光电传感器中发射器与接收器的匹配

光电传感器广泛应用于生产过程自动化、办公自动化设备、医疗器械、光控玩具等行业，且不断在一些新的研究领域中得以应用，如智能车自动寻迹系统、临床医学检测、焊缝自动跟踪系统、军事装备、能源利用系统等。常用的光电传感器有槽型光电传感器(Transmissive Optical Sensor)、反射型光电传感器(Reflective Optical Sensor)等。槽型和反射型光电传感器均由发光器件即发射器(Emitter)和光接收器件即接收器(Detector)组装而成。槽型光电传感器将发射器与接收器隔开一定距离安装在外壳中，发射器发射的红外或可见光通过外壳的槽缝到达接收器，用以检测发射器与接收器之间是否有物体遮挡。反射型光电传感器则将发射器与接收器按某一角度安装在外壳中，用以检测传感器前是否有反射介质或反射介质的类型。光电传感器的基本特性包括输出电流与接收器两端电压之间的关系曲线、输出电流与发射器输入电流之间的关系曲线、输出电流随温度变化的关系曲线、脉冲响应特性曲线等。尽管从工作原理上槽型和反射型光电传感器都并不复杂，但要设计与制造一款满足要求、性能稳定、可靠性好、成本合理的光电传感器亦并非易事，更何况有些应用场合对传感器性能参数的要求十分苛刻。本文从设计与制造角度讨论影响光电传感器输出电流的因素，并提出提高传感器生产制造过程良品率的一些相应措施。

1 发射器与接收器的选取

光电传感器的输出电流ICON是光电传感器一个十分关键的参数。对槽型光电传感器而言，在给定条件下，ICON不仅与发射器辐射强度Ee、接收器集电极电流IC有关，还和发射器与接收器的距离以及发射器与接收器前槽缝的宽度有关。图1为侧面发光发射器与侧面受光接收器之间距离改变时，发射器电流10 mA时测量得到的接收器集电极电流IC随距离的变化曲线。距离越大，相同条件下接收器集电极电流IC就越小。而发射器与接收器前槽缝的宽度越大，相同条件下光电传感器的输出电流ICON就越大。在槽型光电传感器设计过程中，发射器辐射强度与接收器集电极电流应结合发射器与接收器之间的距离，以及槽缝宽度进行选取。

对反射型光电传感器而言，在给定条件下，ICON不仅与发射器辐射强度Ee、接收器集电极电流IC有关，还与传感器与反射面之间的距离以及发射器与接收器之间的角度有关。在反射型光电传感器设计过程中，发射器辐射强度与接收器集电极电流应结合传感器与反射面之间的距离以及发射器与接收器之间的角度进行选取。

2 工艺与制造过程的影响

一般而言，高的发射器辐射强度Ee与高的接收器集电极电流IC装配组成的光电传感器，其输出电流ICON也较高;反之亦然。但由于工艺、测试及制造过程中的变差，例外的情况也不少。图2中的样品6与样品10，尽管两者的发射器辐射强度Ee接近，样品10的接收器集电极电流IC高于样品6的IC，但样品10的输出电流ICON却要低于样品6的ICON;样品8与样品13的发射器辐射强度Ee与接收器集电极电流IC都相近，但样品8的输出电流ICON却高许多;同样，样品1与样品5的发射器辐射强度Ee与接收器集电极电流IC都相近，但样品5的输出电流ICON却要低很多。造成这种情况的影响因素有许多，主要包括塑料外壳注塑过程中引起的尺寸变差、传感器组装过程中引起的变差、发射器辐射强度在空间分布的变化以及测试过程中造成的误差等。