆柱形，另端未做加工以便客户根据使用将其剪短。邦纳的塑料光纤都配有个光纤刀。不像玻璃光纤，塑料光纤具有较的柔性，带防护外皮的塑料光纤适于安装在往复运动的机械结构上。塑料光纤吸定波长的光波，包括红外光，因而塑料光纤只能传输可见光。
与玻璃光纤相比，塑料光纤易受温，化学物质和溶剂的影响。
对射式和直反式光纤玻璃光纤和塑料光纤既有“单根的"－对射式，也有“分叉的"－直反式。单根光纤可以将光从发射器传输到检测区域，或从检测区域传输到接器。分叉式的光纤有两个明显的分支，可分别传输发射光和接光，使传感器既可以通过个分支将发射光传输到检测区域，同时又通过另个分支将反射光传输回接器。
直反式的玻璃光纤，其检测头的光纤束是随意布置的。直反式的塑料光纤，其光纤束是沿光纤长度向根挨根布置。
光纤的特殊应用
由于光纤受使用影响小并且抗电磁干扰，因而能被用在些特殊的场合，如：适用于真空下的真空传导光纤（VFT）和适用于爆炸下的光纤。在这两个应用中，特制的光纤安装在特殊的中，经个法兰引出接到外面的传感器上，光纤和法兰的尺寸多种多样。本安型传感器，如NAMUR型的传感器，可用在特殊或有爆炸性危险的中。