光傳感器是一種傳感裝置,主要由光敏元件組成,主要分為環(huán)境光傳感器、紅外光傳感器、太陽(yáng)光傳感器、紫外光傳感器四類,主要應(yīng)用在改變車身電子應(yīng)用和智能照明系統(tǒng)等領(lǐng)域?,F(xiàn)代電測(cè)技術(shù)日趨成熟,由于具有精度高、便于微機(jī)相連實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測(cè)量中。然而電測(cè)法容易受到干擾,在交流測(cè)量時(shí),頻率響應(yīng)不夠?qū)捈皩?duì)耐壓、絕緣方面有一定要求,在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天,已經(jīng)能夠解決上述的問題。
中文名稱 | 光傳感器 | 外文名稱 | opto-sensor |
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光傳感器簡(jiǎn)單原理
自60年代末開始,RC Lecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報(bào)告后,引起大家的重視。日本,蘇聯(lián)等國(guó)家均開展了研究,國(guó)內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行探索。磁光效應(yīng)的傳感器具有優(yōu)良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、響應(yīng)快、安全防爆等特性,因此對(duì)一些特殊場(chǎng)合電磁參數(shù)的測(cè)量,有獨(dú)特的功效,尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流的測(cè)量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過開發(fā)處理系統(tǒng)的軟件和硬件,也可以實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量。在磁光效應(yīng)傳感器的使用中,最重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器,不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來(lái)的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn),磁光效應(yīng)傳感器的性能越來(lái)越強(qiáng),應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
磁光效應(yīng)傳感器做為一種特定用途的傳感器,能夠在特定的環(huán)境中發(fā)揮自己的功能,也是一種非常重要的工業(yè)傳感器。在電子防盜探測(cè)器領(lǐng)域,被動(dòng)紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛,因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。但隨著入侵者的反偵測(cè)技術(shù)手段的提高,從而對(duì)探頭的要求也越來(lái)越高,普通被動(dòng)紅外探頭的局限性也越來(lái)越明顯,這樣,新一代的被動(dòng)紅外探頭也應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)榧幽么蟮腜ARADOX SUCURITY SYSTEMS LTD的楓葉牌探頭采用了很多最新技術(shù),使用也較為廣泛。所以,下面就結(jié)合該產(chǎn)品的技術(shù)特性來(lái)闡述被動(dòng)紅外探頭的最新技術(shù)。
1、反射式光傳感器的工作原理及特性
反射式光傳感器是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。探頭收集外界的紅外輻射通過聚集到紅外感應(yīng)源上面。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件,這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)向外釋放電荷,檢測(cè)處理后產(chǎn)生報(bào)警。
1) 這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以輻射敏感元件對(duì)波長(zhǎng)為10UM左右的紅外輻射必須敏感。
2) 為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感,在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的濾光片,使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。
3) 被動(dòng)紅外探頭,其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消,于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。
4) 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi),人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦,并被熱釋電元接收,但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同,熱釋電也不同,不能抵消,經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。
5) 多視場(chǎng)的獲得,一是多法線小鏡面組成的反光聚焦,聚光到傳感器上稱之為反射式光學(xué)系統(tǒng)。另一種是透射式光學(xué)系統(tǒng),是多面組合一起的透鏡--菲尼爾透鏡聚焦在紅外傳感器上。
6) 這要指出的是被動(dòng)紅外的幾束光表示有幾個(gè)視場(chǎng),并非被動(dòng)紅外發(fā)紅外光,視場(chǎng)越多,控制越嚴(yán)密。
被動(dòng)紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn):本身不發(fā)任何類型的輻射,器件功耗很小,隱蔽性好。 光傳感器
價(jià)格低廉。
缺點(diǎn):
◆容易受各種熱源、光源干擾
◆被動(dòng)紅外穿透力差,人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探頭接收。
◆易受射頻輻射的干擾。
光傳感器電氣特性
暗電流小,低照度響應(yīng),靈敏度高,電流隨光照度增強(qiáng)呈線性變化;
內(nèi)置雙敏感元,自動(dòng)衰減近紅外,光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線;
內(nèi)置微信號(hào)CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路,輸出電流大,工作電壓范圍寬,溫度穩(wěn)定性好;可選 光學(xué)納米材料封裝,可見光透過,紫外線截止、近紅外相對(duì)衰減,增強(qiáng)了光學(xué)濾波效果;
符合歐盟RoHS指令,無(wú)鉛、無(wú)鎘
光傳感器簡(jiǎn)介
磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器。激光,是20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展起來(lái)的又一新技術(shù),它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由于以往普通光源單色度低,故很多重要的應(yīng)用受到限制,而激光的出現(xiàn),使無(wú)線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充。利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器,解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題,使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險(xiǎn)、易燃的場(chǎng)所。
比如說(shuō)用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器,能測(cè)量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實(shí)測(cè)地點(diǎn),不必電源供電,這對(duì)于安全防爆措施要求很嚴(yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用,也可用來(lái)在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測(cè)化學(xué)技術(shù)。
磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。當(dāng)一束偏振光通過介質(zhì)時(shí),若在光束傳播方向存在著一個(gè)外磁場(chǎng),那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,這就是磁光效應(yīng)。也就是可以通過旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)測(cè)量外加的磁場(chǎng)。在特定的試驗(yàn)裝置下,偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)成正比,通過輸出光照射激光二極管LD,就可以獲得數(shù)字化的光強(qiáng),用來(lái)測(cè)量特定的物理量。
光傳感器,是用來(lái)檢測(cè)光的,比如檢測(cè)光的強(qiáng)度、光的色彩等參數(shù)。光學(xué)傳感器,是使用光學(xué)元器件和光學(xué)原理,檢測(cè)各種物理參數(shù)的,比如位移、重量、溫度等等。
多視場(chǎng)的獲得,一是多法線小鏡面組成的反光聚焦,聚光到傳感器上稱之為反射式光學(xué)系統(tǒng)。另一種是透射式光學(xué)系統(tǒng),是多面組合一起的透鏡——菲尼爾透鏡聚焦在紅外傳感器上。 在電子防盜探測(cè)器領(lǐng)域,被動(dòng)紅外探測(cè)器的...
激光傳感器ZLDS100基本原理是光學(xué)三角法:半導(dǎo)體激光器被鏡片聚焦到被測(cè)物體。反射光被鏡片收集,投射到CMOS陣列上;信號(hào)處理器通過三角函數(shù)計(jì)算陣列上的光點(diǎn)位置得到距物體的距離。
例如,在手機(jī)、筆記本等移動(dòng)應(yīng)用中,顯示器消耗的電量高達(dá)電池總電量的30%,采用環(huán)境光傳感器可以最大限度地延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。另一方面,環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當(dāng)環(huán)境亮度較高時(shí),使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會(huì)自動(dòng)調(diào)成高亮度。當(dāng)外界環(huán)境較暗時(shí),顯示器就會(huì)調(diào)成低亮度,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度。 環(huán)境光傳感器需要在芯片上貼一個(gè)紅外截止膜,甚至直接在硅片上鍍制圖形化的紅外截止膜。
該紅外光傳感器使用充電的熱電堆與溴碘化鉈(KRS-5)窗口來(lái)感應(yīng)580到40000nm的波長(zhǎng)。該傳感器使得學(xué)生可以自己測(cè)量一系列現(xiàn)象,包括自己手掌的紅外輻射。
1. 太陽(yáng)傳感器。它可識(shí)別水平,垂直各360度。太陽(yáng)所在的位置,識(shí)別,陰天,多云天,半陰天,晴天及晚上白天。跟蹤方位識(shí)別。
2. 識(shí)別電路處理和侍服驅(qū)動(dòng)。采用數(shù)字芯片完成以上各信息的處理。可侍服各種普通電機(jī),步進(jìn)電機(jī)。整機(jī)功耗電流3mA,芯片工作電壓5V。
國(guó)際先進(jìn)的太陽(yáng)跟蹤設(shè)備,采用的是電腦數(shù)據(jù)理論,需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定。
電路原理、設(shè)備技術(shù)復(fù)雜。智能太陽(yáng)跟蹤儀采用識(shí)別理論技術(shù),電路簡(jiǎn)單元件少,沒有經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)信息的理論。一年四季太陽(yáng)運(yùn)行的路線不用考慮。太陽(yáng)從哪個(gè)方向升起,到哪個(gè)方向落下,它都會(huì)準(zhǔn)確無(wú)誤的識(shí)別太陽(yáng)升起和落下的位置。如果把他安放在行走的車或船上,不論向何方行駛,跟蹤儀都能正對(duì)太陽(yáng)。
該紫外光傳感器使用一個(gè)過濾片測(cè)量紫外光波段(315nm-400nm)。除去濾光片,傳感器可同時(shí)感應(yīng)可見光。傳感器包括紫外光濾光片,一個(gè)瞄準(zhǔn)儀,和傳感器手柄。
環(huán)境光檢測(cè)
在車身電子應(yīng)用中,環(huán)境光傳感器用于調(diào)節(jié)儀表盤的背光強(qiáng)度,以及導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、溫度控制及DVD屏幕中的LCD背光強(qiáng)度。這對(duì)于像BMW的iDrive及Prius的Multi-Info等顯示屏而言尤其重要。例如,當(dāng)日光變得昏暗并且漆黑一片時(shí),儀表盤背光將進(jìn)行不同程度地調(diào)節(jié),以達(dá)到最佳可見度,并降低可能對(duì)駕駛者造成的強(qiáng)光。使用這些傳感器可消除在白天打開車大燈時(shí)煩人的顯示屏自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)等程序,環(huán)境光傳感器的關(guān)鍵功能是利用380nm~780nm的敏感度可見波長(zhǎng),復(fù)制了人眼的敏感度。
隧道檢測(cè)
隧道檢測(cè)需要兩個(gè)傳感器的輸入。第一個(gè)傳感器具有"向上看"的較寬視野,以及相對(duì)較長(zhǎng)的平均移動(dòng)時(shí)間段,長(zhǎng)時(shí)間段可防止車燈打開和關(guān)閉。第二個(gè)傳感器具有"向前看"的較窄視野,以及相對(duì)較短的平均移動(dòng)時(shí)間段。這可使隧道傳感器對(duì)突然的日光變化做出快速反應(yīng),并打開車大燈,以及在進(jìn)入隧道時(shí)可調(diào)節(jié)顯示屏的背光亮度。前向傳感器消除了在進(jìn)入橋下或遮天蔽日的大樹下時(shí)打開及關(guān)閉車燈。在這些情況下,該傳感器仍將"看到"前方的光線。
當(dāng)進(jìn)入隧道時(shí),隧道傳感器信號(hào)將下降,而寬視野傳感器的信號(hào)將仍保持高強(qiáng)度;車大燈將打開。當(dāng)出了隧道時(shí),隧道傳感器信號(hào)將加強(qiáng),而寬視野傳感器信號(hào)將下降;車大燈將關(guān)閉。憑借不同的平均移動(dòng)時(shí)間段,控制器可做出明確的區(qū)別。
為了提高工作環(huán)境的舒適性,照明控制系統(tǒng)采取光傳感器,根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的照度自動(dòng)控制照明設(shè)備,從而使照度控制在舒適的范圍內(nèi)。在傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)中,往往采用普通光傳感器結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)。由于光傳感器檢測(cè)到的光信號(hào)既包含可見光成分又有紅外光成分,濾除紅外光對(duì)光傳感器檢測(cè)結(jié)果。
1、光譜響應(yīng)/IR抑制:環(huán)境光傳感器應(yīng)該僅對(duì)400nm至700nm光譜的范圍有感應(yīng)。
2、最大勒克斯數(shù):大多數(shù)應(yīng)用為1萬(wàn)勒克斯。
3、光敏度:根據(jù)光傳感器的鏡片類別,光線通過鏡片后,光衰減可以再25%-50%之間。低光敏度非常關(guān)鍵(<5勒克斯),必須選擇可以再找個(gè)范圍內(nèi)工作的光傳感器。
4、集成的信號(hào)調(diào)節(jié)功能(即放大器和ADC):一些傳感器可能提供非常小的封裝,但是卻需要一個(gè)外部放大器或無(wú)源元件來(lái)獲取所需的輸出信號(hào)。具有更高集成度的光傳感器省去了外部元件(ADC、放大器、電阻器、電容器等),具有更多的優(yōu)勢(shì)。
5、功耗:對(duì)于要承受高勒克斯(>1萬(wàn)勒克斯)的光傳感器來(lái)說(shuō),最好采用非線性模擬輸出或數(shù)字輸出。
6、封裝大小:對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō),封裝都是越小越好??商峁┑妮^小封裝尺寸約為2.0mm*2.1mm。而尺寸為1.3mm*1.5mm的4引腳封裝則是下一代封裝。
正式版本 | ||
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2012年11月24日 | Jeb提到可能會(huì)加入一種陽(yáng)光探測(cè)器 | |
2013年1月2日 | Jeb在Twitter上發(fā)布了陽(yáng)光探測(cè)器的第一張截圖。 | |
13w01a | 陽(yáng)光傳感器加入游戲。 | |
1.8 | 14w31a | 陽(yáng)光傳感器可以通過右鍵單擊切換晝/夜輸出信號(hào)。 |
攜帶版 | ||
0.13.0 | build 1 | 陽(yáng)光傳感器加入游戲。 |
這種微型激光傳感器屬于一種回音廊式共振傳感器,由硅玻璃制造。工作原理就像英國(guó)圣保羅大教堂里著名的回音廊,一邊的人對(duì)著廊壁說(shuō)話,另一邊的人就能聽到。但與回音廊不同的是,這種傳感器共振的不是聲波而是光波。
激光器由底座支起一個(gè)"頻率衰減模"(環(huán)路中激光發(fā)射的模式或形狀),兩束激光以相同頻率、相反方向圍繞環(huán)形光路傳播。模場(chǎng)中有一個(gè)"短暫尾跡"透過環(huán)表面,探測(cè)著周邊環(huán)繞的介質(zhì)。當(dāng)一個(gè)微粒落在激光環(huán)上,就會(huì)使一個(gè)光模中的能量分散到另一個(gè)光模中,從而使兩個(gè)光模的共振頻率略有不同,使光模發(fā)生分裂,一束激光就分裂為頻率不同的兩束,將它們導(dǎo)入光電探測(cè)器,會(huì)由于頻率的不同而產(chǎn)生一種"打擊頻率",從而分別測(cè)得兩束激光的頻率。
"由于微型傳感激光器是用溶膠的方法在硅晶片生產(chǎn),增益介質(zhì)很容易改變,所以能大量生產(chǎn)。"論文第一作者、華盛頓大學(xué)圣路易斯分校電學(xué)與系統(tǒng)工程系研究生何麗娜(音譯)說(shuō),"人們可以選擇性地混合稀土離子,加入四乙氧基硅烷溶液、水或鹽酸,加熱它們直到變得黏稠,然后旋轉(zhuǎn)覆蓋在硅晶片上,退火后清除溶劑,就形成了完整的非結(jié)晶玻璃。再用蝕刻方法把薄薄的玻璃膜制成硅光盤,在下面用硅柱支撐。最后,通過激光退火處理,使粗糙的硅光盤變成光滑的環(huán)形共振腔。"
陽(yáng)光傳感器輸出特性
下表為不同天氣狀況下不同亮度、不同時(shí)間下陽(yáng)光傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度,僅適用于陽(yáng)光傳感器露天放置。
當(dāng)陽(yáng)光傳感器上方有非透明方塊遮擋時(shí),其發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)減弱。通過陽(yáng)光傳感器與非門的結(jié)合,此特性可用來(lái)制作路燈。
請(qǐng)注意雖然月光也有4的亮度,但只有陽(yáng)光才能對(duì)傳感器作用,所以事實(shí)上夜晚的輸出強(qiáng)度是能降到0的。
陽(yáng)光傳感器的輸出在時(shí)間從13680到22340時(shí)是沒有信號(hào)的。
信號(hào)強(qiáng)度 | 達(dá)到該亮度的時(shí)間 | 該亮度截止時(shí)間 | 亮度等級(jí) |
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0 | N/A | N/A | 4–5 |
1 | 22340 | 13680 | 4–7 |
2 | 22800 | 13220 | 7–9 |
3 | 23080 | 12940 | 9–11 |
4 | 23300 | 12720 | 11–12 |
5 | 23540 | 12480 | 12–13 |
6 | 23780 | 12240 | 13–14 |
7 | 23960 | 12040 | 15 |
8 | 180 | 11840 | 15 |
9 | 540 | 11480 | 15 |
10 | 940 | 11080 | 15 |
11 | 1380 | 10640 | 15 |
12 | 1880 | 10140 | 15 |
13 | 2460 | 9560 | 15 |
14 | 3180 | 8840 | 15 |
15 | 4300 | 7720 | 15 |
信號(hào)強(qiáng)度 | 達(dá)到該亮度的時(shí)間 | 該亮度截止時(shí)間 | 亮度等級(jí) |
---|---|---|---|
0 | N/A | N/A | 4–5 |
1 | 22340 | 13680 | 4–7 |
2 | 22800 | 13220 | 6–8 |
3 | 23240 | 12780 | 8–10 |
4 | 23520 | 12500 | 9–11 |
5 | 23760 | 12260 | 10–12 |
6 | 0 | 12020 | 11–12 |
7 | 400 | 11620 | 12 |
8 | 900 | 11120 | 12 |
9 | 1440 | 10580 | 12 |
10 | 2080 | 9940 | 12 |
11 | 2880 | 9140 | 12 |
12 | 4120 | 7900 | 12 |
信號(hào)強(qiáng)度 | 達(dá)到該亮度的時(shí)間 | 該亮度截止時(shí)間 | 亮度等級(jí) |
---|---|---|---|
0 | N/A | N/A | 4–5 |
1 | 22340 | 13680 | 4–6 |
2 | 22960 | 13060 | 6–8 |
3 | 23360 | 12660 | 7–8 |
4 | 23700 | 12300 | 8–10 |
5 | 60 | 11940 | 10 |
6 | 460 | 11560 | 10 |
7 | 1040 | 10980 | 10 |
8 | 1740 | 10280 | 10 |
9 | 2620 | 9400 | 10 |
10 | 3960 | 8060 | 10 |
由于漏洞,被覆蓋的傳感器在夜晚也有信號(hào)。下表對(duì)應(yīng)無(wú)法接收到陽(yáng)光的傳感器。天氣效果在夜晚對(duì)傳感器不起作用。
信號(hào)強(qiáng)度 | 達(dá)到時(shí)間 | 截止時(shí)間 | |
---|---|---|---|
1 | 14360 | 21660 | |
2 | 14740 | 21280 | |
3 | 15120 | 20900 | |
4 | 15500 | 20520 | |
5 | 15900 | 20120 | |
6 | 16320 | 19700 | |
7 | 16760 | 19260 | |
8 | 17240 | 18780 | |
9 | 17780 | 18240 |