第6章(3) 光电式传感器

1、第6章 光电式传感器资料来自互联网，由宋玉宏整理资料来自互联网，由宋玉宏整理 第6章 光电式传感器 概述概述 外光电效应器件外光电效应器件 内光电效应器件内光电效应器件 新型光电传感器新型光电传感器 光敏传感器的应用举例光敏传感器的应用举例(一一) 烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪 防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输警。烟道里的烟尘浊度是用通过光

2、在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。强弱便可反映烟道浊度的变化。平行光源光电探测放大显示刻度 校正报警器吸收式烟尘浊度检测系统原理图烟道231(a)光电数字式转速表工作原理图 图图(a)(a)是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达在调置盘一边由白炽灯

3、产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定。该脉冲频率决定。 (二二) 光电数字式转速表光电数字式转速表2 31(b)光电数字式转速表工作原理图在待测转速的轴上在待测转速的轴上固定一个涂上黑白固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，相间条纹的圆盘，它们具有不同的反它们具有不同的反射率。当转轴转动射率。当转轴转动时，反光与不反光时，反光与不反光交替出现，光电敏交替出现，光电敏感器件间断地接收感器件间断地接收光的反射

4、信号，转光的反射信号，转换为电脉冲信号。换为电脉冲信号。(二二) 光电数字式转速表光电数字式转速表 光电池主要有两大类型的应用：光电池主要有两大类型的应用：将光电池作光伏器件使用将光电池作光伏器件使用，利用光伏作用直接将太，利用光伏作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池。这是全世界范围阳能转换成电能，即太阳能电池。这是全世界范围内人们所追求、探索新能源的一个重要研究课题。内人们所追求、探索新能源的一个重要研究课题。太阳能电池已在宇宙开发、航空、通信设施、太太阳能电池已在宇宙开发、航空、通信设施、太阳电池地面发电站、日常生活和交通事业中得到阳电池地面发电站、日常生活和交通事业中得到广泛应用。广

5、泛应用。目前太阳电池发电成本尚不能与常规能源竞争，目前太阳电池发电成本尚不能与常规能源竞争，但是随着太阳电池技术不断发展，成本会逐渐下但是随着太阳电池技术不断发展，成本会逐渐下降，太阳电池定将获得更广泛的应用。降，太阳电池定将获得更广泛的应用。(三三) 光电池应用光电池应用 将光电池作光电转换器件应用将光电池作光电转换器件应用，需要光电池具有，需要光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性，但不必需要像太阳灵敏度高、响应时间短等特性，但不必需要像太阳电池那样的光电转换效率。这一类光电池需要特殊电池那样的光电转换效率。这一类光电池需要特殊的制造工艺，主要用于光电检测和自动控制系统中的制造工艺，主要用于

6、光电检测和自动控制系统中。 (三三) 光电池应用光电池应用1 1太阳电池电源太阳电池电源 太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制和阻塞二极管组成。太阳电池电源系统组、调节控制和阻塞二极管组成。太阳电池电源系统框图如图。框图如图。太阳能电池电源系统 调节控制器逆变器 交流负载太阳电池方阵 直流负载阻塞二极管 调节控制器调节控制器 在不同类型的光伏发电系统中控制器在不同类型的光伏发电系统中控制器各不相同，其功能多少及复杂程度差别很大，需各不相同，其功能多少及复杂程度差别很大，需根据发电系统的要求及重要程度来确定。根据发电系统的要求及重要程度

7、来确定。 调节控制器逆变器 交流负载太阳电池方阵 直流负载阻塞二极管 控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在简单的太阳电池，蓄电池系统中，控制器的作用是保护蓄电简单的太阳电池，蓄电池系统中，控制器的作用是保护蓄电池，避免过充，过放。池，避免过充，过放。 若光伏电站并网供电，控制器则需要有自动监测、控制、调若光伏电站并网供电，控制器则需要有自动监测、控制、调节、转换等多种功能。如果负载用的是交流电，则在负载和节、转换等多种功能。如果负载用的是交流电，则在负载和蓄电池间还应配备逆变器，逆变器的作用就是将方阵和蓄电蓄电池间还应配备逆变

8、器，逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给负载使用。伏交流电，供给负载使用。 调节控制器逆变器 交流负载太阳电池方阵 直流负载阻塞二极管 阻塞二极管也称作为防反充二极管或隔离二极管，其作阻塞二极管也称作为防反充二极管或隔离二极管，其作用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组须大于方阵的最大输出电流，反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时

9、，阻塞二极管两端有一定的电压的电压。在方阵工作时，阻塞二极管两端有一定的电压降，对硅二极管通常为降，对硅二极管通常为0.60.8；肖特基或锗管；肖特基或锗管0.3V左左右右 调节控制器逆变器 交流负载太阳电池方阵 直流负载阻塞二极管2 2光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池在光电检测和自动控制方面的应用 光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性

10、好，噪声低等，转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。熄火保护装置等。光电追踪电路+12VR4R3R6R5R2R1WBG1BG2 图为光电地构成的光电跟踪电路，用两只性能相似图为光电地构成的光电跟踪电路，用两只性能相似的同类光电池作为光电接收器件。当入射光通量相同的同类光电池作为光电接收器件。当入射光通量相同时，执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。当系统时，执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。当系统

11、略有偏差时，电路输出差动信号带动执行机构进行纠略有偏差时，电路输出差动信号带动执行机构进行纠正，以此达到跟踪的目的正，以此达到跟踪的目的。光电池在检测和控制方面应用中的几种基本电路光电池在检测和控制方面应用中的几种基本电路BG2BG1+12VC J R1 R2光电开关 图所示电路为光电开关，多用于自动控制系统中。图所示电路为光电开关，多用于自动控制系统中。无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当光电池受光照射时，产生较高的电动势，只要光强大于光电池受光照射时，产生较高的电动势，只要光强大于某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。

12、某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。光电池触发电路R1R2R3R4R5R6BG1BG2BG3BG4C1C2C3+12VW 图为光电池触发电路。当光电池受光照射时，图为光电池触发电路。当光电池受光照射时，使双稳态电路的状态翻转，改变其工作状态或触使双稳态电路的状态翻转，改变其工作状态或触发器件发器件( (如可控硅如可控硅) )导通导通。+12V5G23(d) 光电池放大电路C3-12VWR1R2R3R4R5C1C218765432图为光电池放大电路。在测量溶液浓度、物体色度、纸图为光电池放大电路。在测量溶液浓度、物体色度、纸张的灰度等场合，可用该电路作前置级，把微弱光电信张的灰度等

13、场合，可用该电路作前置级，把微弱光电信号进行线性放大，然后带动指示机构或二次仪表进行读号进行线性放大，然后带动指示机构或二次仪表进行读数或记录。数或记录。 在 实 际 应 用在 实 际 应 用中，主要利用光中，主要利用光电池的光照特性电池的光照特性、光谱特性、频、光谱特性、频率特性和温度特率特性和温度特性等，通过基本性等，通过基本电路与其它电子电路与其它电子线路的组合可实线路的组合可实现或自动控制的现或自动控制的目的。目的。（四）（四） 光电式传感器应用实例光电式传感器应用实例 1、声光节能灯控制器、声光节能灯控制器 2、室内电灯自动开关电路、室内电灯自动开关电路 3、自动调光台灯、自动调光台

14、灯 1、声光节能灯控制器、声光节能灯控制器 其主要构成：其主要构成： 电源、信号检测、信号处理、驱动电路电源、信号检测、信号处理、驱动电路 市电经过降压市电经过降压/稳压稳压/整流整流/滤波得到约滤波得到约6V的直流电压给芯的直流电压给芯片工作片工作.驻极体话筒拾取声触发信号驻极体话筒拾取声触发信号,经经C1耦合输入耦合输入IC,2脚脚3脚外接脚外接RG可改变可改变IC内放大器的增益，内放大器的增益，C3决定了声决定了声控可重触发单稳延时时间。控可重触发单稳延时时间。R1为为MIC的直流偏置电阻，的直流偏置电阻，C2为放大器高频滤波电容。为放大器高频滤波电容。 白天，光敏电阻白天，光敏电阻RG

15、受光，阻值在受光，阻值在200400欧姆，所以欧姆，所以IC内放大器增益小于内放大器增益小于1，这时任何声信号不足使，这时任何声信号不足使IC的的6脚输出电平改变，脚输出电平改变，VT截止，截止，VS无触发，灯无触发，灯ZD不亮。不亮。 夜晚，夜晚，RG阻值很大，它几乎不影响阻值很大，它几乎不影响IC内部放大器内部放大器的增益，若有声信号被的增益，若有声信号被MIC拾取，则经拾取，则经IC放大使放大使其其6脚由高电平转换为低电平，脚由高电平转换为低电平，VT导通，导通，R4上的上的电压触发电压触发VS导通，灯导通，灯ZD亮。亮。2、室内电灯自动开关电路、室内电灯自动开关电路 IC1是四模拟开关

16、芯片，其中，是四模拟开关芯片，其中，SA1、SA2、SA3用于延时，并用于延时，并经经R4驱动光耦双向可控硅驱动光耦双向可控硅IC2，IC2再驱动外加大功率双向可控再驱动外加大功率双向可控硅硅VS，VS直接控制门厅的照明灯。直接控制门厅的照明灯。SA4同外接光敏电阻同外接光敏电阻RG等元等元件，构成环境光线检测电路。件，构成环境光线检测电路。K为为“常闭型干簧管常闭型干簧管”，R1、R3、C1组成充、放电回路。组成充、放电回路。K干簧管及全部电路均安装在门框上，房干簧管及全部电路均安装在门框上，房门对应位置固定一只条形永久磁铁，构成磁控式开关电路。门对应位置固定一只条形永久磁铁，构成磁控式开关

17、电路。 当门关闭时当门关闭时，由于安装在门框上的，由于安装在门框上的“常闭型干簧管常闭型干簧管”K受受到门上磁铁的磁力作用，其接点处于断开状态，使到门上磁铁的磁力作用，其接点处于断开状态，使SA1、SA2、SA3控制端经控制端经R3接电源负端，所以接电源负端，所以SA1、SA2、SA3处于断开状态，光耦双向可控硅和处于断开状态，光耦双向可控硅和VS均不被触发，均不被触发，照明灯不亮，电路处于静止状态。照明灯不亮，电路处于静止状态。 夜晚主人回家打开房门夜晚主人回家打开房门，磁铁就会远离干簧管，磁铁就会远离干簧管K，K因失去控制因失去控制而恢复常闭状态，此时而恢复常闭状态，此时+9V电源经电源经

18、R1向向C1充电，充电，R1阻值较小，阻值较小，瞬间即可使瞬间即可使C1两端电压升至两端电压升至9V，SA1、SA2、SA3控制端变为控制端变为高电位而闭合，高电位而闭合，+9V则通过则通过SA1、SA2、SA3和和R4加至加至IC2的的“1”端，内部的发光管触发光耦双向可控硅导通，端，内部的发光管触发光耦双向可控硅导通，VS也随之被触发，也随之被触发，照明灯亮，实现开门自动开灯功能。照明灯亮，实现开门自动开灯功能。 房门关闭后房门关闭后，门上磁铁恢复对，门上磁铁恢复对K的控制作用，接点受磁力作用而的控制作用，接点受磁力作用而断开，断开，+9V电源停止对电源停止对C1充电，电路进入延时状态，充

19、电，电路进入延时状态，C1开始经开始经R3电阻放电，经过一定的延时后，电阻放电，经过一定的延时后，C1两端电压逐渐降低到两端电压逐渐降低到SA1、SA2、SA3开启电压（约为开启电压（约为1.5V）以下，）以下， SA1、SA2、SA3恢复恢复断开状态，导致光耦双向可控硅截止，断开状态，导致光耦双向可控硅截止，VS也随之截止，照明灯也随之截止，照明灯熄灭，电路完成延时自动关灯的功能。当再次开门时，电路将重熄灭，电路完成延时自动关灯的功能。当再次开门时，电路将重复上述工作过程。复上述工作过程。 RG的作用的作用，该电阻与，该电阻与R2和和SA4一起构成了光控电路。当光线较一起构成了光控电路。当光线较亮时，亮时，RG受光线照射，阻值较小，使受光线照射，阻值较小，使SA4的控制端为高电位，的控制端为高电位，SA4因此闭合，因此闭合，SA1、SA2、SA3控制端为低电位，无法闭合，控制端为低电位，无法闭合，输出电路的可控硅也无法补被触发，照明灯不会被开启，实现输出电路的可控硅也无法补被触发，照明灯不会被开启，实现“光控禁止触发光控