第十章光电式传感器

1、,第十章 光电式传感器,本章学习的主要内容： 1、光电效应及其光电元件 2、光电式传感器的应用,罐装生产流水线动画演示,、光电效应,1. 外光电效应,101 光电效应及其光电元件,在光线作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象 。,在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象,外光电效应动画演示,各种光电管外形图,2、内光电效应,光电导效应 光敏晶体管效应 光生伏特效应,内光电效应动画演示,在光线作用下，物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象,光敏电阻外形图,光敏二极管外形图,光敏三极管外形图,各种光电池外形图,二、光电元件,1. 光电管,（1）原理：基于外光电效应,真空管、

2、光电阴极 K和光电阳极 A,（2）符号与结构：,光电管外形图,（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好,光电管的光电特性,2、光敏电阻,（1）原理：内光电效应的光电导效应,（2）符号与外形,（3）特性参数,暗电阻:置于室温、全暗条件,伏安特性,亮电阻:置于室温、一定光照条件,光电特性 ：非线性,光谱特性,响应时间：,温度特性:,10-1s10-3s,温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降,光敏电阻的光谱特性,（5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合,（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应 时间长、受温度影响大,3.光敏晶体管,（1）原理：内光电效应的光电晶体管效应,光敏二极管、光敏

3、三极管、光敏晶闸管,（2）种类、符号与外形,外形图,（3）主要特性：,光谱特性：,硅管峰值波长为0.9m 锗管峰值波长为1.5m,光电特性：,输出电流Ie和光照度Ee呈线性关系,伏安特性：,温度特性：温度对输出电流影响小，由光照度决定,响应时间：二极管10-4s10-6s、三极管10-3s10-5s,（5）适用场合：,适用于模拟量测量及要求快速响应的场合,（4）特点：,光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短,4.光电池,（1）原理：内光电效应的光生伏特效应,（2）符号与外形：,（3）主要特性,光谱特性：,硅光电池0.45m1.1m 硒光池0.34m0.57m,光电特性：,频率特性： 硅光电池

4、频率响应高，硒光电池频率响应差,温度特性： 温度 t 上升，开路电压 U 快速下降， 短路电流 I 缓慢上升。,（4）特点：,（5）适用场合：,测量短路电流光电特性线性好、受温度影响小，硅光电池频率响应较好。,可用于模拟量测量响应较快的场合,光电式传感器的组成： 光源、光学元件和光电元件组成光路系统，再经转换电路而构成。,102 光电式传感器应用, 常用光源有： 白炽灯、发光二极管等, 常用光学元件有： 反射镜、透镜、半透半反镜等,提问：1. 光电效应有哪些？这些光电效应对 应哪些光电元件？,2. 这些光电元件有哪些特点？分别适 用哪些场合？,一、光电式传感器的应用类型, 按其输出量性质可分：

5、 模拟输出型光电传感器和数字输出型光电传感器, 按被测物与光电元件和光源之间的关系，光电式传感器的应用有以下四种：,1、光源本身就是被测物。 如：光电比色温度计、光照度计等,2、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物 吸收一部分后到达光电元件上。 如：测液体透明度、烟尘浓度等,3、恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部 分后照射到光电元件上。 如：测元件尺寸、运动状态等,4、恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达 光电元件上。 如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速 表等,特别指出：,光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，即 光源发出的光应该在光电元件接受灵敏度最高的 频率范围内。, 对于

6、模拟量检测，一般要有参比信号，用来消 除或削弱背景光及温度等因素的影响。,1、光电比色温度计（光源本身是被测物）, 问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与 温度有关。,二、光电式传感器的应用举例,扫描式光电比色温度计, 原理：根据热辐射定律，使用光电池进行 非接触测温。,根据有关的辐射定律，物体在两个特定波 长1、2上的辐射强度I1、I2 之比与该物体 的温度成指数关系。,光电比色温度计光路原理图,光电比色温度计电路原理框图,而 I1正比于I1,所以 U1正比于I1,2、光电式烟尘浓度计（透射式）,问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量或 及时发现楼宇火灾，对烟尘的监 测是必须的。, 原理：

7、恒定光源发出的光通量透过被测物， 由被测物吸收一部分后到达光电元件 上。,光电式烟尘浓度检测动画演示,光电式烟尘浓度计原理图,光电式烟尘浓度计原理图,3、光电式边缘位置检测器（遮挡式）,问题的提出：带型材料在生产过程中偏离正 确的位置如何进行纠偏控制。, 原理：恒定光源发出的光通量经过被测物遮 挡一部分后，另一部分照射到光电元 件上。,光电式边缘位置检测器光路图,光电式边缘位置检测器测量电路图,注意问题：,2. 桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻；,1. 起始时，光路一半遮挡一半透过；,3. 光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里对测量 要求不高（用于控制）。,4、光电式转速表（反射式）,问题的提出：传统测量转速的弊端，光电式转 速的优点。, 原理：恒定光源发出的光通量经被测物反射 后到达光电元件上。采