光照度传感器-最全课件

1、光照度检测光照度检测成员分工：传感器应用视频搜集10道选择、10道填空关于传感器分类资料的搜集传感器的应用，汇总ppt传感器的原理资料的搜集成员分工：传感器应用视频搜集10道选择、10道填空关于传感器光照度检测什么是光照度光电效应怎样检测光照度光电传感器的应用光电传感器的分类光照度检测什么是光照度光电效应怎样检测光照度光电传感器的应用什么是光照度？ 光照度即每平方米的流明（lm）数，也叫做勒克斯（Lux），是照度的国际单位，又称米烛光。可以标作勒克斯，简称勒。英为lux，简作lx. 有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一方向被照面上的照

2、度。例如摄像、摄影照明灯、手电筒和汽车前灯等都装有反光镜。 关系：1 lux=1 lm/平方米=1 cd sr/平方米什么是光照度？ 光照度即每平方米的流明（lm）数，也叫做流明流明，光通量的单位。发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，在单位立体角sr（1球面度）内发出的光通量为“1流明”，英文缩写(lm)。简单来说，就是指蜡烛一烛光在1公尺（1米）以外所显现出的亮度。一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光。40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。流明流明，光通量的单位

3、。发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，照度照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量.1967年法国第十三届国际计量大会规定了以坎德拉、坎德拉/平方米、流明、勒克斯分别作为发光强度、光亮度、光通量和光照度等的单位，为统一工程技术中使用的光学度量单位有重要意义。照度各种环境照度值：单位 lux各种环境照度值：单位 lux3000 1500 制图、精密工作1500 750 设计室、分析、组立线、涂装 开刀房 750 300 包装、计量、表面处理、仓库办公室 300 150 染色、铸造、电气室 病房、药品室、病床 150 75 走廊、通道、楼梯、化妆室、厕所 75 30 仓库

4、、屋外动力设备、 医 院各种环境照度值：单位 lux3000 1500 制图、精密工作1500 75怎样来测光照度?怎样来测光照度?光电式传感器现代检测技术光电式传感器现代检测技术概 述 光电式传感器是采用光电元件作为检测元件、将光通量转换为电量的一种传感器。其基础是光电转换元件的光电效应。先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性、反映快等特点，使其在检测和控制领域获得了广泛的应用。概 述 welcome to use these PowerPoint templa

5、tes, New Content design, 10 years experience光电式传感器原理光电式传感器一般由辐射源、光学通路、光电器件三部分组成。被测量作用于辐射源或光学通路，从而将被测信息调制到光波上，使光波的强度、相位、空间分布和频谱分布等发生改变，光电器件将光信号转换为电信号，电信号经后续电路解调分离出被测信息，从而实现对被测量的测量。 welcome to use these PowerPoin1) 吸收式 2) 反射式 1.被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如测量液体、气体的透明度、混浊度，对气体进行成分分析，测

6、定液体中某种物质的含量等。2.恒定光源发出的光投射到被测物体上，被测物体把部分光通量反射到光电元件上,根据反射的光通量多少测定被测物表面状态和性质。例如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。光电传感器的四种工作方式 1) 吸收式 2) 反射式 1.被测物体位于恒定光源与光电元3) 遮光式4) 辐射式 3.被测物体位于恒定光源与光电元件之间，光源发出的光通量经被测物遮去其一部分，使作用在光电元件上的光通量减弱，减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。利用这一原理可以测量长度、厚度、线位移、角位移、振动等。4.被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件上，也可以经过一定的光路后作用在

7、光电元件上。光电高温计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于这一类。这种方式也可以用于防火报警和构成光照度计等。3) 遮光式4) 辐射式 3.被测物体位于恒定光源与光电元件Heinrich Ludwig Planck 1858-1947 光电效应Heinrich Hertz（18571894） Albert Einstein（1879 - 1955） 当弧光灯发出的光束照射到锌板上时，验电器指针摆动。 提出著名的普朗克辐射公式、光量子假说（能量量子） 在关于光的产生和转化的一个启发性观点一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。 Heinrich Ludwig Planck 1858-

8、19光电效应 光电元件的理论基础是光电效应。 光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子具有的能量h正比于光的频率（h为普朗克常数）。 用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为h的光子所轰击。 物体材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。 光电效应 外光电效应 外光电效应器件 内光电效应 内光电效应器件 光电效应光电管光电倍增管光敏电阻、光电池、光敏二极管光敏三极管光电传感器 光电效应光电管光敏电阻、光电传感器 光照射在某些光电材料上时，材料表面的电子吸收光子的能量，若电子吸收的能量足够大，它能克服正离子的束缚而逸出材料的表面，进入外界空间，这种现象称为外光电效

9、应。 光照射在某些物质上，物质的电子吸收光子的能量而释放电子的现象称为光电效应。释放的电子称为光电子。能产生光电效应的物质称为光电材料。外光电效应 光照射在某些光电材料上时，材料表面的电子吸收光子的外光电效应可由爱因斯坦光电方程来描述：外光电效应式中： h普朗克常数=6.62610-34(Js) 光的频率（s-1） m电子质量； v电子逸出速度。 因此，光电材料表面多数涂覆一层薄的逸出功小的化合物，例如，铯、氧化铯和锑化铯等。入射光的频率愈高（其波长愈短），其光子能量愈大，愈容易产生外光电效应，而与光强无关。在能产生外光电效应的前提下，单位时间内逸出的电子数量与光强成正比，因此光电流与光强成正

10、比。根据外光电效应制造的光电元件有光电管和光电倍增管等。外光电效应可由爱因斯坦光电方程来描述：外光电效应式中： h光电管外光电效应器件光电管外光电效应器件 1. 光电管 可分为两大类：真空光电管和充气光电管，结构类似，都是内装有光阴极和阳极的玻璃管。外光电效应器件光电管 1. 光电管外光电效应器件光电管 (1)真空光电管 真空光电管由一个阴极K和一个阳极A构成，共同封装在一个真空玻璃泡内，阴极K和电源负极相联，阳极A通过负载电阻同电源正极相接，因此管内形成电场。当光照射阴极时，电子便从阴极逸出，在电场作用下被阳极收集，形成电流，该电流引起负载上的压降随光照强弱而变化，从而实现了光信号转换为电信

11、号的目的。外光电效应器件光电管 (1)真空光电管 真空光电管由一个阴极K和一个 (2)充气光电管 如果在玻璃管内充入少量的惰性气体(如氩、氖等)，即构成充气光电管。当充气光电管的阴极被光照射后，产生的光电子在飞向阳极的途中，对惰性气体进行轰击，使其电离，从而产生更多的自由电子，形成数倍于真空光电管的光电流，提高了光电变换的灵敏度。但充气光电管的光电流与入射光强度不成比例关系，所以较少采用。充气光电管的管内可充单纯气体或混合气体。 外光电效应器件光电管 (2)充气光电管 如果在玻璃管内充入少量的惰性 光电管符号及测量电路IUL ROE（+50 +70）V光电管的图形符号及测量电路如图所示。外光电

12、效应器件光电管 光电管符号及测量电路IUL ROE（+50 23614 5 一种常见的光电管外形1-阳极A 2-阴极K 3-玻璃外壳4-管座 5-电极引脚 6-定位销129464N 紫外光电管外光电效应器件光电管23614 5 一种常见的光电管外形129464N 紫外 光电管的基本特性 光电管的基本特性 暗电流：无光照时，光电流不为零的现象；温度特性：光电管的光照特性、伏安特性等会受温度影响；频率特性：当光强按照一定频率变化时，光电流随频率变化的关系；稳定性和衰老：短期稳定性好；入射光越强衰老越快。光电管的基本特性光电管的基本特性外光电效应器件光电倍增管外光电效应器件光电倍增管外光电效应器件光

13、电倍增管 光电倍增管的工作原理建立在光电发射和二次发射的基础之上。在玻璃管内除有光电阴极和光电阳极外，还有若干个光电倍增极，光电倍增极的形状及位置设置得正好使前一倍增极发射的电子继续轰击后一倍增极。光电倍增极上涂有在电子轰击下能放射更多“次级电子”的材料，常用的有锑化钨、氧化银镁合金等。U0RLD1D3KAD2D4图光电倍增管结构及工作原理外光电效应器件光电倍增管 光电倍增管的工作原理建外光电效应器件光电倍增管 工作时倍增极电位是逐级增高的，当入射光照射光电阴极K时，立刻有电子逸出，逸出的电子受到第一倍增极正电位作用，使之加速打在第一倍增极，第一倍增极发射的电子(即二次发射)在第二倍增极更高正

14、电位作用下，再次被加速打在第二倍增极上，第二倍增极又会产生二次电子发射，这样逐级前进，直到电子被阳极A收集为止。阴极K第一倍增极第四倍增极第三倍增极第二倍增极阳极A入射光RLU0D1D4D3D2IAKAR4R3R2R1R5特点：灵敏度高适合弱光强光易损坏外光电效应器件光电倍增管 工作时倍增极电位是逐级增高的，外光电效应器件光电倍增管 光电倍增管的放大性能用倍增系数M衡量。M等于各个倍增电极的二次发射电子倍数di (i=1,2,)的乘积，若有n个倍增电极，且每级的di都一样，则 一般M在105108之间。因此，设光电阴极的光电流为I0 ，则到达阳极的电流为 外光电效应器件光电倍增管 光电倍增管的

15、放大性能用外光电效应器件光电倍增管 光电倍增管有放大光电流的作用，灵敏度非常高，信噪比大，线性好，多用于微光测量。 几种光电倍增管的外形如图所示。外光电效应器件光电倍增管 几种光电倍增管的外形如图所示。内光电效应 内光电效应按其工作原理可分为：光电导效应、光生伏特效应 1.光电导效应 在光照射下，半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料载流子浓度增加，使电阻率变化，这种现象称为光电导效应。 2.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称为光生伏特效应。典型光电元件有光电池等。基于内光电效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管等内光

16、电效应 内光电效应按其工作原理可分为：光电导效应、光生伏 内光电效应光敏电阻 内光电效应光敏电阻内光电效应光敏电阻光敏电阻结构图 1-梳状电极；2-光导体；3-透光窗口;4-外壳;5-绝缘基体；6-黑色玻璃支柱：7-引脚 内光电效应光敏电阻光敏电阻结构图 1-梳状电极；光敏电阻RGRL光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电器件。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体材料，两端装上金属电极，然后压入塑料封装体内。无光照射时：呈现高阻状态，称暗阻，一般在兆欧级。有光照射时：呈现低阻状态，称亮阻，一般在几千欧以下。灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜。在检测与自动化技术中广泛应用内光电效应

17、光敏电阻光敏电阻RGRL光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电器件 将光敏电阻接到外电路中时，若改变光照射，回路电流改变。为提高光敏电阻的灵敏度，应尽量减小电极间的距离。面积较大的光敏电阻，通常采用在光敏电阻薄膜上蒸镀金属梳状电极。常用的光敏电阻材料有硫化镉、硒化铅、碲化铝等。内光电效应光敏电阻 将光敏电阻接到外电路中时，若改变光照射，回路电流光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。内光电效应光敏电阻光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻光敏电阻的基本特性光照特性指光敏电阻的光电流I和光照强度之间的关系右图为光敏电阻的光照特性光敏电阻的

18、基本特性光照特性光敏电阻的基本特性伏安特性：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。右图为硫化镉光敏电阻的伏安特性 光敏电阻的基本特性光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系。即光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的基本特性光谱特性光敏电阻的基本特性温度特性光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化时，影响光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻。硫化铅光敏电阻受温度影响更大。右图为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性光敏电阻的基本特性温度特性光敏电阻的基本特性内光电效应光电池内光电效应光电池光电池 光电池是在光线照

19、射下，利用光生伏特效应，将光量转变为电动势的光电器件。由于它常用于把太阳能变成电能，因此又称太阳能电池。内光电效应光电池编码器用硅光电池太阳能应急灯光电池内光电效应光电池编码器用硅光电池太阳能应急灯内光电效应光电池光电池 的种类很多，有硅、砷化镓、硒、氧化铜、锗、硫化镉光电池等。 应用最广的是硅光电池，优点：性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高、能耐高温辐射、价格便宜等。光电池的工作原理是基于光生伏打效应。当光照射在光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。内光电效应光电池光电池 的种类很多，有硅、砷化镓、硒、氧化硅光电池结构 硅光电池因为性能稳定、光谱范围宽、转换效率高、价格低廉等优点

20、被广泛应用，又称为太阳能电池。N型硅片上用扩散的方式掺入一些P型杂质（如硼）形成一个大面积的PN结，当入射光照射到P型表面时，光生电子在PN结电场作用下被拉向N区，光生空穴被拉向P区，从而形成光生电动势。 内光电效应光电池硅光电池结构 硅光电池因为性能稳定、光谱范围宽(1-a) 光电池的结构图 (1-b) 光电池的工作原理示意图光电池符号和基本工作电路 光电池的工作原理示意图内光电效应光电池(1-a) 光电池的结构图 光电池与外电路的连接方式有两种。一种是把PN结两端通过外导线短接，形成流过外电路的短路电流。另一种是开路电压输出。内光电效应光电池 光电池与外电路的连接方式有两种。一种是把PN结

21、两 光电池光照特性如左图，输出短路电流与光照有较好的线性关系。短路电流是负载电阻相对于光电池内阻来说很小时的电流值，一般负载电阻在100W以下时可作为线性检测元件。开路电压与光照度关系呈非线性，但灵敏度高，宜用作开关元件。光电池电流与照度的关系如右图。 光电池的基本特性 光电池光照特性如左图，输出短路电流与光照有较好的光电池的基本特性光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。硅光电池的光谱响应波长范围0.41.2m，硒光电池在0.380.75m，硅电池的光谱响应范围宽，硒光电池在可见光范围内有较高的灵敏度，适宜测可见光。光电池的基本特性光电池的基本特性光照特性光电池在不同光照度下， 其光

22、电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。由图可知：短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，而开路电压（负载电阻无穷大时）与光照度的关系是非线性的，在2000lx照度时趋于饱和。频率特性由图可见：硅光电池有较好的频率响应特性和较高的频率特性光电池的基本特性光照特性光照度传感器-最全课件温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。右图为硅光电池的温度特性 光电池的基本特性温度特性光电池的基本特性内光电效应光电二极管内光电效应光电二极管特制的单排和多排光敏二极管探测器 内光电效应 光电二极管特制的单排和多排光敏二极管探测器 内光电效应 光电二极管PN光内光电效应 光电二极

23、管PN光内光电效应 光电二极管工作原理： 无光照时，少数载流子在反向偏压作用下形成微小的反向电流暗电流； 受到光照时，在外加反向电压和内电场作用下，光生电子空穴使少数载流子浓度大大增加，并分别被拉向N区和P区，反向电流大大增加，形成光电流。内光电效应 光电二极管工作原理： 无光照时，少数载流子在反向偏压作用下内光电效应光电三极管内光电效应光电三极管基 区内光电效应 光电三极管基 区内光电效应 光电三极管NPN型光敏晶体管结构和基本电路 内光电效应 光电三极管NPN型光敏晶体管结构和基本电路 内光电效应 光电三极管 光谱特性 ：指光敏晶体管在光照度一定时，输出的光电流（或相对光谱灵敏度）随入射光

24、的波长而变化的关系。图看出：硅光敏晶体管适用于0.41.1m波长，最灵敏的响应波长为0.80.9m；锗光敏晶体管适用于0.61.8m的波长，其最灵敏的响应波长为1.41.5m。光敏管的基本特性 光谱特性 ：指光敏晶体管在光照度一定时，输出的光电频率特性：光敏晶体管的频率特性是光敏晶体管输出的光电流（或相对灵敏度）与光强变化频率的关系。由图可以看出：负载电阻越大，高频响应越差。光敏管的基本特性频率特性：光敏晶体管的频率特性是光敏晶体管输出的光电流（或光照特性由图可以看出：光照度越大，产生的光电流越强光敏管的基本特性光照特性光敏管的基本特性光电式传感器应用实例1、产品计数器2、循迹小车 3、光电式

25、烟尘浓度计（透射式）4、光电式转速表（反射式）5、条形码扫描笔6、其他光电式传感器应用实例1、产品计数器产品计数器 利用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛应用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。还可以用来统计出入口人员的流动情况产品计数器 利用光敏器件制成的产品计数器，具有罐装生产流水线动画演示罐装生产流水线动画演示 循迹小车 当光源射到白色物体和黑色物体上时的反光率是不同的，用红色LED作为光源，光线通过地面反射到光敏电阻上，通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上，如果检测到是黑色跑道，说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转，这一侧的绿色LED熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始终沿着跑道行驶了。 循