光電傳感器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療器械、光控玩具等行業(yè)，且不斷在一些新的研究領(lǐng)域中得以應(yīng)用，如智能車自動(dòng)尋跡系統(tǒng)、臨床醫(yī)學(xué)檢測、焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、軍事裝備、能源利用系統(tǒng)等。常用的光電傳感器有槽型光電傳感器(Transmissive Optical Sensor)、反射型光電傳感器(Reflective Optical Sensor)等。槽型和反射型光電傳感器均由發(fā)光器件即發(fā)射器(Emitter)和光接收器件即接收器(Detector)組裝而成。槽型光電傳感器將發(fā)射器與接收器隔開一定距離安裝在外殼中，發(fā)射器發(fā)射的紅外或可見光通過外殼的槽縫到達(dá)接收器，用以檢測發(fā)射器與接收器之間是否有物體遮擋。反射型光電傳感器則將發(fā)射器與接收器按某一角度安裝在外殼中，用以檢測傳感器前是否有反射介質(zhì)或反射介質(zhì)的類型。光電傳感器的基本特性包括輸出電流與接收器兩端電壓之間的關(guān)系曲線、輸出電流與發(fā)射器輸入電流之間的關(guān)系曲線、輸出電流隨溫度變化的關(guān)系曲線、脈沖響應(yīng)特性曲線等。盡管從工作原理上槽型和反射型光電傳感器都并不復(fù)雜，但要設(shè)計(jì)與制造一款滿足要求、性能穩(wěn)定、可靠性好、成本合理的光電傳感器亦并非易事，更何況有些應(yīng)用場合對傳感器性能參數(shù)的要求十分苛刻。本文從設(shè)計(jì)與制造角度討論影響光電傳感器輸出電流的因素，并提出提高傳感器生產(chǎn)制造過程良品率的一些相應(yīng)措施。
1 發(fā)射器與接收器的選取
光電傳感器的輸出電流ICON是光電傳感器一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。對槽型光電傳感器而言，在給定條件下，ICON不僅與發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee、接收器集電極電流IC有關(guān)，還和發(fā)射器與接收器的距離以及發(fā)射器與接收器前槽縫的寬度有關(guān)。圖1為側(cè)面發(fā)光發(fā)射器與側(cè)面受光接收器之間距離改變時(shí)，發(fā)射器電流10 mA時(shí)測量得到的接收器集電極電流IC隨距離的變化曲線。距離越大，相同條件下接收器集電極電流IC就越小。而發(fā)射器與接收器前槽縫的寬度越大，相同條件下光電傳感器的輸出電流ICON就越大。在槽型光電傳感器設(shè)計(jì)過程中，發(fā)射器輻射強(qiáng)度與接收器集電極電流應(yīng)結(jié)合發(fā)射器與接收器之間的距離，以及槽縫寬度進(jìn)行選取。
圖1
對反射型光電傳感器而言，在給定條件下，ICON不僅與發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee、接收器集電極電流IC有關(guān)，還與傳感器與反射面之間的距離以及發(fā)射器與接收器之間的角度有關(guān)。在反射型光電傳感器設(shè)計(jì)過程中，發(fā)射器輻射強(qiáng)度與接收器集電極電流應(yīng)結(jié)合傳感器與反射面之間的距離以及發(fā)射器與接收器之間的角度進(jìn)行選取。
2 工藝與制造過程的影響
一般而言，高的發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee與高的接收器集電極電流IC裝配組成的光電傳感器，其輸出電流ICON也較高;反之亦然。但由于工藝、測試及制造過程中的變差，例外的情況也不少。圖2中的樣品6與樣品10，盡管兩者的發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee接近，樣品10的接收器集電極電流IC高于樣品6的IC，但樣品10的輸出電流ICON卻要低于樣品6的ICON;樣品8與樣品13的發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee與接收器集電極電流IC都相近，但樣品8的輸出電流ICON卻高許多;同樣，樣品1與樣品5的發(fā)射器輻射強(qiáng)度Ee與接收器集電極電流IC都相近，但樣品5的輸出電流ICON卻要低很多。造成這種情況的影響因素有許多，主要包括塑料外殼注塑過程中引起的尺寸變差、傳感器組裝過程中引起的變差、發(fā)射器輻射強(qiáng)度在空間分布的變化以及測試過程中造成的誤差等。
圖2
(1)外殼尺寸變差。槽型和反射型光電傳感器絕大多數(shù)的外殼采用塑料外殼，模具加工制造、注塑件的注塑以及冷卻過程都會引起同一尺寸在不同塑料外殼之間的變化，這包括槽型光電傳感器發(fā)射器與接收器前槽縫寬度的變化、外殼上用于安裝發(fā)射器與接收器部分之間距離的變化，反射型光電傳感器發(fā)射器與接收器前孔尺寸的改變、外殼上用于安裝發(fā)射器與接收器部分之間角度的變化等。這些尺寸的變化將引起傳感器輸出電流的變化。
