光电传感与测试技术包装112 郭剑 31106140421.概述电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化，早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚集射向接收器，接收器出电缆将这套装置接受到一个真空管放大器上，在金属圆管内有一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。

发光二极管最早出现在19世纪60年代，现在我们可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管做为指示灯来用。

LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给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。

不像白炽灯那样，LED抗震动冲击，并且没有灯丝。

另外，LED所发出的光只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。

（激光二极管除外，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。

经过调制的LED 传感器能够以非常快的速度开关，开关速度可以达到KHz。

将接收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号进行发大。

它忽略了周围的光，只对自己的光或具有相同调制频率的光做出响应。

调制LED改进了光电传感器的设计，增大了检测距离，扩大了光束角度，并且具有相当快的响应速度。

光电传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。

它把光型号转换成为电信号，直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其它物理量成为光信号。

其主要的原理是光电效应。

当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应宝库奥电子发射、电导率和电位电流等。

然后通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声处理就得到了所需要的输出信号。

这里的输出电信号和原始的光信号接近线性的关系。

光电效应分为：外光电效应和内光电效应。

光电效应中多数金属中的光电子只能从靠近金属表面内的浅层(小于μm)逸出，不能从金属内深层逸出的结论。

光波能量进入金属表面后不到1的距离就基本被吸收完了。

外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。

内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。

当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻。

光电效应2.传感器技术状的发展现状我国电子信息业在上世纪八十年代第一次腾飞后，随着国民经济信息化进程的加快，之后又进入持续快速发展的新时期。

这个时期电子信息产业的主要特征表现为：一是正在从单一的制造业转变为物质生产与知识生产，装备制造与系统集成，硬件制造与软件制造，工业生产与信息服务相结合的现代信息产业；二是产业结构，产品结构，企业结构，运行机制，管理模式等方面发生了深刻变化；三是我国信息产业成为国民经济的支柱产业和先导产业，是新世纪的战略产业，为国民经济和社会信息化建设提供主要技术和物质支撑。

传感器技术及其产业的特点是：基础、应用两头依附；技术、投资两个密集；产品、产业两大分散。

基础、应用两头依附，是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。

敏感机理千差万别，敏感材料多种多样，工艺设备各不相同，计测技术大相径庭，没有上述四块基石的支撑，传感器技术难以为继。

应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术，其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用，才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。

也即发展传感器技术要以市场为导向，实行需求牵引。

技术、投资两个密集技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。

它是多种高技术的集合产物。

由于技术密集也自然要求人才密集。

投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度，尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时，更要求较大的投资。

增加投资和正确的投资方向是提高传感器产业水平的主要条件之一，也是企事业决策者谋求最佳经济效益的重要手段。

产品、产业两大分散，产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多，生产、研究单位分布在除地方外有12个部委（电子、机械、科学院、航空航天、教委、冶金、船舶、铁道、轻工、化工、煤炭等），其应用渗透到各个产业部门，它的发展既是各产业发展的推动力。

只有按照市场需求，不断调整产业结构和产品结构，才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。

在国家的支持下，“八五”以来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。

在学术交流方面，1989年10月由敏感元器件与传感器分会发起主办的“STC “89首届全国敏感元件与传感器学术会议”已延续至今，固定每两年召开一次，每逢活动不但国内学者、企业家云集且有不少其它国家的人士参加。

目前，其论值组织机构为：“全国敏感元件与传感器学术团体联合组织委员会”。

3.模块描述1 可以检测周围环境的亮度和光强2 灵敏度可调3 工作电压3.3V-5V5 输出形式 a 模拟量电压输出b 数字开关量输出（0和1）6 设有固定螺栓孔，方便安装7 小板PCB尺寸：3cm * 1.6cm4.模块接口说明（4线制）1 VCC 外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2 GND 外接GND3 DO 小板数字量输出接口（0和1）4 AO 小板模拟量输出接口5.使用说明1 光敏电阻模块对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强。

2 模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平；3 小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光强改变；4 小板数字量输出DO可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光电开关；5 小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值；6.测试说明使用本店51开发板与光敏电阻模块测试接线说明：模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 接好VCC和GND，模块电源指示灯会亮将模块放置有光源处，调节板上蓝色电位器，直到板上开关指示灯亮，然后用手遮住光敏电阻，模块开关指示灯将会灭。

将手拿开，开关指示灯再会到点亮状态。

这个现象就是说明，光源可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。

另外资料里面附带一个51程序，用来检测光敏模块数字接口D0的高低电平接线：模块VCC 接开发板VCC 模块GND接开发板 GND 模块D0接开发板P0.1 单片机：STC89C52 串口发送数据波特率：9600现象：模块有光源触发，串口不断发送01，无光源触发，串口不发送数据。

7.光电传感器在包装工业中的应用输纸装置上的应用印刷机纸张在输送的过程中，主要有双张、空张、纸歪斜、纸晚到、堵纸以及卷筒纸断纸等故障的发生。

对于以上纸张输送故障都是利用光电传感器检测的，其检测的基本原理是利用纸张在输送过程中光线反射或透射过纸张的强弱或有无．引起光电池电量变化，据此变化，判断故障情况，采取相应的控制策略”’。

以双张检测为例，纸张在接受光线照射时，会有一部分光线透射过纸张。

当人射光线强度一定时．透射过纸张的光线的强度会由于纸张厚度的不同而发生变化。

光电式双张检测器正是通过检测透射光强度的变化而判断纸张的厚度变化。

如图2所示，在输纸板的上、下方分别装有光源5和光电元件3，光源5发出的光线透过纸张4照射在光电元件3上，使3产生微量的电信号．并输入到电子线路2当中。

电路的输出端接有一电流继电器l。

当信号减小到设定的临界值以下，便可判断产生了双张故障，进而控制后续部件的应对动作”l。

卷筒纸光电断纸检测具有较高的检测灵敏度。

光电检测头主要由发光头、接收头组成，纸带在发光头与接收头之间通过。

如图3所示，当纸带正常运行时，检测器可以检测到经纸带表面反射回来的光信号，此时光电二极管(接收头)无光照射或光照微弱．通过的光电流很小。

当有断纸发生时，纸带表面无法反射回信号，光电管直接接受光照射，使光电流大大增加，根据此信号系统立即发生一系列的动作，即印刷装置离压．并快速停机以防止断纸缠绕在印刷滚筒表面”。

印刷品质量检测的应用在印刷品质量检测方面，印刷图像套准检测，墨量、叠印、实地密度、反差等都可以采用光电传感器进行检测。

就其中的密度检测为例，它是利用对380~720nm可见光范围内的光辐射具有足够灵敏度的光电传感元件（普遍采用光敏二极管）作辐射接收器。

密度自带的标准光源照射到检测对象上，印品上油墨对入射光选择吸收后，入射到光敏二极管上的光照度发生变化，光电效应产生的光电流强度也随之变动，光敏二极管上将光信号转换为电信号输出到后续电路。

由于密度计是测量入射光的选择吸收程度，因此，测量环境光源对密度检测有一定的影响，在检测时应严格控制环境光照条件，将环境对测量的干扰讲到最低。

包装的控制系统（图7）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8）所示。

印刷过程中的应用在包装、印刷行业中．特别是自动化程度高的产品生产线上，大量纸张、塑料等可挠性带材在运行中可能受到不可控制力的作用．不能保持直线运行而使其幅宽中心线偏离基准中心线．发生跑偏故障。

“跑偏”不仅影响产品质量，还会增加能源和原材料的消耗，甚至使机组无法进行正常生产。

因此在带材生产线中需要各种纠偏控制装置。

纠偏装置的核心部分就是光电传感器，其纠偏过程是：光源发出的光线经过透镜I会聚为平行光束，投向透镜2，然后被会聚到光敏电阻上。