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(cè)、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(cè)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(cè)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(chǎng)合對(duì)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(duì)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(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(huì)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。
