技术干货：一文搞懂光电传感器的原理，对射、漫反、镜反等案例

1、什么是光电传感器？

所谓光电传感器，就是通过感应自身投射光的受光量(遮光量)，实现非接触式的检测物体的有/无的传感器。

如图所示，左边投光器投射出光线，右边的受光器接收到足够的光亮（受光量）时判断为ON，否则判定为OFF。

2、光电传感器的特点是什么？

可以非接触检测

长距离检测

可以检测微小物体

响应速度高

大部分物体都可以检测

缺点是容易受到油污/粉尘的影响。

3、常见的光电传感器检测类型分类和应用举例

对射型：发射器和接收器分离。主要以「投射的光线是否被遮挡阻断」为检测依据，因此不收检测物体的形状、颜色、倾斜等影响。

案例

在食品包装生产线上，很多食品的密封包装是透明材质，使用传感器透过透明包装材质可以检测包装内是否有封装入食品。

镜发射型：该型光电传感器配置为一个发射和接收一体的本体和一个反光镜，主要是以「传感器发射向反光镜的光线是否被遮挡阻断」为检测依据。因为只有一个传感器本体相比对射式光电传感器布线要简单，相对成本要低一点。

案例

可以通过镜反射光电传感器检测物品在生产线上的有无，并且仅用在一侧布线另一侧安装反光板即可。

漫反射型：该型光电传感器配置为一个发射和接收一体的本体。发射的光线经过被测物体反射到接受端上。但这类传感器容易受到物体的形状、颜色、倾斜等影响使用时一定要注意。

案例

金属加工过程中可以用到漫反射型光电传感器，确认金属加工过程中的打孔是否有无。如果发射的光线投射到孔洞中就不会发射给传感器，没有打孔则会发射给传感器，这样可以非常方便的检测出加工孔的有无。

背景抑制型：该类传感器采用PSD/C-MOS感光原件，以距离而不是受光量作为检测依据。因此可以有效的避免普通漫反射型光电传感器容易受到检测物体颜色的影响。该型传感器检测距离比普通漫反射型相对较短。

案例

检测托盘内物品的有无。通过检测高度差来确认托盘内物品的有无，即使物品和托盘发生颜色改变也可以稳定的检测，而无需进行调整。

透明体检测型：该型传感器属于镜面发射传感器中的一种。不过由于光线容易穿透透明物体，因此普通的的镜面发射型光电传感器无法检测透明体。而专用于透明体检测的传感器应差距离较小，受光量发生微小变化也能检测出来。

案例

PET瓶检测。检测透明瓶子的有无，普通光电传感器和接近开关都不能检测透明玻璃、透明塑料瓶。另外特别是在瓶子的壁体越薄透明度越高该传感器越有优势。

限定反射性/广角反射型：该传感器属于漫反射型中的一种。光学系统特别设计使得传感器只能再指定范围内检测出物体。

案例

检测晶片是否存在缺口。即使狭小空间中存在背景物体，限定反射型传感器也可以稳定检测。

颜色判别型：采用RGB三色光源通过RGB各种颜色的发射光量来识别出被检测的颜色。

这类传感器一般有两种检测模式：颜色模式和色标模式。

颜色模式应用

RGB三色光源同时投光识别被测颜色，可以高精度的检测出指定颜色。

色标模式的应用

分别对被测色标和背景进行示教，传感器从RGB三色中选择出最佳的光源作为透射光。常用语检测单一颜色北京上的某种色标的有无。

4、各类光电传感器检测类型特征对比。

以上为奥泰斯自动化的光电传感器基础知识学习阅读笔记。奥泰斯作为以光电传感器技术见长的专业传感器制造商，其光电类传感器的技术资料有非常高的参考价值。我们将陆续为您带来个更多的小编传感器学习笔记，光电传感器结构、选型流程、参数解读、特性术语等。我们大多阅读的是来自使用者分享的传感器知识，这个系列我们带来的是来自传感器设计和生产厂家工程师整理的专业知识。

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激光传感器你用过吗？它具有怎样的特点？

科技中的激光测距、测速、测长等，这些仪器中都少不了激光传感器的存在，那激光传感器又是什么呢?

激光传感器原理——介绍

激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术。激光技术与应用的迅猛发展，和多个学科相结合，形成新兴的交叉学科。

如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光学、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。

激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展，使得激光器的应用范围扩展到几乎国民经济的所有领域。本文主要介绍激光传感器的原理。

激光传感器原理——原理

激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。

常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离，还有一种是激光位移传感器。

激光传感器原理——激光的特点

激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。

激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级(即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。激光具有3 个重要特性。[1]

Ⅰ ：高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。

Ⅱ：高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。

Ⅲ：高方向性(即高定向性，光速发散角小)，激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。

激光传感器原理——激光测长

现代精密测量长度是精密机械制造工业和光学加工工业的关键技术之一。

长度计量多是利用光波的干涉现象来进行的，其精度主要取决于光的单色性的好坏。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源(氪-86灯)还纯10万倍。因此激光测长的量程大、精度高。由光学原理可知单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ/δ。用氪-86灯可测最大长度为38.5厘米，对于较长物体就需分段测量而使精度降低。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度，其精度可达0.1微米。

激光传感器原理——激光测振

它基于多普勒原理测量物体的振动速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的观察者相对于传播波的媒质而运动，那么观察者所测到的频率不仅取决于波源发出的振动频率而且还取决于波源或观察者的运动速度的大小和方向。所测频率与波源的频率之差称为多普勒频移。在振动方向与方向一致时多普频移

fd=v/λ

式中;v 为振动速度,λ为波长。

在激光多普勒振动速度测量仪中，由于光往返的原因,fd =2v/λ。这种测振仪在测量时由光学部分将物体的振动转换为相应的多普勒频移,并由光检测器将此频移转换为电信号,再由电路部分作适当处理后送往多普勒信号处理器将多普勒频移信号变换为与振动速度相对应的电信号，最后记录于磁带。

这种测振仪采用波长为6328埃(┱)的氦氖激光器，用声光调制器进行光频调制，用石英晶体振荡器加功率放大电路作为声光调制器的驱动源，用光电倍增管进行光电检测，用频率跟踪器来处理多普勒信号。它的优点是使用方便，不需要固定参考系,不影响物体本身的振动,测量频率范围宽、精度高、动态范围大。缺点是测量过程受其他杂散光的影响较大。

激光传感器原理——激光测距

原理与无线电雷达相同，将激光对准目标发射出去后，测量它的往返时间，再乘以光速即得到往返距离。由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，这些对于测远距离、判定目标方位、提高接收系统的信噪比、保证测量精度等都是很关键的。

因此激光测距仪日益受到重视。在激光测距仪基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测目标方位、运运速度和加速度等，已成功地用于人造卫星的测距和跟踪，例如采用红宝石激光器的激光雷达，测距范围为500～2000公里,误差仅几米。不久前，真尚有的研发中心研制出的LDM系列测距传感器，可以在数千米测量范围内的精度可以达到微米级别。常采用红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化镓激光器作为激光测距仪的光源。

总结：激光传感器其原理是将光学系统接受到的图像映射到雪崩光电二极管上，由雪崩光电二极管将微弱的光信号变换为相应的电信号，从而进行检测激光。

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