光电传感器演示幻灯片课件(139页PPT)

1、光电传感器1第1页，共139页。光通量：每单位时间到达、离开或通过曲面的光能量光电传感器：是将光通量转换为电量的一种传感器，其最大特点是非接触测量光电传感器的基础是光电转换元件的光电效应 2第2页，共139页。 1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。 3第3页，共139页。 第一节 光电效应及光电元器件 用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串光子的轰击，组成这物体的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。 光电效应通常可以分为3类，有外光电效应，内光电效应和光生伏特效应。 4第4页，共139页。 外光电效应：在光线

2、的作下，能使电子逸出物体的表面。向外逸出的电子叫光电子。 基于外光电效应的光电元件有光电管、紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 光电管光电倍增管5第5页，共139页。 紫外光电管外形 当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外光电管多用于紫外线测量、火焰监测等。 紫外线6第6页，共139页。10.1.1 光电管 在一个真空泡内装有两个电极：光电阴极和光电阳极。 光电阴极通常是用逸出功小的光敏材料徐敷在玻璃泡内壁上做成，其感光面对准光的照射孔。 当光线照射到光敏材料上，光子的能量传递给阴极表面的电子，当电子获得的能量足够大时，便有电子逸出

3、，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。7第7页，共139页。光电管的结构和电路8第8页，共139页。光电管测量电路9第9页，共139页。光电管的光谱特性 由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱也有选择性。保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。 一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率f0，因此它们可用于不同的光谱范围。 除此之外，即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率f0，并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的

4、光谱特性。所以，对各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。10第10页，共139页。 受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。 基于内光电效应的元器件有光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，光敏达林顿管及光敏晶闸管等。10.1.2 基于内光电效应的光电元器件11第11页，共139页。光敏电阻 当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。 在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里。12第12页，共139页。光敏电阻结构符号（a）光敏电阻结构 （b）电极 （c）连接电路13第13页，共139页。光敏电阻 优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强

5、度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。 不足：需要外部电源，有电流时会发热。 14第14页，共139页。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，流过光敏电阻的电流增大。暗电流（越小越好）15第15页，共139页。光敏电阻的主要特性参数(1)暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。(2)亮电阻与亮电流 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。(3)光电特性 施加额定电压，置于室温时测得的电阻值与光照度的关系。（具有非线性）(4)光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。 16第16页，共139页。光敏

6、电阻的光照特性光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图为硫化镉光敏电阻的光照特性。17第17页，共139页。光敏电阻的温度特性 其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻的温度降低。18第18页，共139页。光敏晶体管的工作原理及结构 光敏二极管，光敏三极管，光敏达林顿管（光敏复合管）以及光敏晶闸管

7、等统称为光敏晶体管，可用于光的照度测量和控制。 光敏晶体管的具体特性参数见书P134表10-3所示。19第19页，共139页。光敏二极管1. 结构原理 光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。 图为光敏二极管结构简图和符号 20第20页，共139页。光敏二极管 将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，当在光敏二极管两端施加电压后，流过PN结的光电流也相应增大，光电流与光照度成正比。 21第21页，共139页。光敏二极管 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照射时

8、，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。光敏二极管接线图22第22页，共139页。 光敏二极管的反向偏置接线（参考上页图）及光电特性演示 在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。 当光照增加时，光电流I与光照度成正比关系。 光敏二极管的反向偏置接法UO+光照23第23页，共139页。红外发射、接收对管外形 红外发射管红外接收管（光敏二极管）典型应

9、用：会展入场人数计数器，由红外线发射和接收对管组成，其发射和接收的最大距离可达8米，并可在室内自然光下，进行准确的计数，无需对光采用聚焦措施。该计数器可用于城市会展人场人数的统计。24第24页，共139页。光敏三极管 光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般三极管很相似，只是它的发射极e一边做的很大,以扩大光的照射面积,且其基极b不接引线，故其外形与光敏二极管相似，从外观上较难区别。当集电极c加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态，集电极电流为原始光电流的倍，故其具有电流放大作用。 25第25页，共139页。光敏三极管外形 26第26页，共139页。光敏三极管内部结构 a

10、)内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图 1集电极引脚 2管芯 3外壳 4玻璃聚光镜 5发射极引脚 6N+ 衬底 7N型集电区 8SiO2保护圈 9集电结 10P型基区 11N型发射区 12发射结 27第27页，共139页。光敏二极管和光敏三极管的区别光电流光敏二极管一般只有几微安到几百微安，而光敏三极管一般都在几毫安以上，至少也有几百微安，两者相差十倍至百倍。光敏二极管与光敏三极管的暗电流则相差不大，一般都不超过1uA。响应时间光敏二极管的响应时间在100ns以下，而光敏三极管为510us。因此，当工作频率较高时，应选用光敏二极管；只有在工作频率较低时，才选用光敏三极管。输出特性光敏二极管有

11、很好的线性特性，而光敏三极管的线性较差。28第28页，共139页。光敏达林顿管 在需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图是达林顿光敏管，它是一个光敏晶体管和一个晶体管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。 光敏达林顿管29第29页，共139页。光敏晶闸管 光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a、阴极k和门极g 。它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。光敏晶闸管的特点

12、是：导通电流比光敏三极管大得多，工作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。光敏面30第30页，共139页。光敏晶体管的基本特性(1)光谱特性 指在一定光照度时， 输出的光电流（或用相对灵敏度表示）与入射光波长的关系。硅光敏晶体管的光谱特性图如下。 由图可知，硅晶体管的峰值波长为0.8m，接近红色光。此时灵敏度最大，而当入射光的波长增长或缩短时，相对灵敏度都会下降。 1滤光玻璃引起的光谱特性紫偏移2 硅晶体管的光谱特性3 滤光玻璃引起的光谱特性红偏移31第31页，共139页。(2)光电特性 0光照 光电流光敏 三极管光敏 二极管3000lx4mA请判断灵敏度的高低0.3mA

13、请计算当E=100lx时，光敏二极管的光电流I IE32第32页，共139页。 由图可知：光敏晶体管的光电流光照度成线性关系。光敏三极管的光电特性曲线斜率较大，说明灵敏度比光敏二极管高。 光敏二极管的光电特性的斜率为k=0.3/3000，那么光电流I=k*100=0.01mA33第33页，共139页。(3)温度特性 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。光敏晶体管的温度特性曲线如图所示。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流影响很小(图(b)，而对暗电流影响很大(图(a)， 所以在电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。 34第34页，共139页。基于光生伏特

14、效应的光电元件 光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，又称为太阳能电池。它是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在面积较大的光电池P区表面，产生电子-空穴对，光生电子因PN结的内电场而漂移到负极，空穴留在P区，从而产生光生电动势E。光照越强，光生电动势就越大。 命名方式：把光电池的半导体材料的名称冠于光电池之前。如，硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。35第35页，共139页。以硅光电池为例硅光电池结构图硅光电池的工作原理示意图36第36页，共139页。光电池的表示符号、基本电路 37第37页，

15、共139页。光电池外形光敏面38第38页，共139页。光电池的基本特性 (1) 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 从图中可知，不同材料的光电池，光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池波长在0.8m附近，硒光电池在0.5m附近。硅光电池的光谱响应波长范围为0.41.2m，而硒光电池只能为0.380.75m。可见，硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。 39第39页，共139页。(2)光电池的光电特性 一个典型的硅光电池的光电特性开路电压为 对数特性短路电流为 线性特性1光电池负载开路时开路电压曲线2负载短路时短路电流曲线 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势是

16、不同的，它们之间的关系就是光照特性。40第40页，共139页。 从图中看出， 短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时）与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。因此用光电池作为测量元件时， 应把它当作电流源的形式来使用， 不宜用作电压源。 41第41页，共139页。光电池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，利用光伏作用直接将大阳能转换成电能，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。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广泛应用。目前

17、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，成本会逐渐下降，太阳电池定将获得更广泛的应用。 将光电池作光电转换器件应用，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。42第42页，共139页。其他光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆形光电池43第43页，共139页。光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能 硅光电池板44第44页，共139页。太阳能手机充电器太阳能供LED警示标志牌太阳能电池45第45页，共139页。光电池在动力方面的应用（续）太阳能发

18、电46第46页，共139页。光电池自动干手器 手放入干手器时，手遮住灯泡发出的光，光电池不受光照，晶体管基极正偏而导通，继电器吸合。风机和电热丝通电，热风吹出烘手。手干抽出后，灯泡发出光直接照射到光电池上，产生光生电动势，使三极管基射极反偏而截止，继电器释放，从而切断风机和电热丝的电源。47第47页，共139页。第二节 光电元器件的基本应用电路 一、光敏电阻的基本应用电路 a）U与光照变化趋势相同的电路 b）U与光照变化趋势相反的电路 48第48页，共139页。二、光敏二极管应用电路 利用反相器可将光敏二极管的输出电压转换成TTL电平。 当光照增加，Ui2.4V,输出低电平=2.0V，输入低电

19、平=0.8V。50第50页，共139页。光敏三极管的应用电路51第51页，共139页。光敏三极管光控继电器电路 当无光照时，V1截止，I =0，则V2处于什么状态？继电器KA吸合还是释放？那么当有强光照时是怎样呢？52第52页，共139页。五、光电池的应用电路 光电池短路电流测量电路 I/U 转换电路的输出电压Uo与光电流I成正比，从而达到电流/电压转换的目的。若希望Uo为正值，可将光电池极性调换。光电池用于微光测量时，I可能较小，则应增加一级放大电路，并在第二级放大电路中使用电位器RP微调总的放大倍数。 一般为得到光电流与光照度成线性的特性，要求光电池的负载电阻趋于0，采用集成运算放大器组成

20、的转换电路就能满足要求，如图所示：53第53页，共139页。第三节 光电传感器的应用光电传感器的形式被测物是光源被测物吸收光通量被测物是有反射能力的表面被测物遮蔽光通量54第54页，共139页。 、光源本身是被测物的应用实例 光的照度E的单位是lx（勒克斯），它是常用的光度学单位之一，它表示受照物体被照亮程度的物理量，可以用照度计来测量。 光电池（外加柔光罩）55第55页，共139页。红外线传感器56第56页，共139页。红外线传感器概述 凡是存在于自然界的物体，例如人体、火焰甚至于冰都会放射出红外线，只是其发射的红外线的波长不同而已。 人体的温度为3637，所放射的红外线波长为9lOm(属于

21、远红外线区)，加热到400700的物体，其放射出的红外线波长为35m(属于中红外线区)。红外线传感器可以检测到这些物体发射出的红外线，用于测量、成像或控制。 用红外线作为检测媒介，来测量某些非电量，比可见光作为媒介的检测方法要好。57第57页，共139页。红外光检测的优越性 1可昼夜测量 红外线(指中、远红外线)不受周围可见光的影响，故可在昼夜进行测量。 2不必设光源 由于待测对象发射出红外线，故不必设光源。 3适用于遥感技术 大气对某些特定波长范围的红外线吸收甚少(22.6m，35m，814m三个波段称为“大气窗口”)，故适用于遥感技术。58第58页，共139页。1.红外线辐射温度计： 红外

22、辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-303000，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。59第59页，共139页。红外线辐射温度计外形 激光仅 用于瞄准60第60页，共139页。红外线辐射温度计外形 红外线辐射温度计用于食品温度测量61第61页，共139页。红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用耳温仪62第62页，共139页。红外线辐射温度计用于人体额温测量63第63页，共139页。 红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）64第64页，共139页

23、。2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用 1.热释电效应 若使某些强介电质物质的表面温度发生变化，在这些物质表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应，是热电效应的一种。具有这种效应的介质制成的元件称为热释电元件。 这种现象在钛酸钡之类的强介电质物质材料上表现得特别显著。 热释电效应产生的电荷不是永存的，很快便被空气中的各种离子所结合。 65第65页，共139页。 热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。 热释电元件外形 66第66页，共139页。热释电传感器简介 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红

24、外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等 您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品或自动化控制装置。67第67页，共139页。PZT即热释电元件锆钛酸铅68第68页，共

25、139页。热释电传感器的内部电路两块反向串联的热释电晶片场效应管69第69页，共139页。热释电传感器工作原理 热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。 70第70页，共139页。菲涅尔透镜菲涅尔透镜热释电晶片物体或人体移动的速度越快，灵敏度就越高。 71第71页，共139页。菲涅尔透镜外形 传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离小于2m，而加上该

26、透镜后，其检测距离可增加3倍以上。72第72页，共139页。热释电报警器菲涅尔透镜设定按钮高分贝喇叭73第73页，共139页。热释电报警器（续）菲涅尔透镜 5mm接插件74第74页，共139页。热释电报警器（续） 吸顶式 热释电报警器75第75页，共139页。热释电传感器应用 热释电传感器用于自动亮灯，当然也可以用于防盗热释电传感器的感应范围76第76页，共139页。热释电感应灯热释电传感器77第77页，共139页。自动感应灯（参考施特朗公司资料）78第78页，共139页。热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测出屋内是否有人，微处理器据此自动调节空调的出风量，以达到节能的目的。 空调中

27、，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。上下范围左右范围79第79页，共139页。二、被测物吸收光通量的应用实例 光电式浊度计和含沙量测量将装有浊水的试管插入仪器中80第80页，共139页。光电式浊度计工作原理 1恒流源 2半导体激光器 3半反半透镜 4反射镜 5被测水样 6、9光电池 7、10电流/电压转换器 8标准水样 参比通道 81第81页，共139页。 2.烟雾报警器外形 （参考南京千里通公司 无线烟雾报警器资料） 无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三

28、极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。 烟雾报警82第82页，共139页。无线烟雾报警器内部结构 可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器83第83页，共139页。无线火灾烟雾传感器 无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。 无线发射器的报警距离在空旷地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到20米。8

29、4第84页，共139页。三、被测物体反射光通量的应用实例 1.反射式 烟雾报警器 在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。 当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。85第85页，共139页。2.光电式转速表外形 光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速，动态特性好，可用于高转速的测量而又不干扰被测物的转动。 86第86页，共139页。n =60( f /z ) 转速表前端发出的红色激光照射在旋转物

30、上，光线经黏贴在连轴器上的反光纸反射回来，旋转物每转一圈，转速表中的光敏接收器就产生一个脉冲信号。在1s的时间间隔内输出的脉冲数就反映了旋转物体的每秒转数，再乘以60后由数码显示器显示出每分钟的转数，即转速。87第87页，共139页。3.色彩传感器 色饱和图 色彩传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色彩检测，而不是直接测量颜色。人眼对各色光的敏感程度88第88页，共139页。色彩传感器的用途 现代化工业生产中，颜色检测和颜色识别等的应用越来越多。例如，在包装生产中机器要确定哪种产品放在什么颜色的包装中、如何保证产品的正面朝向包装盒的玻璃纸窗口等等。89第89页

31、，共139页。色彩传感器外形（续）90第90页，共139页。色彩传感器 色彩传感器的工作原理是光生伏特效应，其输出是与分解后的三路光信号成正比的电流信号Ir、Ig、Ib，它们分别经I/U转换器转换为电压信号，由计算机根据色度学原理，计算出被测物的颜色参数。91第91页，共139页。色彩传感器在流水线上检测产品的颜色92第92页，共139页。产品包装色彩检测、分选93第93页，共139页。4.光电自动门自动门光电传感器放大图有效检测区域94第94页，共139页。四、被测物遮蔽光通量的应用实例 1.光电式带材跑偏检测器 光电传感器 带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成废品。 当

32、带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压Uo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。 95第95页，共139页。光电式带材跑偏检测控制器原理1 被测带材 2卷取电机 3卷取辊 4液压缸 5活塞 6滑台 7光电检测装置 8光源 9、10透镜 11-光敏电阻R1 12遮光罩 96第96页，共139页。带材纠偏系统97第97页，共139页。光纤传感器 光纤传感器抗电磁干扰能力强；灵敏度较高；安全；灵巧轻便；使用方便 98第98页，共139页。光纤传感元件 光导纤维是用比头发丝还细的石英玻璃制成的，每根光纤由圆柱形的内芯和包层组成。内芯的折射率略大于包层的折射率。

33、光是直线传播的。然而入射到光纤中的光线却能限制在光纤中，而且随着光纤的弯曲而走弯曲的路线，并能传送到很远的地方去。 光纤的直径比光的波长大很多，它工作的基础是光的全内反射。 99第99页，共139页。光导纤维中光的传输特性100第100页，共139页。光纤传感器结构101第101页，共139页。光纤液位传感器 102第102页，共139页。结构特点：光纤测头端有一个圆锥体反射器。当测头置于空气中没接触液面时，光线在圆锥体内发生全内反射而回到光电二极管。当测头接触液面时，由于液体折射率与空气不同，全内反射被破坏，有部分光线透入液体内，使返回到光电二极管的光强变弱；返回光强是液体折射率的线性函数。

34、返回光强发生突变时，表明测头已接触到液位。光电接收器的要求不高。由于同种溶液在不同浓度时的折射率不同，经标定，这种液位传感器也可作浓度计。光纤液位计可用于易燃、易爆场合，但不能探测污浊液体及会粘附在测头表面的粘稠物质。103第103页，共139页。第四节 光电开关及光电断续器 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收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。 104第104页，共139页。一、光电开关光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制

35、，从而获得最终的控制输出“开”、 “关”信号的器件。 光电开关的特点是小型、高速、非接触。105第105页，共139页。二、光电开关的结构和分类 光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。 遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。 106第106页，共139页。 光电开关外形107第107页，共139页。遮断型光电开关示意图遮断报警108第108页，共139页。遮断式光电开关原理ObjectReceiver 遮断式光电开关由相互分离

36、且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器109第109页，共139页。光电开关在 流水线上的应用送料器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向罐装高度检测储料仓落料口遮断式光电开关（计数）110第110页，共139页。光幕 两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器111第111页，共139页。 光幕应用 当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光线被遮断（报警）112第112页，共139

37、页。 光幕应用（续）产品高度测量113第113页，共139页。 光幕应用（续）三维尺寸检测宽度 测量长度 测量高度 测量114第114页，共139页。 光幕应用（续）木材外形截面积检测115第115页，共139页。光幕应用（续）纠偏 光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。116第116页，共139页。 光幕应用（续）光幕用于 自动收费系统的车辆检测117第117页，共139页。 光幕应用（续）锻压机床的 安全区域设置 及入侵报警118第118页，共139页。 光幕应用（续）安全区示警119第119页，共139页。反射型光电开关 反射型光电开关分为

38、两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。 反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。 120第120页，共139页。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开关产生开关信号。检测距离检测距离121第121页，共139页。反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器于一身122第122页，共139页。反射镜反射型光电开关工作原理 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将