传感器与机器视觉 课件 第四章 速度检测传感器

传感器与机器人视觉湖南铁道职业技术学院杨利第四章速度检测传感器4.1概述

4.2光电式传感器4.3霍尔式传感器

目

录4.1概述 4.2光电式传感器4.3霍尔式传感器

目

录1.速度及表示方法

速度在国际单位制的最基本单位是米每秒，国际符号是m/s，中文符号是米/秒。常用单位：千米/小时，国际符号是km/h。单位换算：1m/s=3.6km/h。

在自动化技术中，旋转运动速度测量较多，多用转速来表示。转速是指单位时间内，物体做圆周运动的次数，用符号n表示；其国际标准单位为r/s（转/秒）、r/min（转/分）或RPM（revolutionsperminute）。2.常见速度传感器类型

（a）光电传感器

（b）霍尔传感器

（c）磁电式振动传感器4.1概述

4.2光电式传感器4.3霍尔式传感器

目

录

一种将被测的非电量转换为光信号的变化、进而再将光信号转换为电信号的传感器。光电传感器属于非接触式测量、反应快、应用广泛，可用来测量转速、位移、温度、表面粗糙度等参数。1.概述光电效应：用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为E的光子的轰击，组成这种物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象。分外光电效应、内光电效应、光生伏特效应2.光电效应外光电效应：在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。如光电管、光电倍增管2.光电效应内光电效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。阻挡层光电效应(光生伏特效应)：在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等。3.光电器件光敏电阻光电管光敏二极管光电池光敏三极管3.光电器件光电管当阴极受到适当波长（阴极决定）的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。3.光电器件光电管充气光电管:构造和真空光电管基本相同，所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体。优点是：灵敏度高.缺点：其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差3.光电器件光电管光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，上图所示为其模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯.试简述其工作原理.3.光电器件光电管紫外线紫外管当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。3.光电器件光电管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极+若干倍增极+阳极光电倍增管3.光电器件电阻随光照强度的变化而变化光敏电阻当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加工作原理：3.光电器件光敏电阻光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。1.玻璃2.光电导层3.电极4.绝缘衬底5.金属壳6.黑色绝缘玻璃7.引线结构：3.光电器件光敏电阻主要参数：

（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。3.光电器件光敏电阻伏安特性：在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。3.光电器件光敏电阻光照特性：光敏电阻的光电流与光强之间的关系由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。3.光电器件光敏电阻光谱特性：光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的3.光电器件光敏电阻响应时间和频率特性：光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。通常用响应时间t表示。不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，所以它们的频率特性也就不尽相同。

3.光电器件光敏电阻温度特性：光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。硫化镉光敏电阻的温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性3.光电器件光敏电阻光敏电阻基本应用电路利用光敏电阻将光线的强弱变为电阻值的变化，以达到光控制电路的目的。

工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制3.光电器件光敏二极管

工作原理：结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态的3.光电器件光敏二极管2626在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。

当光照增加时，光电流IΦ与光照度成正比关系。光敏二极管的反向偏置接法UO+—光照3.光电器件

工作原理：光敏三极管与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。3.光电器件

光谱特性：光敏三极管入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性3.光电器件

伏安特性：光敏三极管硅光敏管的伏安特性3.光电器件

光照特性：光敏三极管硅光敏管的光照特性光敏二极管的光照特性曲线的线性较好3.光电器件

温度特性：光敏三极管其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。3.光电器件频率响应：光敏三极管具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流(或负载上的电压)随频率的变化关系硅光敏晶体管的频率响应3.光电器件

工作原理：光电池直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的pn结。当光照射到pn结上时，便在pn结的两端产生电动势(p区为正，n区为负)。用导线将pn结两端用导线连接起来，就有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至n区。若将电路断开，就可以测出光生电动势。可以作为输出电能的器件；可以用于检测光的强弱；3.光电器件光谱特性：光电池光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的3.光电器件

光照特性：光电池不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的光电池作为测量元件使用时，应把它当作电流源的形式来使用3.光电器件短路电流：光电池外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下的电流值。负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽3.光电器件

频率响应：光电池指输出电流随调制光频率变化的关系硅光电池具有较高的频率响应,用于高速计数的光电转换3.光电器件

温度特性：光电池开路电压和短路电流随温度变化的关系。关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标硅光电池的温度特性(照度1000lx)3.光电器件

应用：路灯自动点灭器光电池CR1代表一个路灯，当感测的亮度太暗，路灯必须亮起，但当亮度超过设定时，路灯必须熄灭，停止照明。4.光电传感器4.光电传感器将装有浊水的试管插入仪器中1.光电式浊度计和含沙量测量

吸收式：4.光电传感器

吸收式：光电比色计的工作原理4.光电传感器

反射式：无线烟雾报警器可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器4.光电传感器反射式：反射式烟雾报警器在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。被测物体反射光通量4.光电传感器对射式：反射式光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获

得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。

4.光电传感器光电开关测转速4.光电传感器光电开关测转速4.光电传感器生产线侧面的光电开关3号接收型4号发射型1号发射型2号接收型1号发射型2号接收型AGV小车侧面的光电开关4.光电传感器物料块物料块调节检测范围改变输出电平4.光电传感器光电式带材跑偏检测器带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成废品。

当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压Uo为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带材跑偏的方向及大小。4.光电传感器光电式带材跑偏检测器4.光电传感器光电开关的其他应用4.光电传感器光幕传感器光幕传感器：光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，装置发出遮光信号，控制具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。4.1概述

4.2光电式传感器4.3霍尔式传感器

目

录1.概述

利用半导体薄片的霍尔效应制成的，可以用来直接测量磁场、微位移量、速度，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。霍尔接近开关线性霍尔传感器半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。产生的电动势称霍尔电动势。半导体薄片称霍尔元件。2.霍尔效应2.霍尔集成电路

线性型：图4-40为UGN3501的引脚图和输出特性曲线图，它的特点是输出电压在一定范围内与磁感应强度呈线性关系。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时，输出为正；磁场反向时，输出为负。霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电平的导通磁感应强度和由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度之间存在滞环宽度。滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的：因为在导通磁感应强度附件，如果没有滞环效应或滞环效应很小，那么由于磁噪声或磁钢振动等原因，会使电路的输出反复开启和关闭，形成类似于自激振荡现象。滞环越大，抗振动干扰能力就越强。开关型：

3.霍尔传感器应用软铁分流翼片开关型霍尔IC3.霍尔传感器应用测转盘转速：将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。

SN线性霍尔磁铁3.霍尔传感器应用测齿轮转速：当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。图a图b3.霍尔传感器应用测齿轮转速：霍尔转速表的其他安装方式霍尔元件磁铁只要金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。3.霍尔传感器应用测齿轮转速：3.霍尔传感器应用测磁场：基于UGN3501线性霍尔集成电路的高斯计电路