光电传感器课件

1、光电传感器光电传感器光电器件光电器件外光电效应外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。外发射的现象。外光电器件类型外光电器件类型光电管光电管光电倍增管光电倍增管光电管光电管光电管分真空光电管和充气光电管光电管分真空光电管和充气光电管惰性气体惰性气体光电管光电管主要用于：主要用于：分光光度计、分光光度计、 光电比色计等分析仪器光电比色计等分析仪器 和各种自动装置和各种自动装置 光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形。当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，在电当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，

2、在电场作用下被阳极收集，形成光电流场作用下被阳极收集，形成光电流I I，该电流及负，该电流及负载电阻载电阻R RL L上的电压将随光照的强弱而改变，达到把上的电压将随光照的强弱而改变，达到把光信号变化转换为电信号变化的目的。光信号变化转换为电信号变化的目的。光电倍增管光电倍增管K为阴极，为阴极，D1D4为二次发射体，称倍增极，为二次发射体，称倍增极，A为阳为阳极，一般阳极和阴极之间的电压为极，一般阳极和阴极之间的电压为10002500V，两相邻倍增极之间的电压为，两相邻倍增极之间的电压为50100V。阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的101

3、05 510106 6倍。倍。内光电效应内光电效应在光线作用下，物体的导电性能发生变化在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应。分为光电导效或产生光生电动势的效应。分为光电导效应和光生伏特效应应和光生伏特效应。光敏电阻光敏电阻半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压，半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压，又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，急剧减小， 在玻璃底板上均匀的涂上一层薄薄的半导体

4、物质，称为在玻璃底板上均匀的涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。线端相连接，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。 我们选用的为内光电效应的传感器。我们选用的为内光电效应的传感器。名称名称图形图形光谱特性光谱特性工作方式工作方式光敏电阻光敏电阻可见光可见光电阻变化电阻变化光敏二极管光敏二极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化光敏三极管光敏三极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数 暗电阻：暗电阻： 光敏电阻在不受光照射

5、时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。阻。此时流过的电流称为亮电流。 伏安特性伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光 敏电阻两端的电压的关系敏电阻两端的电压的关系 光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性光照特性光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流光敏电阻的光照特性是描述光电流I I和光照强和光照强度之间的关系度之间的关系 光电流光电流 亮电流与暗电流之间的差值称为光

6、电流亮电流与暗电流之间的差值称为光电流。 光谱特性光谱特性对应于不同波长，光敏电对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。谱响应曲线也不同。 硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度量测量（照度计）的探头。被用作光度量测量（照度计）的探头。 硫化铅光敏电阻响应与近红外和中红外区，常用做火硫化铅光敏电阻响应与近红外和中红外区，常用做火焰探测器的探头。焰探测器的探头。 光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，当光敏电阻受到光照时，光生电光生电子

7、子空穴对增加，阻值减小，电流增大。空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗暗电流（越小越好）电流（越小越好）白天，白天，Rg小小,VT2导通导通VT3截止，截止， VT4导通，晶闸管导通，晶闸管VS截止，截止，H灭；灭； 晚上，晚上，Rg大，大， VT2截止，截止，VT3由由VT1控制，待机，控制，待机，VT2失去对失去对VT3控制压电陶瓷片控制压电陶瓷片B接收声音触发信号，接收声音触发信号，VT3导通，导通，VT4截止，晶闸管截止，晶闸管VS导通，导通，H点亮；点亮； 同时同时D整流压降突然下降整流压降突然下降VT3保持低电压，保持保持低电压，保持VS通，通， H亮后，亮后，C3经电阻缓慢经电阻缓

8、慢放电，直到不再维持放电，直到不再维持VT4截止截止 光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管 光敏二极管光敏二极管装在透明的玻璃外壳中，装在透明的玻璃外壳中，其其PNPN结装在管的顶部，可以直接受到结装在管的顶部，可以直接受到光的照射。光敏二极管在电路中一般光的照射。光敏二极管在电路中一般是处于是处于反向工作状态反向工作状态，当没有光照射，当没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小。时，反向电阻很大，反向电流很小。 当光线照射在当光线照射在PNPN结上，结上，PNPN结附近产生光生结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在电子和光生空穴对，它们在PNPN结处的内电结处的内电场作用下做定向移动

9、，形成光电流。场作用下做定向移动，形成光电流。 光敏二极管在不受光照射时处于光敏二极管在不受光照射时处于截止截止状态状态，受光照射时处于，受光照射时处于导通状态导通状态。 光敏晶体管光敏晶体管与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大，与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引出以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引出线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子空穴空穴对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，使对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，使RCE急剧减小。急剧减小。 基本特性基本特性

10、 在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外线探测时，锗管较为适宜。红外线探测时，锗管较为适宜。光敏二极管的反向光敏二极管的反向偏置接法偏置接法 在没有光照时，由于二在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的当光照射在二极管的PNPN结结（又称耗尽层）上时，在（又称耗尽层）上时，在PNPN结附近产生的电子结附近产生的电子- -空穴空穴对数量也随之增加，光电对数量也随之

11、增加，光电流也相应增大，光电流与流也相应增大，光电流与照度成正比。照度成正比。 伏安特性伏安特性 当光照时，反向电流随着光照强度的增大当光照时，反向电流随着光照强度的增大而增大。而增大。频率特性频率特性 光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流（或相对灵敏度）随频率变化的关系。（或相对灵敏度）随频率变化的关系。 温度特性温度特性 光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光电流与温度的关系。电流与温度的关系。 光电池光电池 光电池的工作原理是基于光电池的工作原理是基于“光生伏特效应光生伏特效应”。它实质上。它实质上是一个大面积的是

12、一个大面积的PNPN结，当光照射在结，当光照射在PNPN结的一个面，在结结的一个面，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 基本特性基本特性 光谱特性光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。 光照特性光照特性 光电池在不同光照度下，其光电流和光生光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的电动势是不同的 。频率特性频率特性 硅光电池有较好的频率响应硅光电池有较好的频率响应 。温度特性温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度

13、变化的情况。压和短路电流随温度变化的情况。 电荷耦合器件，又称电荷耦合器件，又称CCDCCD图象传感器，是一种大图象传感器，是一种大 规模集成电规模集成电路光电器件；电荷耦合器件具有光电转换，路光电器件；电荷耦合器件具有光电转换， 信息存储、转信息存储、转移传输、处理以及电子快门等功能。移传输、处理以及电子快门等功能。 特点：特点： 1.1.集成度高、尺寸小、电压低（集成度高、尺寸小、电压低（DC7DC712V12V）功耗小。）功耗小。 2.2.空间分辨率高，线阵分辨能力可达空间分辨率高，线阵分辨能力可达7m7m，面阵分辨率在，面阵分辨率在10001000电视线以上；电视线以上； 3.3.光电

14、灵敏度高，好的器件可达光电灵敏度高，好的器件可达0.01lx0.01lx；动态范围大，；动态范围大，106106：1 1；信噪比；信噪比60-70dB60-70dB； 4.4.可选模拟、数字不同输出形式，便于和计算机连机。可选模拟、数字不同输出形式，便于和计算机连机。光电耦合器件（光电耦合器件（CCD)CCD) Charge Coupled Devices 光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电接收元件合并使用接收元件合并使用, , 以光作为媒介传递信号的光电器以光作为媒介传递信号的光电器件。光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二件。光

15、电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管极管, , 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可三极管或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。体的光电开关。光电耦合器件（光电耦合器件（DDC) DDC) Charge Coupled Devices 光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, , 一般有金属封装和塑料封装两种。一般有金属封装和塑料封装两种。

16、耦合器常见的组耦合器常见的组合形式如下图合形式如下图光电耦合器光电耦合器图图(a)(a)所示的组合形式结构简单、成本较低所示的组合形式结构简单、成本较低, , 且输出电流较且输出电流较大大, , 可达可达100 100 mAmA, , 响应时间为响应时间为3 34s4s。 图图(b)(b)形式结构简形式结构简单单, , 成本较低、成本较低、 响应时间快响应时间快, , 约为约为1s, 1s, 但输出电流小但输出电流小, , 在在5050300 A300 A之间。图（之间。图（c c）形式传输效率高形式传输效率高, , 但只适用于但只适用于较低频率的装置中。较低频率的装置中。 图（图（d d）是

17、一种高速、高传输效率的新是一种高速、高传输效率的新颖器件。对图中所示无论何种形式颖器件。对图中所示无论何种形式, , 为保证其有较佳的灵敏为保证其有较佳的灵敏度度, , 都考虑了发光与接收波长的匹配。都考虑了发光与接收波长的匹配。 光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器, , 它具有它具有抗干扰性能和单向信号传输功能抗干扰性能和单向信号传输功能, , 广泛应广泛应用在电路用在电路隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场合电器等场合. . 光电耦合技术的发展促进了各种视频装置的普及和光电耦合技术的发展促进了

18、各种视频装置的普及和微型化，应用遍及航天、遥感、天文、通讯、工业、微型化，应用遍及航天、遥感、天文、通讯、工业、农业、军用等各个领域。农业、军用等各个领域。 基于基于CCD光电耦器件的输入设备：数字摄像机、数字相机、光电耦器件的输入设备：数字摄像机、数字相机、平板扫描仪、指纹机平板扫描仪、指纹机 光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收接收, , 并进行光电转换并进行光电转换, , 同时加以某种形式的放大同时加以某种形式的放大和控制和控制, , 从而获得最终的控制输出从而获得最终的控制输出“开开”、 “ “关关”信号的器件。信号的器件。 光电

19、开关光电开关下图为典型的光电开关结构图。图（下图为典型的光电开关结构图。图（a a）是一种透射式的光电是一种透射式的光电开关开关, , 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。 当不透明当不透明的物体位于或经过它们之间时的物体位于或经过它们之间时, , 会阻断光路会阻断光路, , 使接收元件接使接收元件接收不到来自发光元件的光收不到来自发光元件的光, , 这样起到检测作用这样起到检测作用。图（图（b b）是一种反射式的光电开关）是一种反射式的光电开关, , 它的发光元件和接收元它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测件的光轴在

20、同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测物所在处。当有物体经过时物所在处。当有物体经过时, , 接收元件将接收到从物体表面接收元件将接收到从物体表面反射的光反射的光, , 没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、高速、非接触高速、非接触, , 而且与而且与TTLTTL、MOSMOS等电路容易结合。等电路容易结合。 光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测，作光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测， 产产品计数品计数, , 料位

21、检测，尺寸控制，安全报警及计算机输入接口料位检测，尺寸控制，安全报警及计算机输入接口等用途。等用途。光电器件的测量方法光电器件的测量方法 思考题：光敏三极管光控继电器电路思考题：光敏三极管光控继电器电路 当无光照当无光照时，时，V1截止截止，I =0，则，则V2处于什处于什么状态？继电器么状态？继电器KA吸合还是释吸合还是释放？如果将放？如果将V1与与R b2位置上下对位置上下对调，其结果如何？调，其结果如何？ 家用电视机的遥控器 调制型光电开关原理调制型光电开关原理 光电开关的光电开关的LED多采用中频（多采用中频（40kHz左右）窄脉冲左右）窄脉冲电流驱动，从而发射电流驱动，从而发射40k

22、Hz调制光脉冲。相应地，接收光调制光脉冲。相应地，接收光电元件的输出信号经电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射减小发射LED的功耗。的功耗。 红外接收解调控制电路红外接收解调控制电路 IC1是红外接收头，它接收发射部分发出的红外线信是红外接收头，它接收发射部分发出的红外线信号，接收的调制载波频率仍为号，接收的调制载波频率仍为38kHz，接收信号经，接收信号经IC1解调解调后，在其输出端后，在其输出端OUT输出频率为输出频率为f1的方波信号，只要

23、将的方波信号，只要将LM567的中心频率的中心频率f01调到调到(用用RP)与发射端与发射端f1相同，即相同，即f01=f1，则当发射端发射时，则当发射端发射时，LM567开始工作，脚由高开始工作，脚由高电平变为低电平，该低电平使三极管电平变为低电平，该低电平使三极管8550导通，在导通，在A点输点输出开关信号驱动出开关信号驱动D触发锁存器，再由它驱动语音提示开关电触发锁存器，再由它驱动语音提示开关电路工作。这样，只要遮断发射部分发射的红外线，接收部路工作。这样，只要遮断发射部分发射的红外线，接收部分即可输出开关信号关闭控制电路，当不遮断发射的红外分即可输出开关信号关闭控制电路，当不遮断发射的

24、红外线时，控制开关信号打开，这就完成了完整的光电自动控线时，控制开关信号打开，这就完成了完整的光电自动控制功能。制功能。 红外接收头详解红外接收头详解 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复杂，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复杂，体积却很小，还不及一个体积却很小，还不及一个7805体积大。体积大。 SFH506-38与与RPM-638是一种特殊的红外接收电路，是一种特殊的红外

25、接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在压在5V左右左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。放大器，使用十分方便。 它的主要功能包括放大它的主要功能包括放大,选频选频,解调几大部

26、分解调几大部分,要求输入要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红外信号的理想装置。外信号的理想装置。小车行驶路线小车行驶路线火焰探测报警器火焰探测报警器下图是采用硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路图。下图是采用硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路图。硫化铅光敏电阻的暗电阻为硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 M1 M，亮电阻为，亮电阻为0.

27、2 M(0.2 M(光照度光照度 0.01 W/m20.01 W/m2下测试的下测试的) )，峰值响应波长为，峰值响应波长为2.2m2.2m。硫化铅光敏。硫化铅光敏电阻处于电阻处于V V1 1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为 6 V6 V，电流约为电流约为 66。V V2 2管集电极电阻两端并联管集电极电阻两端并联 68 F68 F的电容，的电容，可以抑制可以抑制100 Hz100 Hz以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。放大器。V V2 2、V V3 3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号构成二级负反

28、馈互补放大器，火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用恒压偏置经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度，化不致于影响输出信号的幅度， 保证火焰保证火焰报警器能长期稳定报警器能长期稳定地工作。地工作。 光电式纬线探测器光电式纬线探测器 光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否断线的一种探测器。下图为光电式纬线探测器原理电路图。断线的一种探测器。下图为光电式纬线探测器原理电路图。当纬线

29、在喷气作用下前进时，红外发射管当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管VDVD发出的红外光，发出的红外光，经纬线反射，由光电池接收，如光电池接收不到反射信号时，经纬线反射，由光电池接收，如光电池接收不到反射信号时，说明纬线已断。因此利用光电池的输出信号，通过后续电路说明纬线已断。因此利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉冲整形等，控制机器正常运转还是关机报警。放大、脉冲整形等，控制机器正常运转还是关机报警。下图是吸收式烟尘浊度检测仪的组成框图。为了检测下图是吸收式烟尘浊度检测仪的组成框图。为了检测出烟尘中对人体的危害性最大的亚微米颗粒的浊度和出烟尘中对人体的危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水

30、蒸汽和二氧化碳对光源衰弱的影响，选取和见避免水蒸汽和二氧化碳对光源衰弱的影响，选取和见光作为光源。该光源产生光谱范围为光作为光源。该光源产生光谱范围为400400700nm700nm的纯的纯白炽平行光，要求光照稳定。白炽平行光，要求光照稳定。烟尘浊度连续检测仪烟尘浊度连续检测仪光检测器选取光谱响应范围为光检测器选取光谱响应范围为400400600nm600nm的光电管，获的光电管，获得随浊度变化的相应电信号。采用具有高增益、高输入得随浊度变化的相应电信号。采用具有高增益、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对电信号阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对电信号进行放大。刻度校正被用

31、来进行调零与调满，以保证测进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满，以保证测试准确性。显示器可以显示浊度的瞬时值。报警发生器试准确性。显示器可以显示浊度的瞬时值。报警发生器由多谐振荡器组成，当运算方法器输出的浊度信号超出由多谐振荡器组成，当运算方法器输出的浊度信号超出规定值时，多谐振荡器工作，其输出经放大推动喇叭发规定值时，多谐振荡器工作，其输出经放大推动喇叭发出报警信号。出报警信号。 电冰箱照明灯故障检测器电路。电冰箱照明灯故障检测器电路。此检测器可检测电冰箱的照明此检测器可检测电冰箱的照明工作情况，工作情况，M5232LM5232L、VTVT、C C等等组成一个光控音频振荡器，在组成一个光控

32、音频振荡器，在有光照时，音频振荡器停振，有光照时，音频振荡器停振，B B无声；当无光照射时，音频无声；当无光照射时，音频振荡器开始振荡，振荡器开始振荡，B B发声。使发声。使用时，只需将检测器放到冰箱用时，只需将检测器放到冰箱的照明灯下面，关闭箱门后，的照明灯下面，关闭箱门后，B B应发声，如不发声，说明照应发声，如不发声，说明照明灯没有熄灭，可判断照明电明灯没有熄灭，可判断照明电路或照明开关出故障，应及时路或照明开关出故障，应及时修理。修理。电冰箱照明灯故障检测器电路电冰箱照明灯故障检测器电路设计说明书：设计说明书：1、设计要求：、设计要求： 由于燃气是易燃、易爆气体，所以对燃气器具中的点火

33、由于燃气是易燃、易爆气体，所以对燃气器具中的点火控制器的要求是安全、稳定、可靠。打火确认针产生火花，控制器的要求是安全、稳定、可靠。打火确认针产生火花，才可以打开燃气阀门；否则燃气阀门关闭，这样就能保证使才可以打开燃气阀门；否则燃气阀门关闭，这样就能保证使用燃气器具的安全性。用燃气器具的安全性。燃气热水器点火控制器的设计及故障分析燃气热水器点火控制器的设计及故障分析2、总体设计、总体设计传感器传感器测量电路测量电路放大电路放大电路控制阀控制阀门电路门电路打火打火燃气热水器点火控制器的设计及故障分析燃气热水器点火控制器的设计及故障分析3电路设计及工作过程电路设计及工作过程燃气热水器中的高压打火确

34、认电路原理图。燃气热水器中的高压打火确认电路原理图。 在高压打火在高压打火时，火花电压可达一万多伏，这个脉冲高电压对电路工时，火花电压可达一万多伏，这个脉冲高电压对电路工作影响极大，为了使电路正常工作，采用光电耦合器作影响极大，为了使电路正常工作，采用光电耦合器VBVB进行电平隔离，大大增强了电路抗干扰能力。当高压打进行电平隔离，大大增强了电路抗干扰能力。当高压打火针对打火确认针放电时，光电耦合器中的发光二极管火针对打火确认针放电时，光电耦合器中的发光二极管发光，发光， 耦合器中的光敏三极管导通，耦合器中的光敏三极管导通， 经经V1V1、V2V2、V3V3放放大，驱动强吸电磁阀，将气路打开，燃

35、气碰到火花即燃大，驱动强吸电磁阀，将气路打开，燃气碰到火花即燃烧。烧。 若高压打火针与打火确认针之间不放电，则光电耦若高压打火针与打火确认针之间不放电，则光电耦合器不工作，合器不工作，V1V1等不导通，燃气阀门关闭。等不导通，燃气阀门关闭。燃气热水器点火控制器的设计及故障分析燃气热水器点火控制器的设计及故障分析燃气热水器点火控制器的设计及故障分析燃气热水器点火控制器的设计及故障分析4、元器件选型、元器件选型5、故障分析、故障分析作业： 1）在课余继续完成光电自动控制功能的电路，检测并分析电路的性能参数。 2）去寻找多种需要光电控制的仪器与设备，通过对相关技术的分析，弄懂其中的工作原理，在下次课

36、堂中予以表述。 光纤的结构和传输原理光纤的结构和传输原理1 1光纤的结构光纤的结构 光导纤维简称为光纤光导纤维简称为光纤, , 目前基本上还是采用石英目前基本上还是采用石英玻璃玻璃, , 中心的圆柱体叫纤芯中心的圆柱体叫纤芯, , 围绕着纤芯的圆形外层围绕着纤芯的圆形外层叫做包层。纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制叫做包层。纤芯和包层主要由不同掺杂的石英玻璃制成。纤芯的折射率成。纤芯的折射率n n1 1略大于包层的折射率略大于包层的折射率n n2 2, , 在包层在包层外面还常有一层保护套外面还常有一层保护套, , 多为尼龙材料。光纤的导光多为尼龙材料。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质能

37、力取决于纤芯和包层的性质, , 而光纤的机械强度由而光纤的机械强度由保护套维持。保护套维持。sinsin10nnisinsin21nni包层2 2光纤的传输原理光纤的传输原理 众所周知众所周知, , 光在空间是直线传播的。在光纤中光在空间是直线传播的。在光纤中, , 光的传输限制在光纤中光的传输限制在光纤中, , 并随光纤能传送到很远的距并随光纤能传送到很远的距离离, , 光纤的传输是基于光的全内反射。光纤的传输是基于光的全内反射。 若光纤在纤芯和包层的界面上发生全反射，则界面上若光纤在纤芯和包层的界面上发生全反射，则界面上的光线临界折射角的光线临界折射角 =90=90，即，即c2111sin

38、1cos)2sin(1siniiinnnn2121) sin(1nnn)1arcsin(22210nnnci为满足光在光纤内全内反射，光入射到光纤端为满足光在光纤内全内反射，光入射到光纤端面的入射角面的入射角i i 应满足应满足 光纤的基本特性光纤的基本特性1 1数值孔径（数值孔径（NANA）数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光亮的多少。只有入射角处于映光纤接收光亮的多少。只有入射角处于22C C 的光椎的光椎角内，光纤才能导光。如入射角过大，光线便从包层角内，光纤才能导光。如入射角过大，光线便从包层逸出而产生漏光。所以要适当

39、选择数值孔径的数值，逸出而产生漏光。所以要适当选择数值孔径的数值，如石英光纤数值孔径一般为如石英光纤数值孔径一般为0.20.20.40.4。2 2光纤模式光纤模式一般纤芯的直径为一般纤芯的直径为2 212m12m，只能传输一种模式的光，只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。纤称为单模光纤。 纤芯直径较大（纤芯直径较大（5050100m100m），传输模式较多的为多），传输模式较多的为多模光纤。这类光纤的性能较差，输出波形有较大的差模光纤。这类光纤的性能较差，输出波形有较大的差异，但由于纤芯面积大，故容易制造，连接和耦合比异，但由于纤芯面积大，故容易制造，连接和耦合比较方便。较方便。3 3光纤的传输损耗光纤的传输损耗光纤的传输损耗主要来源