红外传感器控制的光电自动保护装置(一)(3)
2015-12-30 01:14
导读：换元件又叫变换器，是能将敏感元件感受到的非电量，直接转换成电量的元件，信号的转换元件，它是构成传感器的核心。转换元件又可分为一次转换型（
换元件又叫变换器，是能将敏感元件感受到的非电量，直接转换成电量的元件，信号的转换元件，它是构成传感器的核心。转换元件又可分为一次转换型（直接转换）和二次转换型（间接转换）。
3.信号调节电路
把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号的电路。
4.辅助电路
通常指电源电路（交、直、流）及外围电路。
在实际应用中，传感器的具体构成方法视被测对象，转换原理使用环境及性能要求等具体情况的不同而有很大差异。
4.1.2 传感器的分类及技术要求
1.分类
传感器技术是一种知识密集型技术，与很多学科有关，现已发展起来的传感器用途纷繁、原理多异、形式多样，起分类方法也很好。
按被测量与输出电量的转换原理划分，传感器可分为：能量转换型和能量控制型两大类。直接将被测对象（如机械量）的输入转换成电能；属于这种类型的传感器有压电式、磁电式、热电偶传感器。能量控制型包括电阻式、电感式、电容式等。
按被测量的性质不同，传感器可划分为位移传感器、力传感器、湿度传感器等；
按输出信号的性质不同，传感器可分为开关型（二值型）传感器、数字型传感器、模拟型传感器；
按工作原理的性质不同，传感器可分为电阻应变式、电容式、磁电式。
2.技术要求
无论何种传感器作为测量与控制系统的首要环节，都必须具有快速、准确可靠且又经济地实现信息转换的基本特点，因此对传感器有以下几技术要求：
（1）传感器的工作范围和量程足够大，具有一定的过载能力。
（2）匹配性好，转换灵敏度高，线性程度好。
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（3）反映快速，工作可靠性好。
（4）稳定性好，即传感器的静态响应与动态响应的准确能满足要求并长期稳定。
（5）适应性好，即能量小，对被测量的状态影响小，低噪声且抗外界干扰的影响，使用安全。
（6）成本低，寿命长，使用维修和校正方便。
4.1.3传感器的特性
1、静态特性：表示传感器在被测输入量的各个值处于稳定状态时的输入—输出关系。表征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。
2、动态特性：是对输入激励的输出响应特性。
4.2红外传感器
4.2.1红外线的基本特性
1.红外线
红外线是一种不可见光，是太阳光谱的一部分，实质上是一种电磁波，分为远红外线、中红外线、近红外线三种。 其波长在0.75-1000μm之间，其中，近红外线波长在0.75-1.4μm之间。硅光电器件对光波最敏感的区域在0.8-0.95μm范围内，在这个波段内利用砷化镓和砷化铝镓材料制成的红外发光二极管发射波段。将它们进行良好的匹配，作为红外线遥控器的主要光源。
2.红外线的基本特征
(1)光热效应
(2)直线传播、有反射、折射、散射、衍射等现象
(3)较强的穿透能力
(4)传播速度（真空）300000000 m/s
(5)红外线抗干扰能力强
在自然界中，不论任何物体也不论其是否发光（可见光），只要其温度高于绝对零度（-273）都会一刻不停地向外辐射红外线。
4.2.2红外传感器的定义
红外传感器是指将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件。通常称为红外探测器。一般也把能发出红外线和接受红外线的光电器件叫做红外传感器。
4.2.3红外传感器的组成、分类
按红外传感器原理的不同，分为主动型和被动型红外线传感器。主动型传感器也叫光探测器，常用的有红外发光二极管、红外接受二极管、光敏二极管和光敏晶体管等。
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1.红外发光二极管
红外发光二极管包括砷化镓（GaAs）红外发光二极管、砷铝化镓(GaAlAs)红外发光二极管、和激光二极管等。其核心是PN结。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。理论和实践证明:光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg 有关,即λ≈ 1 240 /Eg .式中 λ为光的峰值波长, nm; Eg 为半导体材料的禁带宽度, eV。常用的红外发光二极管有SE303, PH303等,发出的红外光为近红外线,波长约为0.93μm。
常用的红外发光二极管（如SE303.PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。 发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。 用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二级管。 红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。 双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。
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红外发光二极管包括砷化镓（GaAs）红外发光二极管、砷铝化镓(GaAlAs)红外发光二极管、和激光二极管等。GaAs红外发光二极管的发光效率高，一般可达10%-20%，而另外两种性能好但价格昂贵，所以常用GaAs红外发光二极管。
外形
红外发光二极管的外形如图4-2所示：
图4-2 红外发光二极管的外形示意图
（2）基本特性
伏安特性：红外发光管的反向击穿电压约为5-30v。因此，再使用过程中，要求其反向电压不得超过5v，过大会造成器件的损坏。在实际使用中往往要加限流电阻予以保护。
输出特性：它表示红外发光二极管的输出光功率P0与正向工作电流IF之间的
