自动检测技术及应用-第6章光电传感器及其应用ppt课件

1、第第6 6章章 光电传感器及其运用光电传感器及其运用 本章学习光电效应、光电元器本章学习光电效应、光电元器件的构造、任务原理、特性以及件的构造、任务原理、特性以及光电传感器的各种运用，掌握光光电传感器的各种运用，掌握光电开关及光电断续器的运用。电开关及光电断续器的运用。 光电传感器是将被丈量的变化转换成光光电传感器是将被丈量的变化转换成光信号的变化，然后经过光电元件转换成电信信号的变化，然后经过光电元件转换成电信号，光电传感器属于非接触丈量。号，光电传感器属于非接触丈量。 电磁波辐射波谱电磁波辐射波谱可见光可见光频率频率/Hz/Hz波长波长/m/m无线无线电波电波105 红外线红外线 1010

2、 紫外线紫外线1015 X射线射线1020宇宙射线宇宙射线1025 3103m 310-2m 310-7m 310-12m 310-17m 1905年德国物理年德国物理学家爱因斯坦用光量学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发子学说解释了光电发射效应，并为此而获射效应，并为此而获得得1921年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。 6.1 6.1 光电效应及光电元器件光电效应及光电元器件一、光电效应及分类一、光电效应及分类 每一个光子具有一定的能量，光子的能量每一个光子具有一定的能量，光子的能量E Ehfhf，其中其中h h为普朗克常数，为普朗克常数，f f为光的频率。因此，光的频为光的频率。因此，光

3、的频率越高，光子的能量也就越大。率越高，光子的能量也就越大。 光电效应光电效应 光照射在某一物体上，可以看作物体遭到光照射在某一物体上，可以看作物体遭到一连串能量为一连串能量为hfhf的光子的轰击，被照射物体的资料的光子的轰击，被照射物体的资料吸收了光子的能量而发生相应电效应的物理景象。吸收了光子的能量而发生相应电效应的物理景象。 外光电效应 在光线作用下能使电子从物 体外表逸出。 内光电效应 在光线作用下能使物体电阻 率发生变化。光生伏特效应 在光线作用下，物体产生一 定方向电动势。 光电发射效应光电发射效应光电导光电导效应效应分类：分类：二、光电元件、特性及根本丈量电路二、光电元件、特性及

4、根本丈量电路一光电管、光电倍增管一光电管、光电倍增管 1 1、光电管、光电管 原理：基于外光电效应。原理：基于外光电效应。 组成：光电管由真空玻璃管、光电阴极组成：光电管由真空玻璃管、光电阴极K K和光电和光电阳极阳极A A组成。组成。 当一定频率的光照射到当一定频率的光照射到光电阴极上时，光电阴极光电阴极上时，光电阴极吸收了光子的能量便有电吸收了光子的能量便有电子逸出而构成光电子。这子逸出而构成光电子。这些光电子被具有正电位的些光电子被具有正电位的阳极所吸引，因此在光电阳极所吸引，因此在光电管内便构成定向空间电子管内便构成定向空间电子流，外电路就有了电流。流，外电路就有了电流。光电管的构造光

5、电管的构造 如右图，在电路中串如右图，在电路中串入一个适当的电阻，那入一个适当的电阻，那么电路中的电流便转换么电路中的电流便转换为电阻上的电压。为电阻上的电压。 电流或电压的变化与电流或电压的变化与光成一定的函数关系，光成一定的函数关系，从而实现了光电转换。从而实现了光电转换。光电管符号及丈量电路光电管符号及丈量电路 2 2、光电倍增管、光电倍增管 光电阴极和阳极之间添加了假设干个光电倍光电阴极和阳极之间添加了假设干个光电倍增极增极D D，且外加电位逐级升高，因此逐级产生二次，且外加电位逐级升高，因此逐级产生二次电子发射而获得倍增光电子，使得最终到达阳极的电子发射而获得倍增光电子，使得最终到达

6、阳极的光电子数目猛增。光电子数目猛增。 适宜微光丈量适宜微光丈量, ,灵敏度高。灵敏度高。 光电特性光电特性 指当阳极电压一定时，光指当阳极电压一定时，光电流电流II与光电阴极接纳到与光电阴极接纳到的光通量的光通量之间的关系；之间的关系；光谱特性光谱特性 由于不同资料的光电阴极由于不同资料的光电阴极对不同波长的入射光有不对不同波长的入射光有不同的灵敏度，因此光电管同的灵敏度，因此光电管对光谱也有选择性；对光谱也有选择性； 伏安特性伏安特性 当入射光的频谱及光通量当入射光的频谱及光通量一定时，光电流与阳极电一定时，光电流与阳极电压之间的关系称伏安特性压之间的关系称伏安特性铯氧银铯氧银 锑化铯锑化

7、铯 光电管的阳极电压应选择在光电管的阳极电压应选择在UQUQ附近附近, , II才稳定才稳定3 3、特性和参数、特性和参数( (二二) )光敏电阻光敏电阻 其原理是基于内光电效应。是一种没有极性的纯电其原理是基于内光电效应。是一种没有极性的纯电阻器件。阻器件。 它的构造简单，在半导它的构造简单，在半导体光敏资料的两端引出电体光敏资料的两端引出电极，再将其封装在透明管极，再将其封装在透明管壳内就构成光敏电阻。壳内就构成光敏电阻。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改动的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，射光的强弱

8、而改动的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。电阻增大。 光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电当光敏电阻遭到光照阻遭到光照时，光生电时，光生电子子空穴对空穴对添加，阻值添加，阻值减小，电流减小，电流增大。增大。暗电流越小越好暗电流越小越好光敏电阻光敏电阻 当光敏电阻遭到光当光敏电阻遭到光照时，照时， 阻值减小。阻值减小。为提高灵敏度，两电极为提高灵敏度，两电极做成梳状，以增大极板做成梳状，以增大极板面积。面积。光敏电阻的根本运用电路光敏电阻的根本运用电路 a aU U与光照变化趋势一样的电路与光照变化趋势一样的电路 b bU U与光照变化趋势相反的电路与光照变化趋势相反的电路 1.1.

9、暗电阻、亮电阻及光电流暗电阻、亮电阻及光电流暗电阻：指光敏电阻置于室温、全暗条件下，经过暗电阻：指光敏电阻置于室温、全暗条件下，经过一段时间稳定后测得的阻值，这时在给定的电压一段时间稳定后测得的阻值，这时在给定的电压下测得的电流称为暗电流。下测得的电流称为暗电流。亮电阻：光敏电阻置于室温暖一定光照条件下测得亮电阻：光敏电阻置于室温暖一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻，这时在给定任务电压的稳定电阻值称为亮电阻，这时在给定任务电压下的电流称为亮电流。下的电流称为亮电流。光电流：亮电流与暗电流之差称光敏电阻的光电流光电流：亮电流与暗电流之差称光敏电阻的光电流I,暗阻值与亮阻值差值越大，光敏电阻

10、性能越好，暗阻值与亮阻值差值越大，光敏电阻性能越好，灵敏度也越高。灵敏度也越高。 2. 2.光照特性光照特性 光敏电阻的光电流光敏电阻的光电流II与光通量与光通量的关系。由于的关系。由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不能用于光光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不能用于光的精细丈量，只能用作开关式的光电转换器。的精细丈量，只能用作开关式的光电转换器。 3.3.光谱特性光谱特性 光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度K也是不同的。因此，在选用光敏电阻时，应思索光源的发光波长与光敏电阻的光谱特性峰值的波长相接近，这样才干获得高的灵敏度。 4.4.伏安特性伏安特性 光敏电阻的伏安特性为线性关系，且

11、不同照度下，光敏电阻的伏安特性为线性关系，且不同照度下，其斜率不同。同普通电阻一样，光敏电阻也有最大功其斜率不同。同普通电阻一样，光敏电阻也有最大功率，超越额定功率将会导致光敏电阻永久性的损坏。率，超越额定功率将会导致光敏电阻永久性的损坏。 5.5.呼应时间呼应时间 光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后，虽然不同资料的光敏电阻具有不同的呼应时滞后，虽然不同资料的光敏电阻具有不同的呼应时间，但都存在着这种时延特性。因此，光敏电阻不间，但都存在着这种时延特性。因此，光敏电阻不能用在要求快速呼应的场所。能用在要求快速呼应的场所。6.6.温度特性温度特性

12、 光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度的影光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度的影响较大，随着温度的升高，它的暗电阻与灵敏度响较大，随着温度的升高，它的暗电阻与灵敏度都下降。都下降。 三光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管三光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管1 1构造与任务原理构造与任务原理光敏二极管光敏二极管 构造表示及符号构造表示及符号 光敏二极管的构造光敏二极管的构造和普通二极管类似，和普通二极管类似，只是其只是其PNPN结装在透明结装在透明管壳的顶部，可以直管壳的顶部，可以直接接遭到光的照射。接接遭到光的照射。任务原理基于内光电效应。任务原理基于内光电效应。光敏二极管在电路中必需反光敏二

13、极管在电路中必需反向偏置。向偏置。无光照时：电路中只需很小无光照时：电路中只需很小的反向饱和漏电流，称暗电的反向饱和漏电流，称暗电流。流。有光照时：有光照时：PNPN结遭到光子的结遭到光子的轰击，激发构成光子轰击，激发构成光子空穴空穴对，在反向电压的作用下，对，在反向电压的作用下，反向电流大大添加，构成光反向电流大大添加，构成光电流。电流。即反向偏置的即反向偏置的PNPN结受光照控制结受光照控制光敏二极管外形光敏二极管外形 将光敏二极管的将光敏二极管的PN 结设置在透明结设置在透明管壳顶部的正下方，管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极光照射到光敏二极管的管的PN结时，电结时，电子子-空穴对数量空

14、穴对数量添加，光电流与照添加，光电流与照度成正比。度成正比。 光敏二极管外形光敏二极管外形 光敏三极管光敏三极管 光敏三极管是在光敏二极管的根底上构成的。由于它具有放大作用，所光敏三极管是在光敏二极管的根底上构成的。由于它具有放大作用，所以具有更高的灵敏度。和普通三极管一样，光敏三极管分以具有更高的灵敏度。和普通三极管一样，光敏三极管分PNP和和NPN两种两种类型，有两个类型，有两个PN结。结。 多数光敏三极管的基极没有引出线，只需正负多数光敏三极管的基极没有引出线，只需正负c、e两个引脚，所以其两个引脚，所以其外型与光敏二极管类似，从外观上很难区别。外型与光敏二极管类似，从外观上很难区别。

15、光敏三极管外形光敏三极管外形 在电路中，同普通三极管的放大形状一样，集电结反偏，发射结正偏。反偏的集电结受光照控反偏的集电结受光照控制，光电转换原理同光制，光电转换原理同光敏二极管，产生的光电敏二极管，产生的光电流相当于普通三极管的流相当于普通三极管的基极电流。因此在集电基极电流。因此在集电极上那么产生极上那么产生倍的光倍的光电流，所以光敏三极管电流，所以光敏三极管比光敏二极管有着更高比光敏二极管有着更高的灵敏度。的灵敏度。构造图构造图 等效电路等效电路 图形符号图形符号 射极输出的电压与光照的变化趋势一样；射极输出的电压与光照的变化趋势一样； 集电极输出的电压与光照的变化趋势相反。集电极输出

16、的电压与光照的变化趋势相反。光敏三极管的运用电路光敏三极管的运用电路将光敏三极管与另一将光敏三极管与另一只普通三极管做在一只普通三极管做在一个管壳里，称为达林个管壳里，称为达林顿光敏三极管。顿光敏三极管。它有更高的灵敏度，它有更高的灵敏度，即：即： 1212复合管复合管光敏晶闸管光敏晶闸管 光敏晶闸管是由入射光触发而导通的可控硅，简称光控晶闸管。它有三个引出电极，即阳极光敏晶闸管是由入射光触发而导通的可控硅，简称光控晶闸管。它有三个引出电极，即阳极a、阴极、阴极k和门极和门极g。 它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管

17、的阳极接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。 当有一定照度的光信号经过玻璃窗口照射到反偏的当有一定照度的光信号经过玻璃窗口照射到反偏的PN结上时，将产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断结上时，将产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断形状变为导通形状。形状变为导通形状。 光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得多，任务电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得多，任务电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。于工业自动检测控制。 反偏的反偏的PNPN结在透明管结在透明管壳的顶部，相当于受光壳的顶部，相当于受光照控制的光敏二极管。照控

18、制的光敏二极管。当光照射在当光照射在J2J2产生的光产生的光电流相当于普通的晶闸电流相当于普通的晶闸管的门极电流，当光电管的门极电流，当光电流大于某一阈值时，光流大于某一阈值时，光敏晶闸管触发导通。敏晶闸管触发导通。 光敏晶闸管外形光敏晶闸管外形光敏面光敏面2 2光敏晶体管的根本特性光敏晶体管的根本特性光谱特性光谱特性 不同资料的光敏晶体管不同资料的光敏晶体管对不同波长的入射光其对不同波长的入射光其相对灵敏度相对灵敏度KrKr是不同的是不同的 即使是同一资料，只需即使是同一资料，只需PNPN结的厚度不同，也能结的厚度不同，也能得到不同的光谱特性。得到不同的光谱特性。 硅光敏晶体管硅光敏晶体管伏

19、安特性伏安特性 a) a) 光敏二极管光敏二极管伏安特性伏安特性 b) b) 光敏三极管光敏三极管伏安特性伏安特性 流过它的电流与光照度流过它的电流与光照度成正比，且在相当范围内成正比，且在相当范围内与反向偏置电压与反向偏置电压UoUo无关。无关。 当当UoUo0 0时，只需有光照时，只需有光照，依然有电流，此时把它，依然有电流，此时把它看作光电池，只不过其看作光电池，只不过其PNPN结面积小，光电效应很低结面积小，光电效应很低而已，光敏二极管正常运而已，光敏二极管正常运用时应施加用时应施加1.5V1.5V以上的反以上的反向任务电压。向任务电压。 外形与普通三极管的输外形与普通三极管的输出特性

20、类似，只不过将不出特性类似，只不过将不同的基极电流换作不同的同的基极电流换作不同的光照度即可。光照度即可。光电特性光电特性 0光照光照 光光电电流流光敏光敏 三极管三极管光敏光敏 二极管二极管3000lx4mA0.3mAIE 光电流与光照度成线性关系。光电流与光照度成线性关系。灵敏度比较灵敏度比较?呼应时间呼应时间 硅光敏二极管的呼应时间约为硅光敏二极管的呼应时间约为10105 510107s7s左右左右，光敏三极管的呼应时间那么比一样资料的二极管约，光敏三极管的呼应时间那么比一样资料的二极管约慢一个数量级，而锗管的呼应时间要比硅管小一个数慢一个数量级，而锗管的呼应时间要比硅管小一个数量级。因

21、此在要求快速呼应或入射光调制频率明暗量级。因此在要求快速呼应或入射光调制频率明暗交替频率较高时，应选用硅光敏二极管。交替频率较高时，应选用硅光敏二极管。 温度特性温度特性 硅管的暗电流比锗管小几个数量级，所以在微光丈硅管的暗电流比锗管小几个数量级，所以在微光丈量中应采用硅管。另外硅光敏三极管的温漂大，在量中应采用硅管。另外硅光敏三极管的温漂大，在高精度丈量中应选择硅光敏二极管。高精度丈量中应选择硅光敏二极管。四光电池四光电池 光电池的任务原理基于光生伏特效应光电池的任务原理基于光生伏特效应 , ,它是把它是把光能直接转换成电能的半导体光电器件。光能直接转换成电能的半导体光电器件。 其中运用最广

22、泛的是硅光电池，硅光电池性能其中运用最广泛的是硅光电池，硅光电池性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传送转换稳定、光谱范围宽、频率特性好、传送转换效率高且价钱廉价。效率高且价钱廉价。 在在N N型衬底上型衬底上制造一薄层制造一薄层P P型型层作为光照敏感层作为光照敏感面，就构成最简面，就构成最简单的光电池。单的光电池。1 1构造及任务原理构造及任务原理 当入射光子的能量足够大时，当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产型区每吸收一个光子就产生一对光生电子生一对光生电子空穴对，光生电子空穴对，光生电子空穴对的分散运动使空穴对的分散运动使电子经过漂移运动被拉到电子经过漂移运动被拉到N型区，

23、空穴留在型区，空穴留在P区，所以区，所以N区带区带负电，负电，P区带正电。假设光照是延续的，经短暂的时间，区带正电。假设光照是延续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。 光电池外形光电池外形光敏面光敏面能提供较大电流的大能提供较大电流的大面积光电池外形面积光电池外形2 2根本特性根本特性光谱特性光谱特性 硅光电池的呼应波长约在硅光电池的呼应波长约在0.450.451.1m1.1m范围，而范围，而硒光电池约在硒光电池约在0.340.340.57m0.57m范围。可见硅光电池可范围。可见硅光电池可以在很宽的波长范围内得到运用。以在很宽的波长范

24、围内得到运用。 两者不仅光谱波两者不仅光谱波峰位置不同峰位置不同, ,而而且光谱呼应波长且光谱呼应波长范围也不同。范围也不同。光电特性光电特性 其中曲线其中曲线1 1是光电池负载是光电池负载开路时的开路电压与光照开路时的开路电压与光照度的关系曲线，显然这是度的关系曲线，显然这是非线性关系，起始电压上非线性关系，起始电压上升很快，在升很快，在2000lx2000lx以上便以上便趋于饱和趋于饱和 曲线曲线2 2是当负载短路时的是当负载短路时的短路电流与光照度的关系短路电流与光照度的关系曲线，可见为线性关系。曲线，可见为线性关系。当随着负载电阻的添加，当随着负载电阻的添加，这种线性关系将变差。这种线

25、性关系将变差。 频率特性频率特性 频率特性是指入频率特性是指入射光的调制频率射光的调制频率与光电池输出电与光电池输出电流间的关系。流间的关系。硅光电池具有较硅光电池具有较高的频率呼应，高的频率呼应，而硒光电池的频而硒光电池的频率特性较差。率特性较差。 光电池的开路电光电池的开路电压与短路电流随压与短路电流随温度变化的特性。温度变化的特性。 开路电压随温度开路电压随温度添加而下降的速添加而下降的速度较快，而短路度较快，而短路电流随温度上升电流随温度上升而缓慢添加。而缓慢添加。 温度特性温度特性 3 3光电池短路电流丈量电路光电池短路电流丈量电路 图为光电池短路电流丈量的适用电路，即图为光电池短路

26、电流丈量的适用电路，即I/VI/V转换电路。转换电路。 运算放大器相当于光电池的负运算放大器相当于光电池的负载，由于运算放大器的开环放载，由于运算放大器的开环放大倍数大倍数AodAod，A A为虚地。为虚地。 作为光电池的负载满足了短路作为光电池的负载满足了短路条件。所以条件。所以IRfIRfII。输出电压。输出电压UoUo为：为： UoURfIRf 输出电压Uo与光电流I正比，从而到达I/U转换的目的。 光电池在动力方面的运用光电池在动力方面的运用太阳能赛车太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能电动机模型 太阳能太阳能 硅光电池板硅光电池板光电池在动力方面的运用续光电池在动力方面的运用续太阳能发电

27、太阳能发电光电池在动力方面的运用续光电池在动力方面的运用续光电池在人造卫星上的运用光电池在人造卫星上的运用 休休 息息 一一 下下6.2 6.2 光电开关及光电断续器光电开关及光电断续器 光电开关及光电断续器是开关式光电传感器的常用元件，光电开关及光电断续器是开关式光电传感器的常用元件，主要用来检测物体的接近、经过等形状，广泛用于消费流水线、主要用来检测物体的接近、经过等形状，广泛用于消费流水线、自动控制等各方面开关量的检测。自动控制等各方面开关量的检测。从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接纳元件组成。

28、由红外线发射元件与光敏接纳元件组成。 只是光电断续器是整体构造，其检测间隔只需几毫米至几十只是光电断续器是整体构造，其检测间隔只需几毫米至几十毫米，而光电开关的检测间隔可达几米至几十米。毫米，而光电开关的检测间隔可达几米至几十米。 光电开关可分为直射型和反射型两大类。光电开关可分为直射型和反射型两大类。 直射型光电开关直射型光电开关 直射型光电开关的发射器和接纳器相对直射型光电开关的发射器和接纳器相对安放，轴线严厉对准。当有物体在两者中安放，轴线严厉对准。当有物体在两者中间经过时，红外光束被遮断，接纳器接纳间经过时，红外光束被遮断，接纳器接纳不到红外线而产生一个负脉冲信号。不到红外线而产生一个

29、负脉冲信号。 直射型光电开关的检测间隔普通可达十直射型光电开关的检测间隔普通可达十几米，对一切能遮断光线的物体均可检测。几米，对一切能遮断光线的物体均可检测。一、光电开关一、光电开关直射型光电开关表示图直射型光电开关表示图遮断报警遮断报警直射型光电开关原理直射型光电开关原理Receiver 直射式光电开关由直射式光电开关由相互分别且相对安装相互分别且相对安装的光发射器和光接受的光发射器和光接受器组成。当被检测物器组成。当被检测物体位于发射器和接受体位于发射器和接受器之间时，光线被阻器之间时，光线被阻断，接受器接受不到断，接受器接受不到红外线而产生开关信红外线而产生开关信号。号。被检测物体光发射

30、器光接纳器 光电开关外形光电开关外形光电开关在流水线上的运用光电开关在流水线上的运用送料器定区域式光电开关定区域式光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运转方向流水线运转方向罐装高度检测罐装高度检测储料仓储料仓落料口落料口直射式光电开关直射式光电开关计数计数光幕光幕 两个柱形两个柱形构造相对而构造相对而立，每隔数立，每隔数十毫米安装十毫米安装一对发光二一对发光二极管和光敏极管和光敏接纳管，构接纳管，构成光幕，当成光幕，当有物体遮挡有物体遮挡住光线时，住光线时，传感器发出传感器发出报警信号。报警信号。接纳器接纳器 当有物体当有物体遮挡住光线遮挡住光线时，传感器时，传感器发出报警信发出报警信号，起维护、号，起

31、维护、预警等作用。预警等作用。光线被遮断报警光线被遮断报警 光幕运用光幕运用 光幕运用续光幕运用续产品高度丈量产品高度丈量 光幕运用续光幕运用续平安区示警平安区示警反射型光电开关反射型光电开关 反射型光电开关分为两种情况：反反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型简称射镜反射型及被测物漫反射型简称散射型。散射型。 反射镜反射型光电开关采用较为方便的反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需求调整反射镜的角度单侧安装方式，但需求调整反射镜的角度以获得最正确的反射效果。反射镜通常运以获得最正确的反射效果。反射镜通常运用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏用三角棱镜，它对安装

32、角度的变化不太敏感。检测间隔普通为几米。感。检测间隔普通为几米。 散射型安装最为方便，但检测间隔更小，散射型安装最为方便，但检测间隔更小，只需几百毫米。只需几百毫米。反射镜反射型光电开关任务原理反射镜反射型光电开关任务原理 反射镜反射型光电开关反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装一体，与反射镜相对安装配合运用。反射镜运用偏配合运用。反射镜运用偏光三角棱镜，能将发射器光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反发出的光转变成偏振光反射回去，光接纳器外表覆射回去，光接纳器外表覆盖一层偏光透镜，只能接盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振受反射

33、镜反射回来的偏振光。光。反射板反射镜反射镜被测物体偏振光偏振光发射光发射光被测物漫反射型光电开关原理被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线 漫反射型光电漫反射型光电开关集光发射器开关集光发射器和光接纳器于一和光接纳器于一体。当被测物体体。当被测物体经过该光电开关经过该光电开关时，发射器发出时，发射器发出的光线经被测物的光线经被测物体外表反射由接体外表反射由接受器接受，于是受器接受，于是产生开关信号。产生开关信号。额定间隔额定间隔定区域反射式光电开关原理定区域反射式光电开关原理 定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电

34、开关产生开关信号。检测间隔检测间隔外表反射率外表反射率 对于漫反射式光电开关发出的光线需对于漫反射式光电开关发出的光线需求被检测物外表将足够的光线反射回求被检测物外表将足够的光线反射回接纳器，所以检测间隔和被检测物体接纳器，所以检测间隔和被检测物体的外表反射率及粗糙程度将决议接纳的外表反射率及粗糙程度将决议接纳器接纳到光线强度，被检测物体的外器接纳到光线强度，被检测物体的外表还应尽量垂直于光电开关的发射光表还应尽量垂直于光电开关的发射光线。线。反射型光电开关外形反射型光电开关外形电源电源指示指示信号信号指示指示反射型光电开关外形续反射型光电开关外形续灵敏度调理电位器灵敏度调理电位器光电开关运用

35、光电开关运用透明度丈量、控制透明度丈量、控制质量检测质量检测 光电开关运用续光电开关运用续加工控制加工控制光电传感器的其他用途续光电传感器的其他用途续断裂检测断裂检测电梯自动运转电梯自动运转条件判别条件判别漫反射型光电开关的运用漫反射型光电开关的运用自动干手机自动干手机 自动干手机是一种运用很普遍的电器，用来枯燥手或物品。在这里红外线反射型传感器直接经过延时电路控制固态继电器，带动电炉丝和风扇任务。 同样的电路，将负载换成电磁阀，就可以组成冲便卫生洁具。自动取款机的维护玻璃控制器自动取款机的维护玻璃控制器 当有人站在取款机前时红外线反射型传感器输出高电平，并经过RC网络延时数秒，确认来人是取款

36、而不是经过时，给PC机送去高电平，由PC控制电机启动，维护玻璃抬起。 当取款人走后，红外线反射型传感器转为低电平，RC网络在数秒后也输出低电平，PC再控制电机使维护玻璃降下来。从而完成对自动取款机的维护。 直射型当有物体在两直射型当有物体在两者中间经过时，红外者中间经过时，红外光束被遮断，接纳器光束被遮断，接纳器因接纳不到红外线而因接纳不到红外线而产生一个电脉冲信号产生一个电脉冲信号。这种光电开关检测。这种光电开关检测间隔最大可达十几米间隔最大可达十几米 反射镜反射型单侧安装，反射镜反射型单侧安装，但反射镜型安装时应根据但反射镜型安装时应根据被测物体的间隔调整反射被测物体的间隔调整反射镜的角度

37、以获得最正确的镜的角度以获得最正确的反射效果，它的检测距普反射效果，它的检测距普通为几米通为几米 散射型只需不是全黑散射型只需不是全黑的物体均能产生漫反的物体均能产生漫反射射,散射型的检测间隔散射型的检测间隔更小，只需几百毫米更小，只需几百毫米。总结：总结： 光电断续器可分为直射型和反射光电断续器可分为直射型和反射型两种。型两种。 光电断续器的任务原理与光光电断续器的任务原理与光电开关一样，构造上将光电发射器、电开关一样，构造上将光电发射器、光电接纳器做在体积很小的同一塑光电接纳器做在体积很小的同一塑料壳体中。料壳体中。 直射型也称槽式通常是直射型也称槽式通常是规范的规范的U U字型构造。槽宽

38、、槽深及光字型构造。槽宽、槽深及光敏元件已有系列化产品，可供选择。敏元件已有系列化产品，可供选择。二、光电断续器二、光电断续器 直射型光电断续器通常是直射型光电断续器通常是规范的规范的U U字型构造。字型构造。 其发射器和接纳器做在体其发射器和接纳器做在体积很小的同一塑料壳体中，积很小的同一塑料壳体中，分别位于分别位于U U型槽的两边，并型槽的两边，并构成一光轴，两者能可靠地构成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和运用提供了对准，为安装和运用提供了方便。方便。 当被检测物体经过当被检测物体经过U U型槽型槽且阻断光轴时，光电开关就且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信产生表示检测到的开

39、关量信号。号。直射型直射型反射型反射型反射式光电反射式光电断续器断续器 光电断续器是较廉价、简单、可靠的光电器光电断续器是较廉价、简单、可靠的光电器件。它广泛运用于自动控制系统、消费流水件。它广泛运用于自动控制系统、消费流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。中。光电断续器外形光电断续器外形 齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。经过脉冲频率的丈量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器的运用光电断续器的运用请写出转速与频率的关系式请写出转速与频率的关系式n= ？ n 休休 息息 一一 下下 光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器光电

40、式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的丈量转换电路而构件组成光路系统，结合相应的丈量转换电路而构成。成。 光电式传感器按其输出量可分为模拟式和脉冲式光电式传感器按其输出量可分为模拟式和脉冲式两类。两类。 模拟式：光电流是被测非电量的函数。模拟式：光电流是被测非电量的函数。 脉冲式：光电元器件的输出仅有脉冲式：光电元器件的输出仅有“通与通与“断断 两种稳定的开关形状。两种稳定的开关形状。6.3 6.3 光电式传感器的运用光电式传感器的运用一、模拟式光电传感器一、模拟式光电传感器 根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长1 1 、 22上

41、的辐射强度上的辐射强度、之比与该物体的温之比与该物体的温度成指数关系度成指数关系: :21II1 1光电比色温度计光电比色温度计 TKeK/12= 我们只需测出我们只需测出与与之比，就可根据上之比，就可根据上式算出物体的温度式算出物体的温度T T。分光镜的功能是使红外光分光镜的功能是使红外光经过，可见光反射。经过，可见光反射。滤光片滤光片1010它只让红它只让红外光中的某一特定外光中的某一特定波长波长11的光线经过的光线经过，最后被硅光电池，最后被硅光电池1111所接纳，转换为所接纳，转换为与发光强度与发光强度I1I1成正成正比的光电流比的光电流I1I1。滤光片滤光片1212的作用是只让可见光

42、中的的作用是只让可见光中的某一特定波长某一特定波长22的光线经过，最后的光线经过，最后被硅光电池被硅光电池1313所接纳。转换为与光所接纳。转换为与光强强I2I2成正比的光电流成正比的光电流I2I2。随后再经电流电压转换器随后再经电流电压转换器1414、1515转换为电压转换为电压U1U1、U2U2，经运，经运算电路算出算电路算出U1/U2U1/U2值，因此根据公式即可计算出被测物的温度值，因此根据公式即可计算出被测物的温度T T 。比色式温度传感器温度非接触比色式温度传感器温度非接触丈量中的运用丈量中的运用 比色式温度传感器采用比色式比色式温度传感器采用比色式双波段测温原理实现对被测目双波段

43、测温原理实现对被测目的的非接触测温，它抗烟雾、水蒸的的非接触测温，它抗烟雾、水蒸气和灰尘才干较强。气和灰尘才干较强。 比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中运用，如比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中运用，如: :烟雾、烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等运用现场。水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等运用现场。2 2光电式浊度计光电式浊度计 一路光线穿过规范水样一路光线穿过规范水样8 8到达光电三极管到达光电三极管7 7上，产生作为规范上，产生作为规范水样的电信号水样的电信号U2U2，另一路光线穿过被测水样品，另一路光线穿过被测水样品5 5，到达光电，到达光电三极管三极管6 6

44、上，经过光电三极管转换成与浊度成正比的电信号上，经过光电三极管转换成与浊度成正比的电信号U1U1。 再经运算器计算出再经运算器计算出U1U1、U2U2的比值，并进一步算出被测水的浊度的比值，并进一步算出被测水的浊度。. .光电式带材跑偏仪光电式带材跑偏仪它由光电式边缘位置传感它由光电式边缘位置传感器和丈量电桥、放大器等组器和丈量电桥、放大器等组成。成。 光敏三极管光敏三极管8 8接在丈量电桥接在丈量电桥的一个桥臂上。的一个桥臂上。 当带材处于平行光束的中间位置当带材处于平行光束的中间位置时，电桥处于平衡形状，输出信时，电桥处于平衡形状，输出信号为号为“0 0，假设带钢向左偏移或，假设带钢向左偏

45、移或向右偏移时，输出电流信号为向右偏移时，输出电流信号为II和和II。这个电流变化信号由放。这个电流变化信号由放大器放大后成为控制电流，用来大器放大后成为控制电流，用来调理带材的走偏量。调理带材的走偏量。光电式边缘位置光电式边缘位置传感器原理图传感器原理图二、脉冲式光电传感器二、脉冲式光电传感器 光电元件的开关光电元件的开关运用形状运用形状 1 1光电式测速计光电式测速计 将一个带有遮盖挡板的光电池将一个带有遮盖挡板的光电池接入图示的电路中，当物体以速接入图示的电路中，当物体以速度度 移过光电池外表时，遮挡射移过光电池外表时，遮挡射向光电池的光线，光电池便有阶向光电池的光线，光电池便有阶跃电压

46、输出，经微分后构成两个跃电压输出，经微分后构成两个脉冲输出，两脉冲之间的相隔时脉冲输出，两脉冲之间的相隔时间即为物体移过间即为物体移过 间隔的时间间隔的时间tt。V=L/ tV=L/ t2 2光电式转速计光电式转速计 光电式转速计将转速的变化变换成光电式转速计将转速的变化变换成光通量的变化，再经过光电元件转换光通量的变化，再经过光电元件转换成电量的变化。成电量的变化。 根据其任务方式可分为反射型和直根据其任务方式可分为反射型和直射型两种。射型两种。 反射式当间隔数一定时，电脉冲数便与转速成正反射式当间隔数一定时，电脉冲数便与转速成正比，电脉冲送至数字丈量电路，即成计数和显示比，电脉冲送至数字丈

47、量电路，即成计数和显示 直射式在孔数一定时，脉冲数就和转速成正比。直射式在孔数一定时，脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入丈量电路后被放大和整形，送入频率电脉冲输入丈量电路后被放大和整形，送入频率计显示。计显示。 光源光源光电光电元件元件另一种分类方法另一种分类方法 根据影响光电元器件接纳光通量的要素可根据影响光电元器件接纳光通量的要素可分为以下几种方式：分为以下几种方式：、光源本身是被测物、光源本身是被测物、被测物吸收光通量、被测物吸收光通量、被测物体反射光通量、被测物体反射光通量、被测物遮挡光通量、被测物遮挡光通量 、光源本身是被测物的运用实例、光源本身是被测物的运用实例 光的照度光的照度E

48、E的单位的单位是是lxlx勒克斯，勒克斯，它是常用的光度学它是常用的光度学单位之一，它表示单位之一，它表示受照物体被照亮程受照物体被照亮程度的物理量，可以度的物理量，可以用照度计来丈量。用照度计来丈量。 光电池光电池外加柔外加柔光罩光罩红外线辐射温度计红外线辐射温度计 红外线辐射温度红外线辐射温度计用于食品温度计用于食品温度丈量丈量红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅激光仅 用于瞄准用于瞄准红外线辐射温度计红外线辐射温度计在非接触体温丈量中的运用在非接触体温丈量中的运用耳温仪耳温仪 红外线辐射温度计在非接红外线辐射温度计在非接触温度丈量中的运用触温度丈量中的运用集成集成IC 温度丈

49、量温度丈量红外线辐射温度计在非接触温度红外线辐射温度计在非接触温度丈量中的运用续丈量中的运用续利用红色激光瞄准被测物利用红色激光瞄准被测物冷藏牛奶和面食冷藏牛奶和面食、被测物吸收光通量的运用实例、被测物吸收光通量的运用实例 光电式浊度光电式浊度计和含沙量计和含沙量丈量丈量将装有浊水的试管将装有浊水的试管插入仪器中插入仪器中烟雾报警器烟雾报警器 无烟雾时，光敏元无烟雾时，光敏元件接纳到件接纳到LEDLED发射的发射的恒定红外光。而在恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡进入检测室，遮挡了部分红外光，使了部分红外光，使光敏三极管的输出光敏三极管的输出信号减弱，经阀值信号减

50、弱，经阀值判别电路后，发出判别电路后，发出报警信号。报警信号。 烟雾烟雾报警报警 光光电电式式转转速表速表 光电式转光电式转速表属于速表属于反射式光反射式光电传感器，电传感器，它可以在它可以在距被测物距被测物数十毫米数十毫米外非接触外非接触地丈量其地丈量其转速。转速。 n =60( f /z ) 、被测物体反射光通量的运用实例、被测物体反射光通量的运用实例水泵转速丈量水泵转速丈量4 4、被测物遮挡光通量的运用实例、被测物遮挡光通量的运用实例 光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测器 光电传感器光电传感器 带材走偏时，带材走偏时，边缘经常与传边缘经常与传送机械发生碰送机械发生碰撞，易出现卷撞，易出现卷边，呵斥废品。边，呵斥废品。 当带材处于正确位置中间位置时，放大器输出电压当带材处于正确位置中间位置时，放大器输出电压UoUo为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带材为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带材跑偏的方向及大小。跑偏的方向及大小。 休休 息息 一一 下下 自然界中的任何物体,只需其温度高于绝对零度,都有红外线向周围空间幅射，温度不同，幅