光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

7.2.1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(光学测控系统)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(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻档)三大类。

1、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；

2、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；

3、遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射到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。

      光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。分类和工作方式：

⑴槽型光电传感器

       把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。

⑵对射型光电传感器

       若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米。使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

⑶反光板型光电开关

      把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到，一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。

⑷扩散反射型光电开关

      扩散反射型光电开关的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但扩散反射型光电开关前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。在检测时，当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

7.2.2应用

1、光电传感器的烟尘浊度监测

      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。

      烟雾报警器也是用光电传感器作为核心部件，可以用来测量烟的浓度， 它由红外发光二极管及光电三极管组成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在无烟状态时，光电三极管接收不到红外线；当烟雾进入到感应室后，烟雾粒子会将部分光束散射到光电三极管上，当烟雾的浓度逐渐加大时，就会有更多的光束被散射到感应器上，当到达传感器的光束达到一定的程度，蜂鸣器就会发出报警信号。

2、条形码光电笔中的光电传感器

     当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发 光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信 号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。

3、光电传感器在点钞机中计数作用

    点钞机中必不可少的组成之一就是光电传感器。点钞机的计数器采用非接触式红外光电检测技术，具有结构简单、精度高和响应速度快等优点。点钞机的计数器采用两组红外光电传感器。每一个传感器由一个红外发光二极管和一个接收红外光的光敏三极管组成，两者之间留有适当距离。当无钞票通过时，接收管受光照而导通，输出为0。当有钞票通过瞬间，挡住红外光，接收管光通量不足，输出为1。钞票通过后，接收管又接收到红外光导通。这样就在该部分电路输出端产生一个脉冲信号，这些信号经后续电路整形放大后输入单片机，单片机驱动执行电机，并相应完成计数和显示。点钞机之所以采用两组光电传感器，是为了检测纸币的完整性，避免残币被计入。通过光电传感器来检测钞票的计数情况进而实现钞票数目的累计，最后用液晶及外部显示部分直观地将钞票数显示给用户，并且在出现异常时可自动向用户报警。

4、光电传感器应用于自动抄表系统

    随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展，可以利用光电传感器来研制自动抄表系统。电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转。采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如：在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑，再配以反射式光电发射接收对管，则当铝盘旋转时，在局部涂黑处便产生脉冲，并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，并经光电耦合隔离电路，送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可有效地防止干扰信号进入微机。再结合其它传输方式便可以形成自动抄表系统。

5、光电传感器在自动化生产线上应用

      光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，在轻工自动机上广泛应用。

      光电式带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。光电式带材跑偏检测器原理如图1所示。光源发出的光线经过透镜1会聚为平行光束，投向透镜2，随后被会聚到光敏电阻上。在平行光束到达透镜2的途中，有部分光线受到被测带材的遮挡，使传到光敏电阻的光通量减少。

      图2为测量电路简图。R1、R2是同型号的光敏电阻。R1作为测量元件装在带材下方，R2用遮光罩罩住，起温度补偿作用。当带材处于正确位置（ 中间位）时，由R1、R2、R3、R4组成的电桥平衡，使放大器输出电压U0为0。当带材左偏时，遮光面积减少，光敏电阻R1阻值减少，电桥失去平衡。差动放大器将这一不平衡电压加以放大，输出电压为负值，它反映了带材跑偏的方向及大小。反之，当带材右偏时，U0为正值。输出信号U0一方面由显示器显示出来，另一方面被送到执行机构，为纠偏控制系统提供纠偏信号。

6、包装充填物高度检测

用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。图3所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理。当充填高度h偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。

7、光电色质检测

      图4为包装物料的光电色质检测原理。若包装物品规定底色为白色，因质量不佳，有的出现泛黄，在产品包装前先由光电检测色质，物品泛黄时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将泛黄物品吹出。

8、彩塑包装制袋塑料薄膜位置控制

     图5为包装机塑料薄膜位置控制系统原理。成卷的塑料薄膜上印有商标和文字，并有定位色标。包装时要求商标及文字定位准确，不得将图案在中间切断。薄膜上商标的位置由光电系统检测，并经放大后去控制电磁离合器。薄膜上色标（ 不透光的一小块面积，一般为黑色）未到达定位色标位置时，光电系统因投光器的光线能透过薄膜而使电磁离合器有电而吸合，薄膜得以继续运动，薄膜上的色标到达定位色标位置时，因投光器的光线被色标挡住而发出到位的信号，此信号经光电变换、放大后，使电磁离合器断电脱开，薄膜就准确地停在该位置，待切断后再继续运动。

     当薄膜上的色标未到达光电管时，光电继电器线圈无电流通过，伺服电机转动，带动薄膜继续前进。当色标到达光电管位置时，光电继电器线圈有电流，伺服电机立即停转，因而薄膜就停在那一个位置。当切断动作完成后，又使伺服电机继续转动。如图6所示。

9、在其他工业中的应用

      利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是否到位及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴（见图7），以及送料机构是否断料（见图8）等。

       此外，利用反射式光电传感器可以检测布料的有无和宽度。利用遮挡式光电传感器检测布料的下垂度，其结果可用于调整布料在传送中的张力，利用安装在框架上的反射式光电传感器可以发现漏装产品的空箱，并利用油缸将空箱推出。

10、在汽车、武器、消费类电子产品中的应用

      光电传感器利用光电的变量，还有极其广泛的应用，如自动扶梯，自动门，防盗警卫、自动照明、料位控制等等，未来随着物联网技术的发展和普及，光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。