传感器技术应用-7

1、湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日第七章第七章 光电传感器光电传感器目的要求：目的要求： 通过学习要求掌握光电传感器的基通过学习要求掌握光电传感器的基本原理，学会选用方法和技巧，能用本原理，学会选用方法和技巧，能用其组成测量系统。其组成测量系统。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日本次课主要讲述内容：本次课主要讲述内容： 本章主要讲述以

2、下内容本章主要讲述以下内容 ：1、光电传感器原理、光电传感器原理2、光电效应光电效应（重点）（重点）5、光电传感器的应用、光电传感器的应用3、外光电效应元件、外光电效应元件4、内光电效应元件、内光电效应元件湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日一、光电传感器的原理及类型一、光电传感器的原理及类型1 1、原理、原理 光电传感器通常是指能敏感到由紫光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件，原理如下

3、图。转化成电信号的器件，原理如下图。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2、光电传感器的分类、光电传感器的分类 按光电元件输出量性质可分二类，即模按光电元件输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲拟式光电传感器和脉冲(开关开关)式光电传感器。式光电传感器。 模拟式光电传感器是将被测量转换成连续模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。 模拟式光电传感器按被测量模拟式光电传感器按被测量(检测目标

4、物体检测目标物体)方方法可分为透射法可分为透射(吸收吸收)式、漫反射式、遮光式式、漫反射式、遮光式(光束阻光束阻档档)三大类。三大类。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日（1）透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发）透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上，因此又称之为吸收式射到光电元件上，因此又称之为吸收式湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区

5、职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上。再从被测物体表面反射后投射到光电元件上。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 遮光式是指当光源发出的光通量经被测遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的光通量改变，改变

6、的程度与被测物体在光路光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。位置有关。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 二、光电效应二、光电效应1 1、定义：、定义：对不同频率的光，其光子能量对不同频率的光，其光子能量E=hE=h是不相同的，光波频率是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看作是一连串能量为用光照射某一物体，可以看作是一连串能量为E E的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传的光子轰击在这个物体上，此时光子能量

7、就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，这种物理现象称为光物体产生相应的电效应，这种物理现象称为光电效应电效应。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2、光电效应的分类：、光电效应的分类： 1) 1)在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称在光线

8、作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。光电倍增管等。 2) 2)在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。阻、光敏晶体管等。 3)在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。光电池等。 湖州职业技术学院机

9、电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日三、光电管和光电倍增管三、光电管和光电倍增管1.1.结构原理结构原理 光电管是利用外光电效应制成的光电元件光电管是利用外光电效应制成的光电元件 如下图所示：半圆筒形金属片制成的阴极如下图所示：半圆筒形金属片制成的阴极K K和位于阴极和位于阴极轴心的阳极轴心的阳极A A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个

10、自由电子，从而使自由电子的能量增加一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h h。当电子能当电子能量大于阴极材料的逸出功量大于阴极材料的逸出功A A时，它就逸出，形成电子发射。时，它就逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子这种电子称为光电子AKIU0RLE湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。有放大光电流能力的光电倍增管。 光电倍增管主要由光阴极光电倍增管

11、主要由光阴极K、倍增极倍增极D和阳极和阳极A组成，并根据要求采用不同性能的玻璃壳进行组成，并根据要求采用不同性能的玻璃壳进行真空封装。真空封装。 K湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 当有光子入射到光阴极当有光子入射到光阴极K上，只要光子的能量大于光阴极上，只要光子的能量大于光阴极材料的脱出功，就会有电子从阴极的表面逸出而成为光电子。材料的脱出功，就会有电子从阴极的表面逸出而成为光电子。在在K和和D1之间的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍增极之间的电场作用下，

12、光电子被加速后轰击第一倍增极D1，从而使从而使D1产生二次电子发射，每一个电子的轰击约可产产生二次电子发射，每一个电子的轰击约可产生生35个二次电子，这样就实现了电子数目的放大。个二次电子，这样就实现了电子数目的放大。D1产生产生的二次电子被的二次电子被D2和和D1之间的电场加速后轰击之间的电场加速后轰击D2，。这样这样的过程一直持续到最后一级倍增极的过程一直持续到最后一级倍增极Dn，每经过一级倍增极，每经过一级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有电子数目便被放大一次，倍增极的数目有813个，最后一级个，最后一级倍增极倍增极Dn发射的二次电子被阳极发射的二次电子被阳极A收集。若倍增电极

13、有收集。若倍增电极有n级，级，各级的倍增率为各级的倍增率为，则光电倍增管的倍增率可以认为是则光电倍增管的倍增率可以认为是n，因因此，光电倍增管有极高的灵敏度。此，光电倍增管有极高的灵敏度。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2.2.与测量有关的两个参数与测量有关的两个参数 (1) (1) 暗电流暗电流 光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍会有一个很小的电流输出，此电流即称下阳极仍会有一个很小的电流输出，此电流即

14、称为暗电流。为暗电流。 (2) (2) 光谱响应特征光谱响应特征 光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不相同的，这一特性可用光谱响应率表示。在给定相同的，这一特性可用光谱响应率表示。在给定波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大小称为光电倍增管的小称为光电倍增管的绝对光谱响应率绝对光谱响应率，表示为：，表示为： )()()(PIS)()()(maxSSs湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）202

15、2年3月4日 四、光敏二极管和三极管四、光敏二极管和三极管1.1.基本原理基本原理 其结构如下图所示，只是它的其结构如下图所示，只是它的PNPN结装在管壳顶结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PNPN结上，有光照时反向导通。结上，有光照时反向导通。AEV-+I结构示意图和图形符号基本电路a)b)EU0ceIcRLNNPa)结构示意图 b)基本电路湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 2 2. .主要特性主要

16、特性 1)1)光谱特性光谱特性 在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管敏度随光波波长的变化而变化，一种光敏晶体管只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光敏晶只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光敏晶体管的光谱特性。体管的光谱特性。 2)伏安特性伏安特性 光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就象光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就象普通三极管在不同基极电流下的输出特性一样，普通三极管在不同基极电流下的输出特性一样，在这里改变光照就相当于改变一般三极管的基极在这里改变光照就相当于改变一般三极管的基极电流，从而得到一簇输出曲

17、线。电流，从而得到一簇输出曲线。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 3)3)光电特性光电特性 它指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输它指外加偏置电压一定时，光敏晶体管的输出电流和光照度的关系。光敏二极管的线性较好，出电流和光照度的关系。光敏二极管的线性较好，而光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加较而光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加较小，并且在光照足够大时，输出电流有饱和现象。小，并且在光照足够大时，输出电流有饱和现象。 4) 4)频率特性频率特性 光敏晶体

18、管受调制光照射时，相对灵敏度与光敏晶体管受调制光照射时，相对灵敏度与调制频率的关系称为频率特性。减少负载电阻能调制频率的关系称为频率特性。减少负载电阻能提高响应频率，但输出降低。光敏三极管的频响提高响应频率，但输出降低。光敏三极管的频响比光敏二极管差得多，锗光敏三极管的频响比硅比光敏二极管差得多，锗光敏三极管的频响比硅管小一个数量级。管小一个数量级。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 五、五、光电池光电池 1 1. .工作原理工作原理 它是在一块它是在一块N型硅

19、片上用扩散的方法掺入一型硅片上用扩散的方法掺入一些些P型杂质而形成一个大面积型杂质而形成一个大面积PN结，当光照射结，当光照射P区时，在区时，在P型区内每吸收一个光子便产生一个电型区内每吸收一个光子便产生一个电子空穴对，子空穴对，P区表面吸收的光子最多，激发的电区表面吸收的光子最多，激发的电子空穴最多，越向内部越少，这种浓度差便形子空穴最多，越向内部越少，这种浓度差便形成光生电势。成光生电势。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 2.主要特性主要特性 1)光谱特性光

20、谱特性 光电池对不同波长的光，光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的。右图是硅灵敏度是不同的。右图是硅光电池和硒光电池的光谱特光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从中可知，不同材性曲线。从中可知，不同材料的光电池适用的入射光波料的光电池适用的入射光波长范围也不相同。长范围也不相同。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2)2)光电特性光电特性 光电池在不同的光电池在不同的光照度下，光生电动光照度下，光生电动势和光电流是不相同势和光电流是不相同的。硅光电池的光电的。硅光电池的

21、光电特性如图所示。其中特性如图所示。其中曲线曲线1是负载电阻无穷是负载电阻无穷大时的开路电压特性大时的开路电压特性曲线，曲线曲线，曲线2是负载电是负载电阻相对于光电池内阻阻相对于光电池内阻很小时的短路电流特很小时的短路电流特性曲线。性曲线。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 3)3)温度特性温度特性 光电池的温度特光电池的温度特性是指开路电压和短性是指开路电压和短路电流随温度变化的路电流随温度变化的情况。如图所示，从情况。如图所示，从中可看出硅光电池开中可看出硅光

22、电池开路电压随温度上升而路电压随温度上升而明显下降，温度上升明显下降，温度上升1 1，开路电压约降，开路电压约降低低3 3mVmV。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日六、光电传感器六、光电传感器 光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中，三部分组成，如图所示。图中，1是光源发出的光是光源发出的光信号，信号，2是光电器件接受的光信号，被测量可以是是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者或者x2，它

23、们能够分别造成光源本身或光学通路它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感光电传感器在越来越多的领域内得到广泛的应用。器在越来越多的领域内得到广泛的应用。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日1. 光电传感器的类型光电传感器的类型1） 模拟式光电传感器模拟式光电传感器 这种传感器中光电元件接受的光这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，通常有以下通量随被测量连续变化，通常有以下四种结构形

24、式。四种结构形式。 (1)(1)光源本身是被测物，如右图所示。光源本身是被测物，如右图所示。这种型式的光电传感器可用于光电比这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。色高温计和照度计。 (2)(2)恒定光源发射的光穿过被测物，恒定光源发射的光穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，如右图所示。可用于到光电元件上，如右图所示。可用于测量透明度、混浊度。测量透明度、混浊度。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日

25、(3)恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如左图所被测物表面反射后再投射到光电元件上，如左图所示。可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。示。可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。 (4)从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如右图所示。这种传感器可用于工件尺寸或位置。如右图所示。这种传感器可用于工

26、件尺寸测量、振动测量等场合。测量、振动测量等场合。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2. 脉冲式光电传感器脉冲式光电传感器 在这种传感器中，光电元件接受的光信号是断在这种传感器中，光电元件接受的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。

27、 七、七、光电传感器的常用光源光电传感器的常用光源 光源是许多光电传感器的重要组成部分，要使光源是许多光电传感器的重要组成部分，要使光电传感器很好地工作，除了合理选用光电元件外，光电传感器很好地工作，除了合理选用光电元件外，还必须配备合适的光源。常用光源有以下几种还必须配备合适的光源。常用光源有以下几种。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日1 1. .发光二极管发光二极管 这是一种把电能转变成光能的半导体器件。它这是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功

28、耗低、寿命长、响应快、机械强度具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。高等优点，并能和集成电路相匹配。2.2.钨丝灯泡钨丝灯泡 这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，可有效防止其他光线的干扰。红外线做光源，可有效防止其他光线的干扰。3.3.激光激光 激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向激光与普通光线相比具有能量高度集中，方

29、向性好，频率单纯、相干性好等优点。性好，频率单纯、相干性好等优点。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日八、光电转换电路八、光电转换电路 半导体光敏电阻可以通过较半导体光敏电阻可以通过较大的电流，所以在一般情况下，大的电流，所以在一般情况下，无需配备放大器。在要求较大的无需配备放大器。在要求较大的输出功率时，可用右图所示的电输出功率时，可用右图所示的电路。路。 右图右图a为带有温度补偿的光敏二为带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。当入射光强极管桥式测量电路。当入射光

30、强度缓慢变化时，光敏二极管的反度缓慢变化时，光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的。向电阻也是缓慢变化的。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路，如下左图所示。路，如下左图所示。 由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅电压也仅0.6V，还不能使下一级晶体管有较大的还

31、不能使下一级晶体管有较大的电流输出，故必须加正向偏压，如下右图所示。电流输出，故必须加正向偏压，如下右图所示。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 半导体光电元件的光电转换电路也可以使用集成运算半导体光电元件的光电转换电路也可以使用集成运算放大器。硅光敏二极管通过集成运放可得到较大输出幅度，放大器。硅光敏二极管通过集成运放可得到较大输出幅度，如下左图所示。下右图如下左图所示。下右图b给出硅光电池的光电转换电路，给出硅光电池的光电转换电路，由于光电池的短路电流和光照成

32、线性关系，因此将它接在由于光电池的短路电流和光照成线性关系，因此将它接在运放的正、反相输入端之间，利用这两端电位差接近于零运放的正、反相输入端之间，利用这两端电位差接近于零的特点，可以得到较好的效果。在图中所示条件下，输出的特点，可以得到较好的效果。在图中所示条件下，输出电压电压U0=2IR RF F。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日九、九、光电传感器的应用光电传感器的应用1 1. .透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用

33、 透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上，如图等，以相对的方向装在中间带槽的支架上，如图所示。适用于光电控制、光电计量等电路中，可所示。适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等。检测物体的有无、运动方向、转速等。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 下下图图是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图：是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图：为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微

34、米颗为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范围为围为400到到600nm的光电管，获取随浊度变化的的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。报警电路由多谐振荡器组成，当运相应电信号。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏

35、州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2. 漫反射型光电传感器漫反射型光电传感器 漫射型光电传感器有时也称作接近传感器。在漫射型光电传感器有时也称作接近传感器。在这种传感器中，发光器和接收器装在同一个机壳中。这种传感器中，发光器和接收器装在同一个机壳中。发光器发出的光线射到目标物体上，目标物体光线发光器发出的光线射到目标物体上，目标物体光线反射回来，什么角度的反射光都有。反射回来，什么角度的反射光都有。 虽然该类传感器装简单置，即它不需要其他的虽然该类传感器装简单置，即它不需要其他的元器件，例如反射镜或者单独的接收器

36、。但敏感范元器件，例如反射镜或者单独的接收器。但敏感范围及接收器的能力受目标物体的颜色、尺寸、表面围及接收器的能力受目标物体的颜色、尺寸、表面光洁度等因素的影响较大，故此着重研究其漫射聚光洁度等因素的影响较大，故此着重研究其漫射聚焦型传感器。焦型传感器。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 1 1）漫射聚焦型传感器漫射聚焦型传感器 这是效率较高的一种漫射型光电传感器，这是效率较高的一种漫射型光电传感器，其原理如下图。发光器透镜聚焦在传感器前其原理如下图。发光器透镜聚

37、焦在传感器前面固定的一点上，接收器透镜也是聚焦在同面固定的一点上，接收器透镜也是聚焦在同一点上。这种传感器能够检测在焦点上的物一点上。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作距离称作“敏感窗口敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后在焦点之前或者之后便检测不到。便检测不到。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型对于具有电子

38、式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件(PSD)而不是使用机械元件，如下图所示。发而不是使用机械元件，如下图所示。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。线到达位置敏感元件的两个不同位置。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2 2） 实用背景抑制漫反射

39、光电传感器实用背景抑制漫反射光电传感器 这种传感器发光器和接收器装在同一个机壳中，采这种传感器发光器和接收器装在同一个机壳中，采用背景抑制技术，将由目标之外的物体反射光引起假切用背景抑制技术，将由目标之外的物体反射光引起假切换的危险降低到最小。如果目标移动并且从离预设距离换的危险降低到最小。如果目标移动并且从离预设距离更远的物体上得到反射时，接收的光线角度将改变。该更远的物体上得到反射时，接收的光线角度将改变。该背景抑制漫射光电传感器控制输出线路如下图所示。背景抑制漫射光电传感器控制输出线路如下图所示。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技

40、术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日3）镜面反射式光电传感器）镜面反射式光电传感器 它的发光器和接收器装在同一个机壳中，它的发光器和接收器装在同一个机壳中，这与漫射型传感器是一样的。但是它使用一这与漫射型传感器是一样的。但是它使用一只反射镜把发光器产生的光线反射到接收器只反射镜把发光器产生的光线反射到接收器上。如下图所示与漫射型传感器相比，镜面上。如下图所示与漫射型传感器相比，镜面反射式传感器的敏感距离比较大。反射式传感器的敏感距离比较大。湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第

41、二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 下图下图是是镜面反射式光电传感器使用示意图：应镜面反射式光电传感器使用示意图：应先将传感器和反射镜面对面安装后，连接电源；后先将传感器和反射镜面对面安装后，连接电源；后再调节传感器或反射镜面的上下左右位置，使传感再调节传感器或反射镜面的上下左右位置，使传感器的指示灯变亮；最后可靠安装两者后，并校对使器的指示灯变亮；最后可靠安装两者后，并校对使其检测到目标；如果被测物的反射率比发射镜面高，其检测到目标；如果被测物的反射率比发射镜面高，它会发生误动作，在传感器和被测物留有足够的空它会发生误动作，在传感器和被测物留有足够的空间，或把被测物和光轴成间

42、，或把被测物和光轴成30度的角度。度的角度。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日3 3. . 遮光式光电传感器遮光式光电传感器 这种传感器需要两个独立的机壳，一个机壳中这种传感器需要两个独立的机壳，一个机壳中安装发光器，另一个机壳中安装接收器。当有目标安装发光器，另一个机壳中安装接收器。当有目标物体把光线挡住时，接收器的输出便发生变化。遮物体把光线挡住时，接收器的输出便发生变化。遮光式光电传感器有很多类型。最常见的是用一只发光式光电传感器有很多类型。最常见的是用一

43、只发光器、一只接收器，在发光器与接收器之间只有一光器、一只接收器，在发光器与接收器之间只有一束光线。另一种是束光线。另一种是“槽式槽式”或或“叉式叉式”光电传感器，光电传感器，这时，发光器和接收器都装在同一个机壳中，不存这时，发光器和接收器都装在同一个机壳中，不存在对准的问题。光栅是由很多不同的发光器和不同在对准的问题。光栅是由很多不同的发光器和不同的接收器排列起来组成的，发光器装在一个机壳中，的接收器排列起来组成的，发光器装在一个机壳中，接收器装在另一个机壳中，当它们互相对准时，便接收器装在另一个机壳中，当它们互相对准时，便形成一片光束。形成一片光束。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学

44、院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日十、光电传感器的应用十、光电传感器的应用1.光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测器 光电式带材跑偏检测光电式带材跑偏检测器原理如下图所示。光器原理如下图所示。光源发出的光线经过透镜源发出的光线经过透镜1会聚为平行光束会聚为平行光束,投向透投向透镜镜2,随后被会聚到光敏电随后被会聚到光敏电阻上。在平行光束到达阻上。在平行光束到达透镜透镜2的途中的途中,有部分光线有部分光线受到被测带材的遮挡受到被测带材的遮挡,使使传到光敏电阻的光通量传到光敏电阻的光通量减少。减少。 湖

45、州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日 下图是其测量电路简图。当带材左偏时，遮光面积减下图是其测量电路简图。当带材左偏时，遮光面积减少，光敏电阻少，光敏电阻1阻值减少，电桥失去平衡。输出电压为负阻值减少，电桥失去平衡。输出电压为负值，它反映了带材跑偏的方向及大小。反之，输出正电压值，它反映了带材跑偏的方向及大小。反之，输出正电压信号信号一方面由显示器显示出来，另一方面被送到执行机一方面由显示器显示出来，另一方面被送到执行机构，为纠偏控制系统提供纠偏信号。构，为纠偏控制系

46、统提供纠偏信号。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日2 2. .包装充填物高度检测包装充填物高度检测 下图所示为借助光电检测技术控制充填高度的原下图所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理，当充填高度偏差太大时，光电接头没有电信号，理，当充填高度偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。利用光电开即由执行机构将包装物品推出进行处理。利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是否到位及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压否到位及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴，以及送料机构是否断料等。上、商标是否漏贴，以及送料机构是否断料等。 湖州职业技术学院机电分院湖州职业技术学院机电分院苏州工业园区职业技术学院苏州工业园区职业技术学院传感器与检测技术（第二版）传感器与检测技术（第二版）2022年3月4日十一、光电转速测量装置的设计与制作十一、光电转速测量装置的设计与制作 采用透射型光电传感器及微型电机设计一个光采用透射型光电