传感器为微处理系统提感测周围环境条件提供了一个窗口,光传感器及磁性传感器在测定物体的出现、离开和运动等领域应用广泛。本文介绍光传感器和磁性传感器的基本类型、应用及其与微处理器的接口问题。
图1显示的是槽式光传感器开关,将一个发光二极管(LED)置于正对光电晶体管的塑料座中,发光二极管与光电晶体管之间有一个缝隙。如果物体穿过这个缝隙,它将阻断LED和光电晶体管之间的光路。槽式开关通过在发动机轴上放置一个开槽的轮子来检测发动机速度。当轴旋转时,它交替地阻断光路。槽式开关也用于指示门或罩的开关或闭合。当门是闭合的时候,门上的标志会落入槽内并阻断光路。
图1b显示了一个反射传感器控制工程网版权所有,其工作原理是相似的。反射传感器上的光电晶体管截取由开关前部任何地方反射来的光。大部分反射传感器都有焦距长度,即检测被放置物体的最佳距离CONTROL ENGINEERING China版权所有,该距离通常在0.1和0.5寸之间。反射传
电流传输率(CTR)
LED和光电晶体管对的增益通常少于1。在给定LED电流的情况下,光电晶体管集电极中产生的电流被称为电流传输率(CTR)。通常槽式开关的CTR是0.1,因此,LED中10mA的电流会在集电极中产生1mA的电流。有时CTR以比率或表格形式描述集电极电流与LED电流的关系。CTR取决于LED和光电晶体管的特性,并因光传感器的不同而有很大不同。
当需要将光传感器与处理器接口时www.cechina.cn,电流传输率有几层含义。首先,如图2所示,如果将开关直接接口到数字输入端CONTROL ENGINEERING China版权所有,晶体管输出值将会在有效逻辑电平之间摆动。要确保光电晶体管饱合,就要限定上拉电阻的值。例如,如果用10mA驱动LED且CTR的最低值为0.1,则上拉电阻的值约为5kΩ。
电阻值越低,抗扰度越好,运行速度更快,但并不适用于所有的光传感器。晶体管必须吸收足够的电流以确保有效的逻辑低电平。如果想使用较小的上拉电阻,可采用具有较高CTR的光传感器开关或具有更大驱动电流的LED。光传感器开关具有达林顿晶体开关输出形式,它通常具有比图1更高的CTR,但通常它们也只有单只晶体管输出速度的20%,且饱合电压较高。
反射传感器也可以采用CTR来评估。由于传感器取决于反射光,CTR取决于表面类型和反射表面与传感器之间的距离。反射传感器的CTR取决于标准反射表面,该表面被置于与传感器相距特定距离的焦点位置上。
反射传感器的CTR因器件和应用的不同而不同。如果传感器面对的是一个在灰色和黑色之间转换的表面CONTROL ENGINEERING China版权所有,则CTR与生产厂家所采用的白色参考面测得的CTR就会不相同。设计必须适应由传感器应用所得出的实际CTR。确定CTR范围的一个方法是测量具体应用的CTR,然后采用相同传感器与由传感器生产厂家用白色参考面测得的CTR进行比较,这样将会得到所期望的CTR参考范围。
由于光传感器的CTR范围很大,可能须将传感器的输出端接口到模数转换器(ADC),这样可采用软件来查找输出电平的变化,而非取决于产生数字逻辑电平的元件的能力。当然,这样做的代价就是增加一个ADC并且需要更多的时间进行ADC取样。
检测速度
任何光传感器中光电晶体管的速度相当慢,这一点限制了检测的最大速度。开关时间的典型值分别是8
ms和50ms。如果传感器内的驱动LED由软件控制,这一软件必须在读取传感器的输出时,对开启和关闭延迟予以考虑。
机械不稳定性
机械抖动会导致反射传感器异常。例如,通过观察扁平黑色发动机轴上的发光带,反射传感器可以测量旋转次数,这种传感器电流的输出产生的是中断信号。有