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光电传感器的发展与应用

文章出处:上海本烜 发表时间:2019-09-19 人气:


  光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力超声波传感器的敏感范围。光电传感器的体积很小,而敏感范围很宽,加上机壳有很多样式,几乎可以到处使用。随着技术的不断发展,光电传感器在价钱方面可以同用其他技术制造的传感器竞争。

   2光电传感器的工作原理

   由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三大类。所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上。所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上。所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部分,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关。

光电传感器

   3光电传感器分类

   光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件输出量性质,光电传感器可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器;模拟式光电传感器按被测量方法又可分为透射式、漫反射式、遮光式三大类[3]。

   4光电传感器的应用举例

   在国外,光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如,军事上,国外激光制导技术迅猛发展,使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高;美国在航空航天领域,研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器,使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度;国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥;同时,国外现有汽车中常装载有新型光电传感器,如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。

   4.1光电传感器在高压大电流测试中的应用

   近年来,采用光学设备进行高压大电流测量在电力系统中发展很快,许多新型的光电式传感器系统已相继投入现场运行,为高压大电流的监测带来许多便利条件。OCT响应速度快,测量精度高。OCT不同于CT(传统电流互感器)的基点在于信号功率小,OCT产品在被测电流从高电位转换到低电位的过程中都是用光来调制的,其光学仪器部分只有微瓦级的功率,而CT的次级线圈需要瓦级的功率。

   4.2光电传感器在转速测量系统中的应用

   在机械自动化高速发展的今天,转速是动力机械性能测试中的一个重要的特性参量,其大小和变化关系着机械运转是否正常。动力机械的许多特性参数往往通过转速来确定,例如电机的输出功率,而且动力机械的振动、管道气流脉动与各种工作零件的磨损状态等也与转速密切相关。及时监测转速的变化可以及时排除机器运转中的许多故障,避免造成更大损失。转速测量方法按传感器的安装方式来分类,分为接触式和非接触式两类。非接触式转速测量分盘式磁性测量、轴式磁性测量、遮断式光电测量和反射式光电测量。其中应用最广泛的是光电式测速系统,光电式测速系统具有非接触、响应快、性能可靠、准确度高、分辨率高等优点,在检测和控制领域得到了广泛的应用。

   4.3光电传感器在继电保护中的应用 

   随着电力工业的发展,电力系统的输送容量和电压等级不断提高,传统的互感器对电网进行测量和监控存在着许多缺点。目前,应用光电传感器的光纤互感器和光纤通讯网构成的光纤发变电站综合自动化系统,已成为电力自动化技术最有前景的发展方向之一。电力互感器是电力系统中重要的电量测量设备,也是实现电力自动化的关键设备。新型有源光电传感器能够克服传统电力互感器的尺寸大、质量大、抗干扰差、信息传输容量小等缺陷,使得电力系统的安全运行和自动化水平均无法达到要求等缺陷,同时能以数字信号输出,取消了大量的二次电缆,为电力系统的安全运行、节约成本、高压设备无油化、优化二次设备提供了坚实的基础。

   4.4光电传感器在烟尘浊度监测的应用

   防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的,如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

   4.5光电传感器在军事领域的应用

   近年来,我国在常规武器领域也采用了多种新型传感器,如压力、转速及角度传感器等,其中采用的光电传感器数量很多,如高精度的光栅式角度传感器用于火炮的高低角、方位角检测,普遍的光电式数字传感器用于枪械方面的测量,高精度的光电数字传感器用于目标角速度测量,光电测速仪用于火炮反后座装置运动特性的检测,光电转速传感器用于车辆的性能检测等。

   4.6光电传感器在农业机械中的应用

   目前,国内外的种子粒距检测均以光电传感器检测手段为主。播种是农业增收的第一环节,播种机性能检验是为了达到高效、高质量的播种效果。快速、可靠、高自动化的播种装备检测系统是我国农业检测装备中急需解决的关键问题之一。随着工业化技术水平的全面提高,光电传感器在大型喷雾设备上也广泛采用。采用液压机构控制喷杆的工作姿态、平衡与稳定,采用光电传感器等电子技术对作业速度、作业面积、喷雾压力、雾量等进行监测和自动调整,改善了机手的劳动条件,提高了作业效率和准确性。

   4.7光电传感器在特殊环境中的应用

   在流体动力学行为研究和常规兵器战斗部研究设计中,一些特殊环境下的参数测量,往往是不在同一个平面或同一个曲面上的,要求在同一次实验中,同时能测到不同平面、不同曲面等各个不同部位的特殊参数。用光电传感器,可以把看不见摸不着的探测部位,变成看得见的部位,变成光电记录仪器可直接探测的部位,达到我们研究的目的。

   可以预见,随着自动化技术的迅速发展,光电传感器在各个领域将获得越来越广泛的应用,具有良好的发展前景。


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