光電傳感技術精選(九篇)

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第1篇：光電傳感技術范文

【關鍵詞】廣播電視;干擾因素;抗干擾技術

1前言

廣播信號的傳播一般是通過太空的衛星作為中繼站來向地球發射一對多點的傳輸，衛星信號在傳輸的過程中具備較穩定長距離傳播的能力，并且能完成高質量、大面積的信號同時傳播等優點，所以，這種衛星信號傳播方式成為人類廣播電視信號傳輸需要。不過，在實際的使用過程中還是存在不少的缺點，在雷雨天氣和太陽的電磁干涉下會造成傳輸信號的干擾，嚴重的時候還會造成信號源的中斷。還有衛星信號作為一種公開性的通道，沒有強大的抗擾功能，容易遭受有意性破壞，造成信號傳輸的癱瘓，目前，針對廣播電視的信號傳播安全已引起相關部門的重視，也成立了相關的研究機構進行研究探討。

2廣播電視信號在傳播中的干擾

2．1自然因素干擾

廣播電視信號在傳播中難免會受到自然因素的影響，自然因素主要包括了太陽粒子和雨雪天的干擾。眾所周知地球圍繞著太陽做圓周運動，當地球和太陽的距離變得足夠接近時，此時太陽發出的電磁波較強，會對衛星通信信號造成影響，對于這種煩擾現象，目前似乎還沒有研究出一項有效的避免方法，只能提前預測信號是否會在某個時間段受干擾，然后提前通知到各個用戶，另一方面可以加大地球接受站的天線口徑和提高其靈敏程度，盡可能的降低太陽粒子對通信信號的干擾;廣播電視信號傳播在雨雪天也會受到不同程度的干擾，不過這個干擾的過程是個漸變的過程，可以在上行進行補償或者是下行做好余量的準備，提前做好防范的準備，有助于降低傳播途中的干擾。

2．2信號設備造成的干擾

信號設備造成的干擾主要有兩大類型，一個是地面接收設備引起的信號干擾，另一個則是衛星發射設備引起的信號干擾。對于衛星發射設備引起的信號干擾可以通過切換備用的器件進行解決，如果設備損壞較為嚴重時，以上方式無法解決問題，應當及時更換轉發器或者是轉星解決;若是因為地面的接收設備而造成的信號干擾，則可以由相關部門進行干擾源的及時排查，確認是否因為受某種因素影響而導致的信號屏蔽，盡可能的降低其他因素對信號的干擾。

2．3電磁干擾

電磁干擾指的是受到干擾后造成設備性能降低和對設備產生干擾的干擾。廣播信號傳播所受到的電磁干擾主要是雷達信號和微波中信號的干擾，為了降低這類干擾，要實時對電磁信號進行監控，出現波動時可以對頻率進行合適的調整改善或是對電磁信號屏蔽的方式來解決。

2．4太空信號干擾

衛星向地球發射信號源時可能會受到附近臨星的信號干擾，這類干擾可分為兩種，一種是上行信號干擾，另一種是下行信號干擾，一般的處理是對于上行的信號干擾可以和運營商進行協商調節，另一種下行的信號干擾則要降低其他信號的上行功率，可以通過對天線的調整或者是萬向圖的性能進行相應的改善。

2．5人為干擾

廣播信號的人為干擾可分為因人為處理出現失誤而造成的干擾，還有惡意干擾和同極、反極化等。人為的不正當處理造成的干擾一般是可以避免的，要根據具體情況建立一套完整的管理制度和操作手法，并且制定一套全面的預警處理，與此同時，不斷的加強設備系統的智能化，可以有效降低人為因素造成信號干擾;對于信號的惡意干擾，一方面要加大上行功率對非法信號進行壓制，另一方面要不斷研究新的抗干擾技術，從技術層面杜絕這類干擾的發生;同極信號的干擾要及時制約用戶的使用超頻和超功率使用，反極信號干擾則可以對用戶進行合理的極化調整來控制信號的影響。

3目前抗干擾技術的分析

隨著我國的技術發展，廣播電視的普及，對廣播信號的抗干擾工作就越要可靠，對于目前廣播電視信號的干擾主要是一些非法信號影響，針對這些不同非法信號的干擾，需要相關人員及時對干擾信號源的識別，然后根據具體的情況進行抗干擾技術的合理篩選使用，以下我們就對目前一些較為重要的抗干擾技術進行分析探討。

3．1信號壓制抗干擾技術

我國信號壓制抗干擾技術主要有以下幾種，一是通過高強度上行信號的使用，使得信號源大幅度的增強，以降低非法信號對信號傳輸的影響;二是通過使用低增益轉發器，將轉發器設置為低增益檔的變化范圍工作來增強信號的抗干擾能力。三是使用MCPC上行信號，減少單路單載波信號使用，為防止轉發器進行多載波輸出過程中處在輸入補償的狀態，與此同時，要適時降低用戶的射頻信號的強度。用戶的選擇使用上應盡可能的采用多路單載波信號，以最大程度上增強射頻信號的功率。

3．2空間隔離抗干擾技術

在我國的空間隔離抗干擾技術有多種，比如有在上行是通過固足賦行波束進行接收，在接收信號上可以對合法的信號進行有效的覆蓋，對于可能存在干擾的地區不設有信號的覆蓋。另外，這項技術在臨界地區的信號強度要做到足夠高，否則可能會受到臨近的高強度信號的影響，造成信號干擾的產生。還有可以對上行信號采用可變賦行波束進行接收，提前設定接收的頻率，降低其他信號源對其影響，可以通過設計不用波束的天線，在傳輸過程中波束受到干擾的時候可以將天線對可變形波束進行變更，轉變為另一種波束進行傳播工作，從而實現抗干擾的效果。

3．3頻率隔離抗干擾技術

這種隔離抗干擾技術主要是對上行信號頻率進行相應的改變達到實現看干擾的目的，當星上轉發器收到干擾信號時，會及時改變接收的頻率，從而降低信號的干擾。與此同時，在地面發射信號頻率也要做相應的轉變，從而達到合理的信號傳輸對接。

3．4信號處理隔離抗干擾技術

這類的抗干擾技術有多種實現方法，對地球站進行直接序列擴頻裝置，在星上也配備相應的對應設備，對于直接序列擴頻的性能而言就能屏蔽掉其他信號的影響;還可以對上行信號施與加密處理，在接收器上設計相對應的解密裝置，即可實現信號的安全傳輸，從而有效的防止了信號的干擾。

4結語

在目前的社會中，衛星廣播電視使用較為廣泛。如果衛星在受到惡意的干擾或是破壞時就要嚴重影響到衛星廣播電視信號的正常傳輸，造成廣播電視節目的正常播出。所以，如何確保衛星裝置在受到攻擊時還是穩定的傳輸信號是當今急需解決的問題;在受到惡意干擾時，要及時準確的選擇相應的抗干擾技術，保證廣播電視節目的正常播出的同時盡可能的減低播出成本，不僅是提升了節目的播出效率，也是廣播電視節目的未來發展前提。

參考文獻:

［1］焦永旗．廣播電視信號傳播中抗干擾技術研究［J］．科技創新導報，2011(21):2．

第2篇：光電傳感技術范文

關鍵詞 光電傳感器；信息融合技術；實際應用研究

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）100-0209-02

光電傳感器因其靈敏輕便等優勢而被廣泛應用于自動化設備檢測裝置中。20世紀80年代，美國軍事領域開始應用光電傳感器信息融合技術；2013年3月15日，美國國防先期計劃研究局（DARPA）公布了在阿靈頓召開的已進入第二階段的MIST-LR項目會議，指出在未來的第三階段，將開發出能夠提升飛行器性能的原型系統傳感器，極大發揮其在民用和軍事兩個方面的助推器作用。

1 應用必要

第一，光電傳感器獲取信息的過程實際是一個多對一的對應抽樣過程，在將客觀世界空間的信息傳輸至傳感器這一過程中信息丟失的問題難以避免；第二，軍事領域中光電傳感器的數量龐大，急需處理的信息量也繁多冗雜，這些都會給人工處理帶來一定困擾，而光電傳感器信息融合技術的應用巧妙地解決了這一信息綜合處理的難題；第三，應用環境決定了光電傳感器性能發揮的好壞，但截至目前尚未有一個國家可以開發出適用于任何環境下且性能優于其他類型的光電傳感器。

2 概念優點

光電傳感器信息融合的過程正是為了完成目標分類、識別及跟蹤等任務而進行信息自動分析綜合處理的過程。軍事領域中的目標識別及跟蹤可以實現光電傳感器目標屬性中的監視功能，有利于精確定位與預估判決。我國航天技術的高速發展離不開當前最熱門的技術之一——航天技術上光電傳感器信息融合技術，它能夠有效提高空間的分辨率和系統的可靠性，無疑成為我國GDP增長的“助推器”。

3 工作原理

光電傳感器能夠有效檢測到光強度變化的情況并將光強度的變化轉換為電信號的變化。通常情況下，光電傳感器這種小型電子設備由三部分組成：發送器、接收器與檢測電路。發送器負責向目標發射來源于發光二極管、激光二極管及紅外射二極管等的光束，不間斷發射出的光束經過像光圈、透鏡這種光學元件后達到由光電二極管、光電三極管及光電池構成的接收器中，接收器接收到光束后會將其傳輸至能夠過濾該信號是否有效并決定是否應用的檢測電路。詳細流程見下圖所示。

需要強調的一點是發射板和光導纖維作為光電傳感器結構元件的一種也獨具特色。眾所周知，三角形的結構最為穩定，因此由極細小的三角錐體反射材料組成的三角反射板是一種能保證光束可以準確無誤地從反射板返回的發射裝置，其結構極其穩固且具有極強的實用性。

4 應用領域

4.1研制抄表系統

為及時結算用戶的電費，一般由電力部門派專門的抄表人員到有關用戶處定期走家串戶地查看、抄寫設置在現場的電能表，通過人工讀取、記錄、計算和收費。這不僅浪費人力，而且還會因人工讀取造成不必要的誤差，給用戶帶來不必要的麻煩和損失，甚至會發生不法分子假冒抄表人員入室作案而影響社會治安。因此，無論是電力部門還是用戶們均迫切要求改變當前的落后狀態。隨著微電子技術、傳感器技術、計算機技術及現代通訊技術的發展，可以利用光電傳感器來研制自動抄表系統。

電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產生的轉矩驅動而旋轉，采用光電傳感器則可將鋁盤的轉數轉換成脈沖數。如在旋轉的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發射接收對管，則當鋁盤旋轉時在局部涂黑處便產生脈沖，并可將鋁盤的轉數采樣轉換為相應的脈沖數，并經光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進行計數處理。采用光電耦合隔離器可以有效地防止干擾信號進入微機，再結合其它傳輸方式便可形成自動抄表系統。目前自動抄表系統沒有大規模使用與當前的技術有莫大關系，這套技術還有很多需要改進之處，相信在未來幾年隨著技術的發展，自動抄表將在全國范圍內實現。

4.2節能燈具設計

光敏傳感器、紅外傳感器、顏色傳感器已進入各種自控節能LED照明系統的設計方案之中，它們的自主控制、方便應用使得不少公共照明LED燈具和居家照明燈具實現智能化。光電傳感器可以協助公共照明的LED燈具實現燈光的自動開啟關閉，可以智能的感應人和車輛進出而自動開關燈光，可以智慧的控制LED燈光開啟的時間和控制亮度，甚至按人類的意愿自動調整光線的色溫，營造人類想要的光氛圍。

4.2.1光敏傳感器應用

光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路放大處理，可以控制LED燈具的自動開關。對于遠程的照明燈具，如街燈、庭院燈、草坪燈等都可經濟而簡單的實現節能自動控制。太陽能路燈本身是利用太陽光發電、儲能的LED照明燈具，無需電網供電也就無需架設成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳感器可以實現極低成本、自動開啟關閉的節能管理。

4.2.2紅外傳感器應用

紅外熱釋電傳感器（PIR）在LED照明中的應用已有近十年的歷史。紅外傳感器的視角有限，需要搭配菲涅爾透鏡才能擴大探測區，才能監視移動的熱源（人或車）。菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，將熱釋紅外信號折射在PIR上；二是將探測區內分為若干個明區和暗區，使進入探測區的人能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。

4.3航天技術應用

我國神舟十號發射成功后到與天宮一號的自動交會對接，2000多項航天技術成果移植國民經濟成為經濟發展“倍增器”，其中光電傳感器技術發揮了重要作用。神舟十號和天宮一號對接機構十分復雜，由上百個傳感器、上千軸承組合而成。對接任務要求嚴絲合縫且不能漏氣。另外考慮到飛行器在太空環境中失重要經歷高低溫的變化，因此必須保證對接時不出現故障。手控交會對接時要有精確的傳感器測量設備，不斷測量兩個飛行器之間的距離、相對速度和姿態等，稍有差池后果不堪設想。最后對接時，要求軸向誤差≤18cm。這些對航天員的身心都是極大的挑戰，要求他們具有極高的眼手協調性、操作精細性和過硬的心理素質等。在交會對接的過程中，航天員需要緊盯電視圖像，根據實時傳輸的數據讓兩個航天器一點點逼近，根據仔細計算決定速度變化方案完成交會對接，其中傳感器起到決定性作用，為實現航天夢奠定最強基礎。

4.4工業自動化裝置

光電傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，在工業上常用于非接觸測量物位、距離和條碼等信息，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。隨著現代檢測技術的發展出現了很多新型的光電傳感器，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創了新的一頁。相關應用行業的系列產品如下：

1）光電式煙霧報警器。沒有煙霧時，發光二極管發出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號，沒有輸出；有煙霧時，發光二極管發出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發出報警。如今頻遭吐槽的霧霾天氣說明環境污染問題嚴重，而光電式煙霧報警器則可通過光在煙道里傳輸過程的變化檢測到煙道中的煙塵濁度；2）點鈔機的計數傳感器。具有結構微型化、操作簡便化、使用耐用型等特點的點鈔機在我們的日常生活中應用頻繁，其不光在金融機構中被大量使用，也逐漸成為一些大型企事業單位必備的辦公用品，成就其的正是結構簡單、響應速度快、精確度高的光電傳感器。點鈔機的技術傳感器采用兩組由一個紅外發光二極管和一個接收紅外光的光敏三極管組成的紅外光電傳感器，沒有鈔票時，接收管受光照導通而輸出為0；有鈔票時，接收管光通量不足而輸出為1且產生一個脈沖信號，經檢測電路輸入至負責計數和顯示的單片機。只有不斷提升光電傳感器的性能，才能滿足商業經濟和財務自動化日新月異變化而產生的高要求。

參考文獻

[1]黃斌.基于多傳感器信息融合的節能控制系統.測控技術，2013（4）.

[2]趙娟妮.多傳感器數據融合技術及其在光伏電站監控系統中的應用.科技信息，2013（7）.

第3篇：光電傳感技術范文

關鍵詞：光電傳感器；應用；發展；光電效應

引言

光電傳感器的研究與應用是當前科技時代最為重要的一項技術，光電式傳感器是基于光電效應，在受到可見光波的照射后，感應光波，然后將這種光波信號轉換成電流信號傳輸出去。光電傳感器在眾多技術設備中都有應用，應用范圍十分廣泛，能夠滿足信息的傳遞、收發、存儲、顯示、記錄和控制等多種需求。傳感器通過不同的感應原理可以分為多種感應裝置，光電傳感器是感應傳感器中的一種。光電傳感器具有感應精度高、傳輸速度快、非接觸等眾多優點，因此光電傳感器是感應傳感器中應用最為廣泛、應用最多的一種感應裝置。

1 光電傳感器概述

光電傳感器又稱為光傳感器，光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，光電傳感器的可測數據眾多，而且組裝結構也較為簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在眾多設備中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件，它是把可見光波信號轉變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現，尤其是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創了新的一頁光電感應器是通過可見光波照射到我提的表面，引起物體發生電性質變化，從而傳輸信號的，其實是自然界的一種能量轉換，把光能量轉換成電能量的轉換過程，這類轉換效應被統稱為光電效應。

2 光電傳感器的應用

光電傳感器作為感應傳感器中應用最為廣泛的一種感應裝置，因此被眾多設備使用，光電傳感器的應用主要有以下幾種。

2.1 煙塵濁度監測儀

煙塵濁度檢測儀是檢測工業煙塵污染的重要工具，能夠防止工業煙塵對于大氣的污染。煙塵濁度檢測儀能夠針對煙塵源進行檢測，自動顯示和自動超標報警。工業煙塵排放通道每時段的光傳輸大小變化都不一樣，因此，煙塵濁度檢測儀就是通過這種光的傳輸變化來感知工業煙塵排放。如果煙道濁度增加，光源發出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

2.2 條形碼掃描筆

條形碼掃描儀在超市或商場中應用最多，主要是通過掃描筆頭在條形碼上移動時，通過對條形碼上黑白線條的顏色吸收來來傳輸信號，條形碼上的黑白線條會對發光二極管呈現不同的發射光，二極管把這種發射光在發射到發光三極管中，發光三極管會產生電流，從而形成電流信號，在經過計算機識別來完成對信息的識別。

2.3 產品計數器

產品在傳送帶上運行時，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產生一個個電脈沖信號。產品每遮光一次，光電傳感器電路便產生一個脈沖信號，因此輸出的脈沖數即代表產品的數目，該脈沖經計數電路計數并由顯示電路顯示出來。

2.4 光電式煙霧報警器

沒有煙霧時，發光二極管發出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號，沒有輸出。有煙霧時，發光二極管發出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發出報警。

2.5 測量轉速

在電動機的旋轉軸上涂上黑白兩種顏色，轉動時，反射光與不反射光交替出現，光電傳感器相應地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號，再經放大器及整形電路放大整形輸出方波信號，最后由電子數字顯示器輸出電機的轉速。

3 光電傳感器的發展

光電傳感器在當前應用十分廣泛，但其實它也經歷了長時間的發展。美國一家咨詢公司的報告顯示，2007年全球的光電傳感器市場值為500億美元，到2001年它的價值達到了近610億美元，這種發展的速度是十分迅速的。其中美國、中國、日本和加拿大是需求最多的地區，中國是光電傳感器市場增長最快的地區。據統計，光電傳感器在汽車上的應用增長速度最快，其次是遠程控制設備。近幾年來，光電傳感的技術發展最為迅速，人們對其需求也越來越大，要求也越來越高。光電傳感器已經由最初的笨重型，遲緩型向著小型化、智能化和系統化法相發展。在我國，由于國家的支持，政府的鼓勵，光電傳感器已經形成了自我研發，自我生產和自我應用為一體的統一流程，我們已經做到了自給自足，不需要再引進國外的光電傳感技術，我們的光電傳感器在世界也得到了基本認可，但是我們還需要不斷努力，不斷改進我國光電傳感器的技術，完善光管傳感器在設備中的應用，因為雖然我們能夠自行研制光電傳感器，但是不可否認我國的光電傳感器還與國外的有一定差距，所以還需要不斷進行改善，爭取早日超越國外的先進光電傳感器技術。

4 結束語

光電傳感器作為一種新型的傳感裝置，在眾多設備中都有應用。光電傳感器具有檢測距離長、對檢測物體的限制少、響應時間短、分辨率高、可實現非接觸的檢測、可實現顏色判別、便于調整等眾多優點，因此我們可以預見其在未來傳感裝置中有著良好的市場。因此我們必須加緊研究完善這種光電傳感器技術，為我國的核心競爭力貢獻自己的一份力量。

參考文獻

[1]謝望.光電傳感器技術的新發展及應用[D].天津工業大學機電學院，2013.

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[3]賈雯杰.光電式傳感器在自動控制窗上的應用[J].科技傳播，2011.

[4]鄧建云.光電傳感器在自動控制中的應用[J].電子世界，2012.

[5]郁有文，常健，程繼紅.傳感器原理及工程應用[M].西安：電子科技大學出版社.

第4篇：光電傳感技術范文

傳感器技術是現代科技中極具發展潛力的一項應用，通過對當前新型傳感器技術的應用現狀分析，提出了傳感器技術在未來發展中的難題和挑戰，最后就傳感器技術的發展趨勢和應用前景進行了探討。

【關鍵詞】傳感器技術 光電傳感器 生物傳感器 發展趨勢

傳感器技術水平在一定程度上反映了一個國家科技現代化的水平，傳感器在實現自動化控制及測試控制中發揮著重要的作用。傳感器技術在近些年來發展迅速，與計算機技術和通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。現代科技中，自動化與智能化已經成為新的發展方向，傳感器作為自動測量與控制中的關鍵環節，在社會的生產生活中應用十分廣泛，且具有巨大的發展空間。

1 新型傳感器技術的應用現狀

隨著微電子技術、微機械加工技術、光電科學以及當代生物科學等高新技術的推動下，傳感器已經從過去單一功能轉變為功能多樣、科技含量高的新型產品。傳感器技術所涉及的知識領域非常廣泛，其研究和發展也越來越多地和其他學科技術的發展緊密聯系。

1.1 光電傳感器技術

光電式傳感器是以光為測量媒介、以光電器件為轉換元件的傳感器，它具有非接觸、響應快、性能可靠等卓越特性。隨著光電科技的飛速發展，光電傳感器已成為光電傳感器已成為各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件，并在傳感器應用中占據著重要的地位，其中在非接觸式測量領域更是扮演者無法替代的角色。光電傳感器工作時，光電器件負責將光能（紅外輻射、可見光及紫外輻射）信號轉換為電學信號。光電器件不僅結構簡單、經濟性好，且具有響應快、可靠性強等優勢，在自動控制、智能化控制等方面應用前景十分廣闊。此外，光電傳感器除了對光學信號進行測量，還能夠對引起光源變化的構件或其它被測量進行信息捕捉，再通過電路對轉換的電學信號進行放大和輸出。

1.2 生物傳感器技術

生物傳感器的原理主要由兩大部分組成：生物功能物質的分子識別部分和轉換部分前者的作用是識別被測物質，當生物傳感器的敏感膜與被測物接觸時，敏感膜上的某種生化活性物質就會從眾多化合物中挑選適合于自己的分子并與之產生作用，使其具有選擇識別的能力；轉換部分，是由于細胞膜受體與外界發生了共價結合，通過細胞膜的通透性改變，誘發了一系列的電化學過程，而這種變換得以把生物功能物質的分子識別轉換為電信號，形成了生物傳感器。

2 傳感器技術發展中面臨的挑戰

傳感器技術是利用現代科技來獲取所需要的信息和信息量，以此來代替人類的感覺器官。傳感器技術的發展不斷更新著人們的觀念，也為社會生產和生活的進步提供了新的思路，然而，在傳感器技術的發展中仍存在著一些問題亟待解決。

2.1 通信能力有限

當前無論是生產還是生活中應用的傳感器大多是基于Zig-Bee協議，這些傳感器的通信距離雖然在理論上支持無限擴展，然而在實踐中受到周圍環境的干擾，并不能完全達到標準的通信距離。因此，如何應對復雜的地形，多變的天氣，以及無處不在的電磁干擾，保證網絡通信的可靠性，仍是傳感器面臨的一大挑戰。

2.2 電源能量有限

傳感器在工作中通常靠干電池或可充電電池提供電源，而這種電源的能量十分有限，嚴重影響著傳感器的民用化應用。因此，針對傳感器電源的研究也正在被研究者們日益重視。主要包括兩個方面，一方面是研究傳感器在網絡工作中的節能技術；另一方面是選擇可長時間供電的新型能源。

2.3 計算能力有限

嵌入式處理器以及存儲器滿足了傳感器微型化設計的需要，且具有信息和數據處理的能力，雖然它們有一定信息處理的能力，但是數據經過A/D轉換后，只經過少許處理就輸出出去，很容易產生大量的數據，而有些數據是不需要的。因此，盡可能地提高傳感器的數據處理能力，并能夠進行協作分布式信息處理是當前研究的另一難點。

2.4 傳感器數量大、范圍廣難維護

在未來的傳感器應用中，很多都不是依靠單一的個體工作，而是由許多傳感器組成的系統，系統中的傳感器不僅數量巨大，且其分布具有廣泛性，傳感器組成的網絡系統維護難度就顯得異常突出。管理數目龐大的傳感器系統，需要可靠的軟硬件網絡，同時傳感器網絡必須具備可重構性及自調整性，這也是需要研究的另一重點。

3 傳感器技術的發展趨勢和應用前景

隨著傳感器技術在科學發展中的重要地位日益顯現，對傳感器的研究和應用也逐漸受到人們的普遍關注。當今傳感器技術的研究與發展，特別是基于光電通信和生物學原理的新型傳感器技術的發展，已成為推動國家乃至世界信息化產業進步的重要標志與動力。

3.1 利用新材料開發新型傳感器

隨著光導纖維、納米材料、超導材料等材料科學的深入，智能材料的應用和發展正成為人們關注的熱點。智能材料是指材料本身就具備傳統傳感器的功能，能夠對外界及自身性能的變化進行識別和判斷，進而通過一定功能的轉換，最終采取相應的行動來調整以適應外界變化和避免自身性能受損。新材料這種敏感功能為新型傳感器的出現提供了技術支持。

3.2 集成化多功能傳感器的開發

集成化是指傳感器同一功能的多元件并列，以及功能上的一體化。同一功能的多元化并列能夠實現傳感器參數的多維立體化，再通過軟件的編譯，對傳感器中的多個單一參數進行集成，進而完成對多個點或面的集中監測。傳感器功能上的一體化主要是改變傳感器功能單一的缺陷，轉而向著單傳感器集成多種功能自一體，實現一個傳感器能夠同時監測多種信號變化，簡化監測系統，提高工作效率。運用集成化多功能理論研制出的傳感器可以應用到更廣泛的領域，并發揮出更加強大的功能效用利用集成化多功能原理，現代傳感技術已制成帶溫度補償的集成壓力傳感器，頻率輸出型集成壓力傳感器，霍爾集成傳感器，半導體集成色敏傳感器，多維化集成氣敏傳感器等。

4 結束語

當前我國在傳感器的研發已經具備一定的規模和應用實力，在今后的研發中應重點關注基礎性產品，在攻克傳感器制造工藝技術的前提下，對產品的可靠性進行深入化分析，實現傳感器技術的研究與應用平衡發展。

參考文獻

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[2]郝全義，王太宏.生物傳感器及其在傳染病檢測中的應用[J].中國基礎科學，2009（06）.

第5篇：光電傳感技術范文

摘要：隨著企業現代化生產規模的不斷擴大，立體倉庫己成為生產物流系統中的一個重要且不可缺少的環節，分揀輸送機是其關鍵設備。因此各個生產企業都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率，尤其在需要進行物料分揀的企業，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產效率低，生產成本高，企業的競爭能力差，物料的自動分揀已成為企業的唯一選擇。針對上述問題，利用PLC技術設計了一種成本低，效率高的物料自動分揀裝置，在物料分揀過程中取得了較好的控制效果。本文主要講述PLC在物料分揀系統中的應用，利用可編程控制器（PLC），設計成本低、效率高的物料自動分揀裝置。以PLC為主控制器，結合氣動裝置、傳感技術、位置控制等技術，現場控制產品的自動分揀。

關鍵詞：自動化立體倉庫；分揀輸送機；PLC

自動化立體倉庫是現代物流系統中迅速發展的一個重要組成部分， 它具有節約用地、減輕勞動強度、消除差錯、提高倉儲自動化及管理水平、提高管理和操作人員素質、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優點。與廠級計算機管理信息系統聯網，以及與生產線緊密相連的自動化立體倉庫，更是當今計算機集成制造系統，及制造系統必不可少的關鍵環節。隨著物流大環境的逐步改善，科學技術日新月異的進步，特別是感測技術（激光掃描）、電子標簽及計算機控制技術等的引入使用，自動分揀系統在我國發展空間巨大。

1.物料分揀系統的硬件選擇

1.1 PLC的種類選擇

根據分揀系統的需要配置出I/O對應功能，根據所選擇的PLC型號，對本系統中PLC的輸入輸出端子進行分配。根據材料分揀系統的工作過程由可知，系統的控制有輸入信號15個，均為開關量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機，兩控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關量。

1.2浮出式移栽臺電機的選擇（DT56M4/BMG）

步進電機作為執行機構用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉編碼器連接在一起。步進電機選用的型號為DT56M4/BMG。三相異步電機是傳動機構的主要部分，電動機轉速的快慢由變頻器來控制，其作用是帶傳送帶從而輸送物料。

1.3傳感器的選擇

1.3.1電感傳感器

電感式接近開關屬于有開關量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。本系統選用M18X1X40 電感傳感器。

1.3.2電容傳感器

電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關。當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化。

1.3.3光電傳感器

本系統選用系列小型放大器內藏型光電傳感器。光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化。

光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件3部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且可測參數多。傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小。

1.3.4光電開關

光電接近開關（簡稱光電開關Z2D-80P）通常在環境條件比較好，無粉塵污染的場合下使用。在本設計中，當工件進入傳送帶時，傳送帶上方的光電開關發出的光線遇到工件反射回自身的光敏元件，光電開關輸出信號啟動輸送帶運轉。

1.4氣動裝置選用

1.4.1氣動系統

氣動系統是以壓縮空氣為工作介質來進行能量與信號的傳遞，利用空氣壓縮機將電動或其他原動機輸出的機械能轉變為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制和輔助元件的配合下，通過執行元件把空氣的壓力能轉變為機械能，從而完成直線或回轉運動并對外做功。

1.4.2氣動傳動

氣動傳動簡稱氣動，是指以壓縮空氣為工作介質來傳遞動力和控制信號，控制和驅動各種機械和設備，以實現生產過程機械化、自動化的一門技術。

1.5變頻器

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通 過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其 所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能， 如過流、過壓、過載保護等等。一般逆變器是把直流電源逆變為一定的固定頻率和一定電壓的逆變電源。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調速用，又叫變頻調速器。

2.分揀輸送機自動控制系統的軟件設計

2.1控制系統流程圖設計

本課題是基于區分材料材質的不同而設計的材料分揀系統，主要是實現對鐵質、鋁質和不同顏色的材料的自動分揀，根據系統生產工藝的要求，分析各個設備的操作內容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖1所示：

用高速計數器計數步進電機轉過的圈數，來確定物料到達傳感器的距離，實現定位功能。

2.2 控制系統程序設計

根據所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。下面對所編寫作簡要的介紹：

（1）首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機得電做好準備，I2.1為停止按鈕。當PLC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復位清零，并調用子程序。

（2）高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器進行初始化，然后當I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0檢測沒有物料時，啟動定時器T30，延時30秒自動停機。

（3）高速計數指令，首先進行高速計數指令的初始化操作，其中設定預置值為50，當計數至50時，調用中斷程序。

（4）中斷程序，汽缸動作時，回位限位開關關斷，到達動作限位開關時，動作限位開關閉合。

3.總結

為了提高分揀作業的效率，降低人力勞動強度，本文基于PLC技術及MCGS組態軟件設計了一種物料分揀系統，結合氣動技術、傳感器技術等可以實現對不同材質的物料進行分揀。上位機接受到下位機傳輸的信號通過MCGS組態軟件對系統的工作、運行狀態進行實時監控顯示在用戶界面中，并將采集到的數據進行報表顯示，實現對整個系統運行的實時監控。該物料分揀系統一方面可以作為教學儀器，用于培養相關的專業技術人才；另一方面其能夠連續、大批量的分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度與傳統的人工分揀也大大降低，顯著提高勞動生產率，對物流產業有借鑒意義。

參考文獻：

[1] 辛征，馮占營，李明.基于PLC的立體倉庫輸送控制系統研究[J].山東科學，2013

[2] 周奇才，基于現代物流的自動化立體倉庫系統及控制技術研究[J]成都：西南交通大學，2002

第6篇：光電傳感技術范文

關鍵詞：嵌入式;紅外傳感器;傳輸控制;編解碼

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1504602

Embedded Infrared Information Detection and Wireless Transmission Control System Design

WANG Shuwei1,ZHANG Ming1,LI Runping2

(1.Air Denfence Command College,Zhengzhou,450052,China;2.Henan Government Office Administration of the State Council,Zhengzhou,450052,China)

Abstract：Embedded infrared information detection and wireless transmission control system,the passive infrared information collection is the signal source,coding radio transmission as the information channel,to the SCM system for the control of intelligent information to place and achieve detection and control separate from the scene of the design method.The aim is to use sensor technology,radio techniques,SCM application technology,electromechanical control technology integration,achieve universal,application field socialization can be developed.The system obtains the good social efficiency in remote text control,anti-theft alarm and smoke,dry hands device,automatic doors,automatic lights,control switches and other energy-saving,water-saving devices technology applications.

Keywords：embedded;infrared sensor;transmission control;codec

1 引 言

利用紅外傳感器采集信息,因其獨有的優越性而得到廣泛的重視,并在軍事的紅外制導、火控跟蹤、警戒、目標偵察、武器熱瞄準器、艦船導航、空降導航以及民用領域的工業設備監控、安全監視、救災、遙感、交通管理、醫學熱診斷技術等得到廣泛的應用。

嵌入式紅外信息檢測與無線傳輸控制系統采用光電傳感技術完成信息的采集,運用編、解碼技術、射頻發射與接收技術、單片機應用技術、機電控制技術等,實現了紅外信息現場采集與遠距離傳輸、報警、顯示、控制的功能,該系統可廣泛應用于信息測控領域。

2 系統硬件架構

嵌入式紅外信息檢測與無線傳輸控制系統,由信息采集與編碼發射裝置、信息接收與控制裝置兩大部分組成。信息采集與編碼發射裝置如圖1和圖2所示,該裝置由紅外傳感器(SE303、PH302)、控制器件KW9328、編碼模塊PT2262、發射模塊F05A等組成。完成紅外信息的采集、編碼與發射。

信息接收與控制裝置如圖3和圖4所示。該裝置由接收模塊J05B、解碼模塊PT2272、AT89C2051單片機最小系統等組成。完成信息接收、解碼與控制。

3 主要模塊功能

SE303(近紅外線約0.93 μm )為紅外發射器,管壓降約1.4 V,工作電流一般小于20 mA;PH302為紅外接收傳感器；控制器件KW9328完成數據轉換與控制,KW9328采用CMOS工藝制造,將發送及接收電路集成在同一芯片上，內含振蕩、分頻、計數、施密特整形、兩個單穩態及控制門等電路，功耗甚低,靜態電流典型值僅2 μA,故無需另加電源開關；PT2262編碼器能將數據和地址編譯成代碼的波形,最大有12位三狀態(312)的地址,共有531 441種地址代碼,功耗低、工作電壓范圍寬(3～15 V)；發射模塊F05A采用聲表面穩頻,免調試,適合多發一收無線遙控及數據傳輸系統,當發射電壓為3 V時,發射電流約2 mA,發射功率較小,12 V具有較好的發射效果,發射電流約5~8 mA,高電平脈沖寬度在0.08～1 ms時發射效果較好,F05A 天線長度可從0～250 mm選用,也可無天線發射；F05A用PT2262編碼器加240 mm小拉桿天線在開闊區最大發射距離約250 m；接收模塊J05B 采用超外差二次變頻結構,所有的射頻接收,混頻,濾波,數據解調,放大整形全部在芯片內完成,接收功能高度集成化,具有與標準解碼器及單片機的+5 V邏輯電平接口,天線通常取1/4λ；解碼模塊PT2272是與PT2262配對的解碼器,也具有12位三狀態(312)地址,共有531 441種地址代碼,PT2262,PT2272都是CMOS電路,具有功耗低、工作電壓范圍寬(3～15 V)等特點；AT89C2051采用FLASH存貯器技術,是一個低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片內含2 kB的可反復擦寫的只讀FLASH程序存儲器和128 B的(RAM)。

4 信息傳輸與控制流程

紅外信息采集就是傳感器接受被探測物發出或反射的紅外線,從而掌握被探測物所處位置的技術。光電傳感器SE303加電發射紅外光,當有外部事物影響時,PH302接受到紅外光強發生變化,接收控制器件KW9328受理的信號強度與周期發生變化,在KW9328對信號進行處理過程中,當內部計數器在計數滿100個時鐘脈沖前信號消失時,說明是干擾信息,則無脈沖輸出；反之信號仍然存在時,說明事件發生。

將有脈沖送入編碼器PT2262中,控制編碼器產生地址與狀態信息編碼信號,由F05A射頻發射模塊加載(0315M)放大轉換后將信號發出。由J05B射頻接收模塊接收到報警信號后將其傳給PT2272解碼器解碼,在單片機最小控制系統中的AT89C2051表單中進行地址碼查詢與狀態碼比較,判斷信息的來源與歸宿。控制解碼后的數據由單片機最小控制系統進行狀態識別,分控相通道,驅動LED顯示燈進行示警,并自動控制繼電器或光電耦合器接通設備電路,以激活、控制相應的被控對象。

5 結 語

嵌入式紅外信息檢測與無線傳輸控制系統采用傳感技術完成信息采集、無線電技術實現信息傳輸、嵌入式技術完成信息的測控過程。若在信息采集與發射裝置中采用不同的傳感器,可廣泛應用于溫度、濕度、光照等控制場合,實現模塊化應用，因而具有廣闊的市場前景。

參 考 文 獻

［1］黃繼昌,徐巧魚.傳感器工作原理及應用實例［M］.北京:人民郵電出版社,1998.

［2］張明友,呂幼新.信號與系統分析［M］.成都：電子科技大學出版社,1999.

［3］丁躍華,陳艷峰,龍箏.紅外遙控系統的一種設計方法\.現代電子技術,2007,30(7):50-52.

［4］李澤光.基于單片機的紅外遙控器解碼設計\.現代電子技術,2007,30(9):36-37,40.

作者簡介 王書偉 男,1955年出生,遼寧海城人,學士學位,防空兵指揮學院防空導彈系導彈測控教研室副教授。主要從事導彈測控系統的研究與教學工作。

第7篇：光電傳感技術范文

關鍵詞： 智能變電站 光電互感器 性能比較 特點

中圖分類號：V351.31文獻標識碼： A文章編號：

引言

在非常規互感器誕生之前，電力系統中使用的電流互感器和電壓互感器都屬于傳統的電磁式互感器。由于電磁互感器具有結構簡單、可靠性高、維護方便等優點，因此在電力系統中一直得到占據主導地位。但是，電磁式互感器也存在著一些缺點，限制了互感器更好的發展和更廣的應用：由于采用了電磁互感技術，當出現大電流情況時，電流互感器在會出現鐵芯飽和現象，從而導致繼電保護不能正確動作；電磁互感技術的暫態傳變特性差，由于存在時間差，繼電保護不能迅速使發生動作，然而提高該特性需要投入過高的成本，性價比不高；電流互感器二次側輸出對負載有嚴格要求，當開關場到控制室的距離過遠時，難以保證傳變精度；電流互感器二次不能開路，否則會產生數千伏的高壓，危及人身和設備的安全；電壓互感器二次不能短路，否則也將危及設備的安全；為解決絕緣和傳變特性，當電壓等級越高，短路電流越大時，必然將增大體積，使設備變得更加笨重，安裝運輸不方便[25,26]。

1光電互感器概念

光電互感器是指利用光電子技術和光纖傳感技術來實現電力系統電壓、電流測量的新型互感器，是光學電壓互感器(OVT)、光學電流互感器(OCT)和組合式光學互感器的通稱，包括有源和無源兩種類型[27]。有源電子式互感器中，電流互感器主要以羅柯夫斯基(ROgowski)線圈為代表的互感器，電壓互感器采用電阻或電容分壓技術；無源電子式互感器中，電流互感器主要指基于法拉第效應光學測量原理的互感器，電壓互感器采取普克爾效應和逆壓電效應，又稱為光電式電壓/電流互感器(OVT/OCT)；由于其實現原理、構成、關鍵技術有較大的差異，因此，在一些應用特征上也體現了一定的差別[28]。

2光電互感器類型

光電互感器主要包括兩大類型：有源光電互感器和無源光電互感器，其本質區別在于是否需要供電。其中無源光電互感器還分為無源型和全光纖型，兩者區別在于傳感頭不同。

2.1有源光電互感器

有源光電互感器的線圈以羅柯夫斯基(ROgowski)線圈為主，其工作原理是高壓側利用激光向電子模塊供電，該電子模塊輸出的電流信號經過A/D轉換后變為數字信號，再經過LED電路轉化為光信號，由光纖傳遞至低壓側轉化為電信號向繼電保護裝置進行供電。由于該類型光電互感器的傳感頭需要激光進行供電，因此稱為有源型光電互感器，這也是有源光電互感器和無源光電互感器的本質區別。有源光電互感器的優點在于結構簡單，對環境因素的抗干擾能力強，能夠長期穩定的工作，采樣精度大大提高。但是缺點在于制造工藝復雜，成本較高，維修困難。

2.2無源光電互感器

傳感頭不需要進行供電的光電互感器稱為無源型光電互感器，一般利用磁光晶體作為傳感頭。無源型光學電流互感器主要利用法拉第（Faraday ）磁光效應，傳感頭檢測到被檢測信號，并將信號通過光纖進行傳輸。無源型光學電壓互感器的傳感頭則是主要利用普克爾（Pockels）電光效應。無源光電互感器不需要激光對傳感頭進行供電，因此高壓測的結構比較簡單，保證了長期安全使用，消除了磁飽和現象，同時可以利用同一個采集部分對三項電壓、電流進行采集[28]。但是，不需要供電的傳感頭制造困難，成本高，對于高精度測量實現難度大，因此，無源光電互感器目前在工程中尚未得到廣泛應用，需要進一步進行完善。

圖 2-1 無源電流互感器系統圖

圖 2-2 光電流互感器結構圖 2-3 光電壓互感器結構

2.2.1全光纖型電流互感器

全光纖型電流互感器利用光纖作為傳感頭，這是和普通無源光電互感器的區別。由于傳感頭與傳遞信號的光纖合為一體，結構簡單，因此制造比普通無源光電互感器小，實現的測量精度高，同時具備較高的可靠性。但是由于傳感器為特殊的光纖，制造難度大，成本很高。

2.3性能比較

基于不同原理所制造的光電傳感器在整體上都具備光電傳感器相對于傳統傳感器的優勢，但是它們的性能依然存在一定的差異性。

表2-1 無源和有源光學電流互感器性能比較

表2-1 無源和有源光學電流互感器性能比較續

表2-2 無源和有源光學電壓互感器性能比較

由上述比較不難看出，有源型光電互感器結構簡單，制造成本低，各項性能較優越，應用成熟，因此成為光電互感器中的主流選擇。

3 光電互感器的特點

從20世紀90年代開始，世界多個國家的專家學者就致力于光電互感器的研究與實驗，研究方向主要包括有源型、無源型和全光纖型光電互感器。隨著研究的不斷深入、經驗的不斷積累，光電互感器的發展取得了重大突破，技術越來越先進，效果越來越明顯，光電互感器體積小、成本低、無磁飽和現象等優勢得到了充分肯定。

3.1光電互感器與電磁式互感器相比，具有鮮明的特點：（1）光電互感器沒有鐵芯，因此不存在磁飽和和諧振，具有良好的暫態特性。（2）具有良好的頻率響應特性，實現了高精度的測量，較電磁式互感器而言，測量范圍更廣，精度更高，響應更快。（3）具有良好的絕緣性，利用光纖代替了傳統的耦合線圈，解決了互感器的絕緣問題。（4）安全性高，傳統電流互感器二次不得開路、電壓互感器二次側不得短路，光電互感器利用光纖傳遞信號，有效了避免這些安全隱患；同時避免了由于電磁式互感器的絕緣介質—油所造成的安全隱患。（5）光電互感器結構簡單，體積小，制造成本低，便于大規模推廣。（6）無污染，損耗小。（7）抗干擾能力強。（8）具有很高的自我檢測能力。（9）具有快速、準確的決策能力。（10）滿足電力系統數字化、智能化和網絡化的發展需要，與其它設備兼容性高，大力推動了智能變電站的發展。

3.2 由于傳統電磁互感器使用鐵芯、線圈通過電磁感應進行工作，存在磁飽和、磁滯等問題，使電磁互感器體積大、測量精度有限、絕緣性和安全性差等缺點，促使了光電互感器的研究和發展得到了快速發展。基于法拉第效應、羅氏線圈、普克爾效應、電阻/電容分壓等技術所制造的多種有源、無源光電互感器應運而生，在理論研究和實習試用中不斷總結經驗、改進，光電互感器不斷完善。新型光電互感器利用光纖傳遞信號代替了傳統的鐵芯，不僅具有傳統電池互感器的功能，并且具有顯著的優勢：結構簡單，體積不斷減小，維修難度小，制造成本降低，具有更廣的應用范圍和更高的測量精度，具有很高的兼容性，充分滿足了智能電網和智能變電站的要求，為智能變電站的發展奠定了良好的設備基礎。

3.3 雖然光電互感器具有顯著的優勢，但是仍然有待進一步改進完善，在更多的試運行中總結經驗，更加充分的發揮光電互感器的作用。尤其是無源型光電互感器，由于采用特殊的光纖作為傳感頭，對光纖的制造工藝提高了很高的要求，無源光電互感器的穩定運行更是亟需解決重要問題。如何克服無源光電互感器的問題，充分發揮其優勢，更快得將無源光電互感器從實驗室研究應用到實際電網中，促進智能的發展，是當前重點的研究方向。

第8篇：光電傳感技術范文

【關鍵詞】環境光傳感器；智能終端；脈沖寬度調制

環境光傳感器是一種能夠檢測到所在環境中的光信號并能夠將其處理轉化成對應的輸出電壓信號的傳感器，感測周圍光線的同時，它還能告知處理芯片自動調節顯示器背光亮度，降低產品的功耗，使產品的智能化控制達到更高的水平[1]。采用環境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間，有助于顯示器提供柔和的畫面。本文在分析環境光傳感器工作原理的基礎上，著眼于提高檢測靈敏度和抗干擾能力的同時，從而降低光傳感器的功耗。提出一種基于Windows Phone系統設計方案，通過編寫環境光傳感器驅動采集外部光照強度調節背光亮度，以此來降低LCD和鍵盤背光燈的功耗，實現自適應控制屏幕亮度和延長智能終端電池使用時間。

1 環境光傳感器分類及特點

環境光傳感器（ALS）是一類特殊的光電傳感器，可以將光的強弱變為大小變化的電信號。當有光照時光電二極管有較大電流，無光照時光電二極管沒有電流或者僅有極微弱電流。光傳感器主要分為光敏電阻、光電二極管和光電晶體管幾種類型。光敏電阻中最常用的材料為多晶體或非晶體的硫化鎘半導體，對波長為500nm附近的黃綠光的響應最為靈敏，和人眼的頻率響應很相似。硫化鎘的能帶間隙較小、靈敏度高。實際產品中為調整對光的頻率響應并改善某些性能，以硫化鎘和硒化鎘或碲化鎘混合的光敏電阻較為常見。光電二極管（Photo Diode）是由電阻率相當高的n型本征硅晶片制造的平面結構，本征硅的上表面做重度P型摻雜（通常是摻硼）形成PN結。為了使光能穿過而到達本征層，這一摻雜的P型層必須很薄，P型金屬電極層外面覆蓋透光氧化硅或氮化硅絕緣保護膜。光電晶體管需要更大的偏置電流，但與電流相伴的噪聲迫使傳感器的靈敏度轉向更高的勒克斯范圍。光電晶體管的檢測響應時間與光電二極管相似，并可以利用偏置電流進行調整。偏置電流也可以隨探測到的信號水平進行變化。光電晶體管能夠粗略地確定環境光線水平，如室內/室外、白天/夜間以及明亮光線/陰影等狀態，因此需要外部電路對輸出信號進行校準。

1.1 光傳感器應用分析

選擇光傳感器需要考慮因素包括光譜響應/IR抑制、最大勒克斯數、光敏度以及功耗等。環境光傳感器應該僅對400nm至700nm光譜的范圍有感應；最大勒克斯數一般為1萬勒克斯左右；根據光傳感器的鏡片類別，光線通過鏡片后，光衰減可以在25%-50%之間。多數硅基ALS光譜響應靈敏度峰值一般為接近人眼的光譜靈敏度峰值550nm。使用不同的芯片架構和濾波器分層，不僅能變換峰值靈敏度，還能抑制紅外輻射。為適合不同光照條件，硅基光電探測系統要使用不同電阻，以便在不同分辨率之間不停地切換。要求傳感器在在非常亮的環境光條件下能提供優化的調光能力。步進調光ALS相對于傳統硅基光電傳感器的一個重大改進是根據連續調光來提供合適的輸入[3]。一些傳感器提供非常小的封裝，但需要一個外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。選取具有更高集成度的光傳感器省去外部元件（ADC、放大器、電阻器、電容器等），線性電壓輸出、數字輸出能夠直接與處理器進行接口，將能簡化系統硬件設計，提高穩定性。

2 系統框架及硬件實現

2.1 Windows Phone及其體系架構

Windows Phone將采用與Windows 8相同的內核，僅需很少改動就能讓應用在兩個平臺上運行，能給用戶提供無縫的跨平臺體驗，實現多個屏幕的一致。Windows Phone支持多核心芯片組，雙核甚至更多核處理器，硬件制造商可以為用戶提供更豐富更多配置的WP8設備。在Windows Phone體系結構框架內，進行硬件系統設計綜合考量成本、性能、外觀等因素的前提下，追求終端系統可靠性。必須對硬件方案及各個模塊進行深入了解，以便于編寫程序和充分發揮硬件的性能。方案涉及到的硬件主要包括CPU模塊、LCD模塊、GPIO模塊、ADC模塊、環境光傳感器模塊。他們的硬件結構組成如圖1所示。

主控芯片采用分布式存儲器架構的32位處理器AT91SAM9260，外設和外部接口之間的多重數據同時傳送，而無需耗費CPU的時鐘周期。外部總線接口（EBI）的時鐘頻率為133MHz，片外存儲器的高速數據傳送提升了微處理器性能[5]。智能終端中的應用處理器AP（Application Process）負責控制環境光檢測及運行應用程序等這些非通信類的工作，GPIO（General Purpose Input Output）是嵌入式微控制器的通用輸入/輸出端口，當微控制器或芯片組沒有足夠的I/O端口，或當系統需要采用遠端串行通信或控制時，GPIO能夠提供額外的控制和監視功能。GPIO具有低至1μA的功率損耗，集成IIC從機接口，即使在待機模式下也能夠全速工作；加上內置多路高分辨率的PWM輸出，可預先確定、縮短外部事件與中斷之間的響應時間，控制匹配電流輸出確保均勻的顯示亮度。構成了傳感器和處理器之間穩定的數據傳輸通道。系統可以通過PWM脈寬調制來調節背光亮度。背光調節是對其里面的LED（Light Emitting Diode）進行調節，采用數字或PWM的LED調光控制法以大于100Hz的開關工作頻率，以脈寬調制的方法改變LED驅動電流的脈沖占空比來實現LED的調光控制，選用大于100HZ開關調光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調光閃爍現象，在LED的PWM調光控制下，LED的發光亮度正比于PWM的脈沖占空比，采用PWM的LED調光控制的調光比范圍可達3000：1。鍵盤背光燈為高亮發光二極管，可以通過電平高低控制暗滅狀態，也可以通過PWM調節亮度。

2.2 環境光傳感器MAX9635[6]

環境光傳感器MAX9635應用組件包括光電二極管、電流放大器和無源低通濾波器。能夠將所有這些器件集成到一個小型封裝中對于便攜式終端設備非常重要。MAX9635環境光傳感器提供IIC數字輸出，具有22位超寬動態范圍。器件集成兩個光電二極管和一個濾光器，可有效抑制紫外線和紅外線，可很好地復現人眼的光學反應。先進的算法能夠校準不同光源之間的光譜偏差，此外器件具有高動態范圍優點，確保在所有環境光條件下實現高精度流明測量。光電二極管將光強轉換為電流，然后通過低功耗電路處理為數字比特流。該比特流經數字處理并保存在輸出寄存器內，可以通過IIC接口讀取。片上可編程中斷功能無需對器件進行連續的輪詢數據查詢，可以有效節省功耗。MAX9635具有較強的IR抑制，并且內部IR補償機制能夠把紅外光的影響降至最小[6]。自適應增益電路可自動選擇正確的流明范圍優化測試。MAX9635芯片設計工作在1.7V至3.6V供電范圍，滿負荷工作時僅消耗0.65μA電流。通過分析發現具有一定的方向性，這在面板設計上需要加以考慮盡量安裝到人體不易遮擋的地方。

3 軟件設計及實現

3.1 軟件設計功能要求

Windows Phone設備驅動程序是一種可以使計算機和設備通信的特殊程序，操作系統只有通過這個接口程序控制硬件設備的工作，根據傳感器的特性曲線和工作方式，通過相關模塊控制傳感器工作來要完成環境光檢測驅動。在Windows Phone操作系統下，控制面板由三個部分組成：Ctlpnl.exe、Control.exe和.CPL文件。Ctlpnl.exe和Control.exe是由操作系統來控制控制面板的文件視圖和體系結構的。而“.CPL”文件則是用來實現控制面板功能的應用程序。要創建自己的控制面板應用程序，必須創建一個具有由Control.exe體系結構建立的必要的回調函數的“.CPL”文件。分析CPL程序的工作機制，掌握如何與驅動通信獲取控制信息，然后將控制信息傳遞給所需要控制的LCD驅動，最終控制LCD的顯示亮度。實際設計應考慮一下設計指標和功能。

①當關機或黑屏后停止環境光檢測，關閉傳感器電源；

②當環境光足夠時LCD屏根據環境光使用較高亮度；

③當環境光不夠時點亮鍵盤燈，LCD屏根據環境光使用較低亮度；

④檢測完成后立即關閉sensor電源。

通過對軟件設計要求和設計詳細指標的分析，軟件系統大體可分為：環境光檢測的驅動程序、Windows Phone控制板應用程序兩大部分。底層驅動程序實現對件的直接控制實現其詳細指標，上層應用程序實現界面的繪制和與用戶交互。

3.2 底層驅動程序的實現

環境光傳感器主要與GPIO118和ADC2相連接。環境光檢測的驅動程序把GPIO與環境光傳感器相連接的端口GPIO118配置為基本的GPIO模式作為環境光傳感器電源的控制開關，對環境光傳感器進行上電控制。完成與環境光傳感器模擬輸出連接，讀取數模轉換通道數據。根據所得數據辨別出當前環境光光照強度等級，完成對環境光傳感器工作狀態的控制和讀取光照強度數據。

根據以上分析首先進行GPIO配置。在boot_gpio.h文件中定義所有GPIO初始化值，通過程序修改對其初始化。系統啟動device.exe程序加載并完成管腳配置，完成將管腳GPIO118配置為環境光傳感器的電源開關控制管腳。

4 結論

本文提出一種基于Windows Phone的嵌入式系統設計方案，通過編寫環境光傳感器驅動采集外部光照強度，根據采集到的數據控制PWM輸出信號的頻率和占空比來調節背光亮度，以此來降低LCD和鍵盤背光燈的功耗，達到終端延長待機的目的。隨著傳感技術的發展，出現了多傳感器融合的趨勢，譬如環境光和接近感應整合傳感器，在文中方案基礎上稍加改進，能夠實現接近感應功能從而進一步完善智能終端的人性化設計。

【參考文獻】

[1]Margery Conner.環境光傳感器協助應用變得更智能、更環保[J].電子設計技術，2009（11）：42-44.

[2]趙天池.傳感器和探測器的物理原理和應用[M].北京：科學出版社，2008：25-26.

[3]Andreas Vogler，Sonny Remigio.選擇合適的環境光傳感器來優化OLED性能[J].今日電子，2007（3）：70-72.

[4]Andy Wigley. Microsoft Mobile移動應用開發寶典[M].北京：清華大學出版社，2008.

第9篇：光電傳感技術范文

關鍵詞:壓力傳感器；自動控制系統；管道檢測；稱重

正文：

隨著我國各省市經濟技術開發區的不斷建立，我國壓力容器制造、檢測等行業得到巨大的發展空間。壓力容器的壓力自動控制系統作為壓力容器運行維護的重要安全措施，其控制系統的開發與制造、使用與維護對于使用者有著重要意義。利用壓力傳感器構造自動控制系統是壓力容器系統發展的重要方向。隨著自動控制技術的不斷成熟，越來越多的領域都在積極應用自動控制技術以降低人工成本、提高效率。

1.壓力傳感器及其自動控制概述

國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。其主要是通過感受到被測量的信息，并將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。壓力傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節，通過壓力傳感器測量信息后，傳送至自動控制單片機或計算機，由計算機對預設信息進行對比后，做出實時的反應，以此完成自動控制的全過程。

2.關于壓力傳感器構造自動控制的分析

2.1利用壓力傳感器構造的管道壓力自動控制系統分析

根據管道壓力檢測設定數據選擇合適的壓力檢測傳感器，通過傳感器將信號轉換為4-20MA信號給DCS，然后由DCS對檢測到的信號與設定信號對比，輸出一個4-20MA的模擬信號來控制現場的壓力調節閥的閥位，從而達到通過傳感器來控制閥開度的自動控制功能。利用這樣的原理及控制系統可以對鍋爐壓力、輸送管道壓力等進行自動控制，從而減少人工監測的弊端。

2.2壓力傳感器在制藥行業自動控制的應用

在制藥行業中對于壓力傳感器構造的自動控制系統有很多，最為典型的是片劑自動數粒裝瓶機。其是利用壓力傳感器對瓶中所裝內容物進行實時監控，在裝到設定重量后，由傳感器將信號傳到PLC控制模塊，由模塊將信號轉到傳動系統將瓶轉入擰蓋系統。在該系統中還常常將紅外光感傳感器共同使用，增加數粒準確性，保障產品質量。類此的自動控制系統在食品制造行業也有很多的應用。

2.3利用壓力傳感器構造飼料分裝自動控制系統

在飼料行業中的分裝系統是飼料制造企業質量控制的重要控制工序。利用物理壓力傳感器構造的自動分裝系統實現了物料的快速、準確稱量，實現了自動分裝及配料、進料控制。其主要分為高速分裝系統及自動稱量裝料系統構成。

高速定量分裝系統由微機控制稱重壓力傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號，執行定值稱量，控制外部給料系統的運轉，實行自動稱量和快速分裝的任務。采用單片機和V/F電壓頻率變換器等電子器件，以及中央處理器，BCD拔碼盤作為定值設定輸入器，物料裝在料斗里，其重量使稱重壓力傳感器彈性體發生變形，輸出與重量成正比的電信號，傳感器輸出信號經放大器放大后，輸入V/F轉換器進行A/D轉換，轉換成的頻率信號直接送入微處理器中，其數字量由微機進行處理。微機一方面把物重的瞬時數字量送入顯示電路，顯示出瞬時物重，另一方面則進行稱重比較，開啟和關閉加料口、放料于箱中等一系列的稱重定值控制。

自動稱重和裝料裝置的實現是通過裝料的箱子或袋子沿傳送帶運動，直到裝有料的電子稱下面，傳送帶停止運動，電磁線圈通電，電子稱料斗翻轉，使料全部倒入箱子或袋子中，當料倒完，傳送帶馬達再次通電，將裝滿料的箱子或袋子移出，并保護傳送帶繼續運行，直到下一次空袋或空箱切斷光電傳感器的光源，與此同時，電子稱料箱復位，控制電子壓力稱的電磁線圈a通電，漏斗給電子秤自動加料，重量由微機控制，當電子秤中的料與給定值相等時，電磁線圈a斷電，彈簧力使漏斗門關上。裝料系統開始下一個裝料的循環。當漏斗中的料和傳送帶上的箱子足夠多時，這個過程可以持續不斷地進行下去。必要時，操作人員可以隨時停止傳送帶，通過拔碼盤輸入不同的給定值，然后再啟動，即可改變箱或袋中的重量。 該系統選用不同的傳感器，改變稱重范圍，則可以用到水泥、食糖、面粉加工等行業的自動包裝中。

3.各類型壓力傳感器發展分析

隨著壓力傳感器在各行業自動控制應用的不斷加深，傳統壓力傳感器技術已經不斷滿足現代科技的要求。為此，更多新型的壓力傳感技術正在不斷的研制與開發中。力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式、壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳、感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。新材料在壓力傳感器的應用為傳感器自動控制技術帶來更加廣闊的發展空間，抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性，與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 /3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0℃～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40℃～135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也有越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。藍寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器等新材料傳感器的開發與應用為壓力傳感器自動控制系統的發展提供了廣闊的發展空間。

結論：

隨著壓力傳感器構造的自動控制系統在各行業應用的不斷加深，自動控制系統開發與應用企業也面臨著更高挑戰。這就要求自動控制開發企業必須加大對相關人才培養與引進，通過人才戰略提高自身的市場競爭力，提高對應用壓力傳感器自動控制系統客戶的售后服務，加強壓力傳感器的檢測以保障自動控制系統的精準性，為壓力傳感技術的應用發展打下堅實的基礎。

參考文獻