淺析光電式傳感器在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展

張姍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，自動(dòng)化生產(chǎn)與智能制造的普及度越來越高，對(duì)于自動(dòng)化與智能制造，大部分功能的實(shí)現(xiàn)都是基于傳感器的，其中光電式傳感器又是傳感器中應(yīng)用最為廣泛的一種，因此，掌握光電式傳感器的原理顯得尤為重要。本文將著重闡述光電式傳感器的工作原理，并在此基礎(chǔ)上著重闡述光電式傳感器在汽車上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光電式傳感器;工作原理;應(yīng)用;發(fā)展趨勢(shì)

1? 光電式傳感器簡(jiǎn)述

光電式傳感器是目前產(chǎn)量最多，應(yīng)用最廣的傳感器之一。下面對(duì)光電式傳感器的工作原理、組成和分類進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.1 工作原理

光電式傳感器是基于光電效應(yīng)工作的，光電效應(yīng)指的是金屬或者半導(dǎo)體等材料在光照下釋放電子的現(xiàn)象，通?？煞譃橥夤怆娦?yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。其中光電管、光電倍增管是基于外光電效應(yīng)制作的光電器件，見圖1和圖2。

基于內(nèi)光電效應(yīng)的有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等，見圖3、圖4、圖5。

1.2 光電式傳感器的組成

光電式傳感器一般由輻射源、光學(xué)通路、光電器件三部分組成。如圖6所示。

圖6中輻射源指的就是光源，主要作用是發(fā)射光束，一般所采用的輻射源主要是發(fā)光二極管（LED）、激光二極管等;其次，光學(xué)通路的主要作用是改變光信號(hào)的參數(shù)，比如波長、頻率等參數(shù);光電器件的主要作用是將接受到的變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成變化的電信號(hào)，然后輸出，再經(jīng)過后續(xù)測(cè)量電路，測(cè)量電信號(hào)的變化，從而確定被測(cè)量。

1.3 光電式傳感器的分類

光電式傳感器按其傳輸方式可分為直射型、透射型、反射型和遮蔽式四種基本形式。如圖7。

①直射型如圖 7（a）所示，光源本身就是被測(cè)物體。被測(cè)物體的光通量指向光敏器件，產(chǎn)生光電流輸出。這種形式常用于光電比色高溫計(jì)中作光電器件。

②透射型如圖7（b）所示，光源的光通量一部分由被測(cè)物體吸收，另一部分則穿過被測(cè)物體投射到光敏器件上。該形式常用于測(cè)量混合氣體、液體的透明度、濃度等。

③反射型如圖7（c）所示，首先，光源發(fā)射出的光通量投射到被測(cè)物體上之后，其次，被測(cè)物體又將部分光通量反射到光敏器件上。反射的光通量取決于被測(cè)物體的反射條件，此種形式一般用于測(cè)量工件表面的粗糙度及測(cè)量轉(zhuǎn)速等。

④遮蔽型如圖7（d）所示，光源發(fā)射出的光通量投射到被測(cè)物體上，由于被測(cè)物體的遮蔽導(dǎo)致光通量的改變，最終導(dǎo)致投影到光敏器件上的光通量也隨著改變。這種形式常用于測(cè)量位置、位移、振動(dòng)、頻率等，在自動(dòng)控制中用作自控開關(guān)。

2? 光電式傳感器應(yīng)用

光電傳感器在汽車上的應(yīng)用較為廣泛，主要有光電式轉(zhuǎn)向傳感器、光電式光量傳感器、光電式車速傳感器等，下面就簡(jiǎn)要分析光電式傳感器在汽車上的應(yīng)用。

2.1 光電式轉(zhuǎn)向傳感器

如圖8所示電子控制懸架系統(tǒng)的構(gòu)成。

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向傳感器用于檢測(cè)汽車轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)角度及偏轉(zhuǎn)方向。光電式轉(zhuǎn)向傳感器的電路如圖9所示。

2.2 光電式光量傳感器

光電式光量傳感器用硫化鎘（CdS）作為半導(dǎo)體元件，當(dāng)硫化鎘（CdS）接受到光線照射時(shí)，電阻值便會(huì)隨之發(fā)生變化，這樣，便把周圍光照強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，然后以電信號(hào)的形式輸入控制器?，F(xiàn)階段，這種傳感器主要用于汽車上各種燈具亮、熄的自動(dòng)控制。

2.3 光電式車速傳感器

光電式車速傳感器主要用于檢測(cè)電控汽車的車速，然后通過車速控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，自動(dòng)變速器的變扭器鎖止，自動(dòng)變速器換檔及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的開閉和巡航定速等其它功能。其外形如圖10所示。

3? 光電式傳感器發(fā)展趨勢(shì)

光電式傳感器行業(yè)發(fā)展方向呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

3.1 光電式傳感器的智能化趨勢(shì)

光電式傳感器的智能化是在傳感器中內(nèi)置微處理器，使其具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)償、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷等功能。隨著終端用戶體驗(yàn)的不斷升級(jí)及消費(fèi)習(xí)慣的逐漸改變，光電傳感器要求具有保密性高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)、自適應(yīng)性強(qiáng)、通信功能等特點(diǎn)，因此，智能化是光電傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3.2 光電式傳感器的微型化趨勢(shì)

傳統(tǒng)的光電式傳感器往往體積較大，功能不完善，且應(yīng)用領(lǐng)域受限，難以滿足便攜設(shè)備、可穿戴設(shè)備等下游應(yīng)用領(lǐng)域不斷升級(jí)的消費(fèi)需求。精密加工、微電子、集成電路等技術(shù)的發(fā)展及新材料的應(yīng)用，使得傳感器中敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路的尺寸正在從毫米級(jí)走向微米級(jí)甚至納米級(jí)，助推了傳感器的微型化趨勢(shì)。

3.3 光電式傳感器的多功能化趨勢(shì)

一般情況下，一個(gè)傳感器只能用來檢測(cè)一種被測(cè)量的變化，但基于實(shí)際生產(chǎn)等需求，在傳感器的許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠全面且準(zhǔn)確地反映客觀事物特點(diǎn)和環(huán)境，通常情況下往往需要同時(shí)測(cè)量多種被測(cè)變量，因此實(shí)現(xiàn)多功能化無疑是當(dāng)前光電式傳感器技術(shù)發(fā)展中一個(gè)重要的研究方向。同時(shí)，伴隨著光電式傳感器應(yīng)用領(lǐng)城的不斷擴(kuò)大，以及加工工藝和組裝技術(shù)的發(fā)展等，使多種敏感元件整合在同一基板上成為可能。終端應(yīng)用的集成化要求，推動(dòng)了多功能化傳感器的發(fā)展。

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