光傳感器應(yīng)用案例

環(huán)境光檢測

在車身電子應(yīng)用中，環(huán)境光傳感器用于調(diào)節(jié)儀表盤的背光強度，以及導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、溫度控制及DVD屏幕中的LCD背光強度。這對于像BMW的iDrive及Prius的Multi-Info等顯示屏而言尤其重要。例如，當日光變得昏暗并且漆黑一片時，儀表盤背光將進行不同程度地調(diào)節(jié)，以達到最佳可見度，并降低可能對駕駛者造成的強光。使用這些傳感器可消除在白天打開車大燈時煩人的顯示屏自動亮度調(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，復(fù)制了人眼的敏感度。

隧道檢測

隧道檢測需要兩個傳感器的輸入。第一個傳感器具有"向上看"的較寬視野，以及相對較長的平均移動時間段，長時間段可防止車燈打開和關(guān)閉。第二個傳感器具有"向前看"的較窄視野，以及相對較短的平均移動時間段。這可使隧道傳感器對突然的日光變化做出快速反應(yīng)，并打開車大燈，以及在進入隧道時可調(diào)節(jié)顯示屏的背光亮度。前向傳感器消除了在進入橋下或遮天蔽日的大樹下時打開及關(guān)閉車燈。在這些情況下，該傳感器仍將"看到"前方的光線。

當進入隧道時，隧道傳感器信號將下降，而寬視野傳感器的信號將仍保持高強度;車大燈將打開。當出了隧道時，隧道傳感器信號將加強，而寬視野傳感器信號將下降;車大燈將關(guān)閉。憑借不同的平均移動時間段，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)當前環(huán)境的照度自動控制照明設(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)。由于光傳感器檢測到的光信號既包含可見光成分又有紅外光成分，濾除紅外光對光傳感器檢測結(jié)果。

暗電流小，低照度響應(yīng)，靈敏度高，電流隨光照度增強呈線性變化;

內(nèi)置雙敏感元，自動衰減近紅外，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、近紅外相對衰減，增強了光學(xué)濾波效果;

符合歐盟RoHS指令，無鉛、無鎘

自60年代末開始，RC Lecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報告后，引起大家的重視。日本，蘇聯(lián)等國家均開展了研究，國內(nèi)也有學(xué)者進行探索。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，因此對一些特殊場合電磁參數(shù)的測量，有獨特的功效，尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流的測量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢。同時通過開發(fā)處理系統(tǒng)的軟件和硬件，也可以實現(xiàn)電焊機和機器人控制系統(tǒng)的自動實時測量。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)傳感器的性能越來越強，應(yīng)用也越來越廣泛。

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。在電子防盜探測器領(lǐng)域，被動紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、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技術(shù)手段的提高，從而對探頭的要求也越來越高，普通被動紅外探頭的局限性也越來越明顯，這樣，新一代的被動紅外探頭也應(yīng)運而生。因為加拿大的PARADOX 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)特性來闡述被動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人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。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)生變化時就會向外釋放電荷，檢測處理后產(chǎn)生報警。

1) 這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以輻射敏感元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須敏感。

2) 為了僅僅對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) 被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個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，于是探測器無信號輸出。

4) 一旦人侵入探測區(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)信號處理而報警。

5) 多視場的獲得，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) 這要指出的是被動紅外的幾束光表示有幾個視場，并非被動紅外發(fā)紅外光，視場越多，控制越嚴密。

被動紅外探頭的優(yōu)缺點:

優(yōu)點: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

價格低廉。

缺點:

◆容易受各種熱源、光源干擾

◆被動紅外穿透力差，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。

例如，在手機、筆記本等移動應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，采用環(huán)境光傳感器可以最大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當環(huán)境亮度較高時，使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會自動調(diào)成高亮度。當外界環(huán)境較暗時，顯示器就會調(diào)成低亮度，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)亮度。 環(huán)境光傳感器需要在芯片上貼一個紅外截止膜，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)窗口來感應(yīng)580到40000nm的波長。該傳感器使得學(xué)生可以自己測量一系列現(xiàn)象，包括自己手掌的紅外輻射。

1. 太陽傳感器。它可識別水平，垂直各360度。太陽所在的位置，識別，陰天，多云天，半陰天，晴天及晚上白天。跟蹤方位識別。

2. 識別電路處理和侍服驅(qū)動。采用數(shù)字芯片完成以上各信息的處理?？墒谭鞣N普通電機，步進電機。整機功耗電流3mA，芯片工作電壓5V。

國際先進的太陽跟蹤設(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。智能太陽跟蹤儀采用識別理論技術(shù)，電路簡單元件少，沒有經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)信息的理論。一年四季太陽運行的路線不用考慮。太陽從哪個方向升起，到哪個方向落下，它都會準確無誤的識別太陽升起和落下的位置。如果把他安放在行走的車或船上，不論向何方行駛，跟蹤儀都能正對太陽。

該紫外光傳感器使用一個過濾片測量紫外光波段(315nm-400nm)。除去濾光片，傳感器可同時感應(yīng)可見光。傳感器包括紫外光濾光片，一個瞄準儀，和傳感器手柄。

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60年代初迅速發(fā)展起來的又一新技術(shù)，它的出現(xiàn)標志著人們掌握和利用光波進入了一個新的階段。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)，使無線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進、相互滲透、相互補充。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、易燃的場所。

比如說用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器，能測量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實測地點，不必電源供電，這對于安全防爆措施要求很嚴格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實現(xiàn)光學(xué)方法的遙測化學(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)來實現(xiàn)傳感器的功能。當一束偏振光通過介質(zhì)時，若在光束傳播方向存在著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個角度，這就是磁光效應(yīng)。也就是可以通過旋轉(zhuǎn)的角度來測量外加的磁場。在特定的試驗裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強成正比，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，用來測量特定的物理量。

1、光譜響應(yīng)/IR抑制:環(huán)境光傳感器應(yīng)該僅對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范圍內(nèi)工作的光傳感器。

4、集成的信號調(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，但是卻需要一個外部放大器或無源元件來獲取所需的輸出信號。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。

5、功耗:對于要承受高勒克斯(>1萬勒克斯)的光傳感器來說，最好采用非線性模擬輸出或數(shù)字輸出。

6、封裝大小:對于大多數(shù)應(yīng)用來說，封裝都是越小越好。可提供的較小封裝尺寸約為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。

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。工作原理就像英國圣保羅大教堂里著名的回音廊，一邊的人對著廊壁說話，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"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。模場中有一個"短暫尾跡"透過環(huán)表面，探測著周邊環(huán)繞的介質(zhì)。當一個微粒落在激光環(huán)上，就會使一個光模中的能量分散到另一個光模中，從而使兩個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)入光電探測器，會由于頻率的不同而產(chǎn)生一種"打擊頻率"，從而分別測得兩束激光的頻率。

"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，"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。"

下表為不同天氣狀況下不同亮度、不同時間下陽光傳感器的輸出信號強度，僅適用于陽光傳感器露天放置。

當陽光傳感器上方有非透明方塊遮擋時，其發(fā)出的信號強度會減弱。通過陽光傳感器與非門的結(jié)合，此特性可用來制作路燈。

請注意雖然月光也有4的亮度，但只有陽光才能對傳感器作用，所以事實上夜晚的輸出強度是能降到0的。

陽光傳感器的輸出在時間從13680到22340時是沒有信號的。

由于漏洞，被覆蓋的傳感器在夜晚也有信號。下表對應(yīng)無法接收到陽光的傳感器。天氣效果在夜晚對傳感器不起作用。