最新光電式傳感器培訓

1、光電式傳感器光電式傳感器主要內容主要內容光電元件 （光敏二極管、光敏三極管、 光敏電阻、光電池）紅外光傳感器光纖傳感器光柵傳感器激光傳感器 光電式傳感器的工作原理： 首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后通過光電轉換元件變換成電信號。 光電器件的作用是將光信號轉變?yōu)殡婋娦盘枴?其工作的物理基礎是光電效應。 光電效應光電效應：在光照射下，物體中的電子吸收了入射光子的能量，發(fā)生電學效應的現(xiàn)象 光電效應的分類光電效應的分類：外光電效應、內光電效應、光生伏特效應。 外光電效應外光電效應：在光作用下電子逸出物體表面的現(xiàn)象。光電效應方程發(fā)生光電效應入射光的最小頻率： 對應的最大波長（稱紅限頻率）：要發(fā)

2、生光電效應，入射光頻率或波長應該滿足：0202/avmhham/00/ ahcm00/ahcha或 內光電效應內光電效應：光作用使光電器件的電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。如：光敏電阻。 光生伏特效應光生伏特效應：光作用使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。如光電池，光敏二極管、光敏三極管。hgrhe2.1 光電元件光電元件 光電元件通常分為半導體光電元件和真空光電元件。 半導體光電元件有：光敏二極管、光敏三極管、光電池、光敏電阻等；真空光電元件有：光電倍增管等。一、光敏二極管 1、工作原理工作原理：利用光子引起的電子躍遷將光信號轉變成電信號，光生電流與光強成正比。 用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、光

3、電檢測等 光敏二極管在在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)，沒有光照射時, 反向電阻很大, 反向電流很小, 這反向電流稱為暗電流。二極管處于截止狀態(tài)。 當光照射在pn結上時, 光子打在pn結附近, 使pn結附近產(chǎn)生電子-空穴對。它們在pn結處的內電場作用下作定向運動, 形成光電流。二極管處于導通狀態(tài)。光的照度越大, 光電流越大。2、光敏二極管的基本特性、光敏二極管的基本特性：光譜特性光譜特性：光敏二極管在一定照度時， 輸出的光電流（或用相對靈敏度表示）與入射光波長的關系。100806040200 0.51.01.52.0入射光鍺硅k / (%)m/伏安特性伏安特性： 當光照時，反向電流隨著光照強度的變

4、化。 在不同的照度下，伏安特性曲線幾乎平行。 光的顏色會隨著溫度的升高而變化，這種光源的溫度就叫該光源的色溫色溫。0.100.080.060.040.02i / ma1200 1x1000 1x800 1x600 1x400 1x200 1x0 10 20 30 40 5010864201020304050500 1x400 1x300 1x200 1x100 1xi / ma反 向 電 壓 / v集 電 極 發(fā) 射 極 電 壓 / v(a)(b)色溫1526k光照特性光照特性：光電流與照度的關系，線性關系溫度特性溫度特性：暗電流及光電流與溫度的關系。溫度變化 對光電流影響很小，而對暗電流影響

5、很大頻率特性頻率特性：光敏管輸出的光電流（或相對靈敏度）隨頻率變化的關系。光敏二極管的頻率特性是半導體光電器件中最好的一種。響應特性響應特性：硅光敏二極管的上升時間不超過5納秒，適合用于快速響應或高頻調制。3、光敏二極管的應用光敏二極管的應用 光電路燈控制電路光電路燈控制電路：無光照時，光敏二極管反向截止，r1上的壓降va很小，t1和t2截止，繼電器j不動作，路燈保持亮； 有光照時，光敏二極管反向電阻下降， va上升t1和t2導通，j動作常閉端打開，路燈保持亮。白天燈滅，晚上燈亮，起到自動控制的作用。 光強測量電路光強測量電路：由穩(wěn)壓管、光敏二極管和電橋組成測量電路。 無光照時，va很大，fe

6、t導通，調整rw使電橋平衡，即指針為0。 有光照時，va下降， r2上電流下降， vb減??；光照不同， va不同， r2上壓降不同，光強可以通過電流計讀數(shù)顯示出來。二、光敏三極管 結構與工作原理結構與工作原理：大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結就是反向偏壓，當光照射在集電結時，會產(chǎn)生電子空穴對，光生電子被拉到集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。 npc光nebbec(a)(b)rle光敏三極管的基本特性光敏三極管的基本特性：類似光敏二極管。光敏三極管的應用光敏三極管的應用 脈沖編碼器脈沖編碼器：vi是電源

7、，v0是輸出電壓，a和b是光敏二極管的發(fā)射端和光敏三極管的接收端。轉軸以轉速n轉動時，輻條樹為n的光柵轉盤也轉動，輸出電信號為頻率f = nn的脈沖 光電數(shù)字轉速傳感器光電數(shù)字轉速傳感器：原理如下圖，接收光信號的是光敏二極管或三極管。由脈沖編碼器原理， n= f / n，用頻率計測出f，就可得到轉速n。光電脈沖轉換電路如下圖 其中bg3和bg4組成射極耦合觸發(fā)器，有光照bg1時使u0為高電位，反之u0為低電位 光電式煙塵濃度計光電式煙塵濃度計：光敏三極管6和7輸出電壓u1和u2由遠算器8算出u1和u2的比值，進一步算出濃度。 電子蠟燭電子蠟燭：接通電源后，當光敏三極管3du無光照時可控硅vs觸

8、發(fā)端g因無觸發(fā)電流而關斷，燈zd不亮。當點燃火柴并靠近3du時，其c、e極間電阻迅速降低，vs導通，燈亮。當火柴熄滅后，由于vs有自鎖功能，燈一直亮著。若對著氣動開關sa1吹氣，sa1的動片被吹離觸點，切斷了燈和vs的電源，燈滅。由于vs有自鎖功能，sa1復原接通電源，燈也不會亮，只有再點燃火柴用光照光敏三極管才行。燈就象電子蠟燭。三、光敏電阻光敏電阻1、光敏電阻的結構與工作原理、光敏電阻的結構與工作原理 光敏電阻又稱光導管, 它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性, 是一個電阻器件。 制作光敏電阻的材料一般是金屬硫化物和金屬硒化物，通常采用涂敷、噴涂等方法，在陶瓷基片上涂上半

9、導體薄膜，經(jīng)燒結而成。 光敏電阻的結構光敏電阻的結構：在底板上均勻地涂上一層薄薄的半導體物質，稱為光導層。半導體的兩端裝有金屬電極與引出線端相連接，通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質的影響，在半導體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內透射率最大。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案，金 屬 電 極半 導 體玻 璃 底 板電 源檢 流 計rlei(a)(b)(c)ra光敏電阻結構 光敏電阻電極 光敏電阻接線圖光敏電阻工作原理光敏電阻工作原理-內光電效應 光照射到本征半導體上，材料中的價帶電子吸收了光子能量躍遷到導帶，激發(fā)出電子、空穴對，增強了導電性能，

10、使阻值降低。光照停止，電子空穴對又復合，阻值恢復。亮電阻很小，暗電阻很大 。 要使價帶電電子躍遷到導帶，入射光子的能量滿足hge導帶價帶uagreiggehcoreh/剛好發(fā)生內光電效應的臨界波長為：nmemejemjehcgggg1625834010988. 110988. 1)()(10310626. 62、光敏電阻的主要參數(shù)與基本特性、光敏電阻的主要參數(shù)與基本特性主要參數(shù)有 (1) 暗電阻 亮電阻光電流 暗電阻：光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻， 此時流過的電流稱為暗電流。 亮電阻：光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。 光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電

11、流。 (2) 光譜范圍 對應于一定敏感程度的波長響應區(qū)間 (3) 響應時間 光敏電阻從停止光照到電流下降到原來值的63%所需要的時間（無其他負載），一般低于20ms基本特性基本特性：光照特性 光電靈敏度 光譜特性 1）光照特性光照特性：在一定外加電壓下，光敏電阻光電流和光照強度之間的關系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖為硫化鎘光敏電阻的光照特性。0.050.100.150.200.250.300.350.4000.20.40.60.81.01.21.4i / ma / lm光敏電阻不光敏電阻不宜用作測量宜用作測量元件，但可元件，但可用于自動控用于自動控制中的

12、光電制中的光電開關開關 2）光電靈敏度光電靈敏度 單位光通量入射時光敏電阻輸出的光電流 單位外加電壓下的光電靈敏度稱相對靈敏度 3）光譜特性光譜特性 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應。ddi/uk/ 對應于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，不同材料的光敏電阻光譜響應曲線也不同。 硫化鎘光敏電阻的光譜響應的峰值在可見光區(qū)域，常被用作照度計的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應于近紅外和中紅外區(qū)， 常用做火焰探測器的探頭。 /a4）頻率特性頻率特性 光敏電阻的光電流不能隨著光強改變

13、而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大。 圖表明硫化鉛的使用頻率范圍較大。 100806040200101001 00010 000硫 化 鎘硫 化 鉛s /( %)f / hz5）溫度特性溫度特性 光敏電阻溫度變化影響光敏電阻的光譜響應。 溫度變化時，影響光敏電阻的光譜響應、靈敏度和暗電阻，尤其是響應于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。圖為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線，峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，硫化鉛光敏 電阻要在低溫、恒 溫的條件下使用。 對于可見光的光敏 電阻， 其溫度影響 要小一些。 光敏電阻

14、優(yōu)缺點：光敏電阻優(yōu)缺點： 光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點，所以應用廣泛。此外許多光敏電阻對紅外線敏感，適宜于紅外線光譜區(qū)工作。光敏電阻的缺點是型號相同的光敏電阻參數(shù)參差不齊，并且由于光照特性的非線性，不適宜于測量要求線性的場合，常用作開關式光電信號的傳感元件3、光敏電阻的應用、光敏電阻的應用1）照度監(jiān)視器 rg、r1、rw為采光電路，t1、t2為差動放大電路， t2、t3為復合開關，ic為音樂集成電路， t4、t5為復合功率放大電路， 當光照低于100lx時， rg值大， t1截止， t2、t3導通，ic工作，揚聲器發(fā)聲；當光照高于100lx時， rg值小， t1導通， t2、t3截止，ic不工作，揚聲器不發(fā)聲；2）應急自動照明燈 sa在位置1時對蓄電池充電3）自動調光臺燈 當開關sa1在手控位置時，與普通調光臺燈一樣，雙向可控4）帶材跑偏檢測裝置 r1作為測量元件安裝在帶料