光電感測器的基礎知識以及專業術語

光電感測器是一種小型電子裝置，它可以檢測出其接收到的光強的變化。早期的用來檢測物體有無的光電感測器是一種小的金屬圓柱形裝置，發射器帶乙個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到乙個真空管放大器上。在金屬圓筒內有乙個小的白熾燈做為光源。

這些小而堅固的白熾燈感測器就是今天光電感測器的雛形。

led(發光二極體)

發光二極體最早出現在19世紀60年代，現在我們可以經常在電氣和電子裝置上看到這些二極體做為指示燈來用。led就是一種半導體元件，其電氣效能與普通二極體相同，不同之處在於當給led通電流時，它會發光。由於led是固態的，所以它能延長感測器的使用壽命。

因而使用led的光電感測器能被做得更小，且比白熾燈感測器更可靠。不象白熾燈那樣，led抗震動抗衝擊，並且沒有燈絲。另外，led所發出的光能只相當於同尺寸白熾燈所產生光能的一部分。

(雷射二極體除外，它與普通led的原理相同，但能產生幾倍的光能，並能達到更遠的檢測距離)。led能發射人眼看不到的紅外光，也能發射可見的綠光、黃光、紅光、藍光、藍綠光或白光。

經調製的led感測器

2023年，人們發現led還有乙個比壽命長更好的優點，就是它能夠以非常快的速度來開關，開關速度可達到khz。將接收器的放大器調製到發射器的調製頻率，那麼它就只能對以此頻率振動的光訊號進行放大。我們可以將光波的調製比喻成無線電波的傳送和接收。

將收音機調到某台，就可以忽略其他的無線電波訊號。經過調製的led發射器就類似於無線電波發射器，其接收器就相當於收音機。

人們常常有乙個誤解：認為由於紅外光led發出的紅外光是看不到的，那麼紅外光的能量肯定會很強。經過調製的光電感測器的能量的大小與led光波的波長無太大關係。

乙個led發出的光能很少，經過調製才將其變得能量很高。乙個未經調製的感測器只有通過使用長焦距鏡頭的機械遮蔽手段，使接收器只能接收到發射器發出的光，才能使其能量變得很高。相比之下，經過調製的接收器能忽略周圍的光，只對自己的光或具有相同調製頻率的光做出響應。

未經調製的感測器用來檢測周圍的光線或紅外光的輻射，如剛出爐的紅熱瓶子，在這種應用場合如果使用其它的感測器，可能會有誤動作。如果乙個金屬發射出的光比周圍的光強很多的話，那麼它就可以被周圍光源接收器可靠檢測到。周圍光源接收器也可以用來檢測室外光。

但是並不是說經調製的感測器就一定不受周圍光的干擾，當使用在強光環境下時就會有問題。例如，未經過調製的光電感測器，當把它直接指向陽光時，它能正常動作。我們每個人都知道，用一塊有放大作用的玻璃將陽光聚集在一張紙上時，很容易就會把紙點燃。

設想將玻璃替換成感測器的鏡頭，將紙替換成光電三極體，這樣我們就很容易理解為什麼將調製的接收器指向陽光時它就不能工作了，這是周圍光源使其飽和了。

調製的led改進了光電感測器的設計，增大了檢測距離，擴充套件了光束的角度，人們逐漸接受了這種可靠易於對準的光束。到2023年，非調製的光電感測器逐步就退出了歷史舞台。紅外光led是效率最高的光束，同時也是在光譜上與光電三極體最匹配的光束。

但是有些感測器需要用來區分顏色(如色標檢測)，這就需要用可見光源。

在早期，色標感測器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到後來發明了高效的可見光led。現在，多數的色標感測器都是使用經調製的各種顏色的可見光led發射器。經調製的感測器往往犧牲了響應速度以獲取更長的檢測距離，這是因為檢測距離是乙個非常重要的引數。

未經調製的感測器可以用來檢測小的物體或動作非常快的物體，這些場合要求的響應速度都非常快。但是，現在高速的調製感測器也可以提供非常快的響應速度，能滿足大多數的檢測應用。

超聲波感測器

聲波感測器所發射和接收的聲波，其振動頻率都超過了人耳所能聽到的範圍。它是通過計算聲波從發射，經被測物反射回到接收器所需要的時間，來判斷物體的位置。對於對射式超聲波感測器，如果物體擋住了從發射器到接收器的聲波，則感測器就會檢測到物體。

與光電感測器不同，超聲波感測器不受被測物透明度和反光率的影響，因此在許多使用超聲波感測器的場合就不適合使用光電感測器來檢測。

光纖安裝空間非常有限或使用環境非常惡劣的情況下，我們可以考慮使用光纖。光纖與感測器配套使用，是無源元件，另外，光纖不受任何電磁訊號的干擾，並且能使感測器的電子元件與其他電的干擾相隔離。

光纖有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外麵包一層金屬外皮。這層金屬外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在這兩種材料的邊界處(入射角在一定範圍內，)，被全部反射回來。

根據光學原理，所有光束都可以由光纖來傳輸。

兩條入射光束(入射角在接受角以內)沿光纖長度方向經多次反射後，從另一端射出。另一條入射角超出接受角範圍的入射光，損失在金屬外皮內。這個接受角比兩倍的最大入射角略大，這是因為光纖在從空氣射入密度較大的光纖材料中時會有輕微的折射。

光在光纖內部的傳輸不受光纖是否彎曲的影響(彎曲半徑要大於最小彎曲半徑)。大多數光纖是可彎曲的，很容易安裝在狹小的空間。

玻璃光纖

玻璃光纖由一束非常細(直徑約50μm)的玻璃纖維絲組成。典型的光纜由幾百根單獨的帶金屬外皮玻璃光纖組成，光纜外部有一層護套保護。光纜的端部有各種尺寸和外形，並且澆注了堅固的透明樹脂。

檢測面經過光學打磨，非常平滑。這道精心的打磨工藝能顯著提高光纖束之間的光耦合效率。

玻璃光纖內的光纖束可以是緊湊布置的，也可隨意布置。緊湊布置的玻璃光纖通常用在醫療裝置或管道鏡上。每一根光纖從一端到另一端都需要精心布置，這樣才能在另一端得到非常清晰的影象。

由於這種光纖費用非常昂貴並且多數的光纖應用場合並不需要得到乙個非常清晰的影象，所以多數的玻璃光纖其光纖束是隨意布置的，這種光纖就非常便宜了，當然其所得到的影象也只是一些光。

玻璃光纖外部的保護層通常是柔性的不鏽鋼護套，也有的是pvc或其他柔性塑料材料。有些特殊的光纖可用於特殊的空間或環境，其檢測頭做成不同的形狀以適用於不同的檢測要求。

玻璃光纖堅固並且效能可靠，可使用在高溫和有化學成分的環境中，它可以傳輸可見光和紅外光。常見的問題就是由於經常彎曲或彎曲半徑過小而導致玻璃絲折斷，對於這種應用場合，我們推薦使用塑料光纖。