47光電式傳感器

1、5:06 pm15:06 pm24.7 光電傳感器光電傳感器 4.7.1 光電效應(yīng)及光電器件光電效應(yīng)及光電器件 光電傳感器是將光量轉(zhuǎn)換為電量。光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電傳感器是將光量轉(zhuǎn)換為電量。光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。 光照射在物體上可以看成光照射在物體上可以看成是一連串的具有一定能量是一連串的具有一定能量的光子轟擊這些物體的表的光子轟擊這些物體的表面；光子與物體之間的聯(lián)面；光子與物體之間的聯(lián)接體是電子。所謂接體是電子。所謂光電效光電效應(yīng)應(yīng)是指物體吸收了光能后是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電效應(yīng)可分成

2、光電效應(yīng)可分成外光電效外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類。兩類。5:06 pm3 5:06 pm4一一. .外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 在光線照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外在光線照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也叫光電發(fā)射效應(yīng)。光電效應(yīng)，也叫光電發(fā)射效應(yīng)。 其中，向外發(fā)射的電子稱為光電其中，向外發(fā)射的電子稱為光電子，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的物質(zhì)稱為光電材料。子，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的物質(zhì)稱為光電材料。 根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量。因此根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量。因此要使一個(gè)電子從物體表面逸出，必須使光子能量要使一個(gè)電子從物體表面

3、逸出，必須使光子能量大于該物體大于該物體的表面逸出功的表面逸出功a a。各種不同的材料具有不同的逸出功。各種不同的材料具有不同的逸出功a a，因此對(duì)，因此對(duì)某特定材料而言，將有一個(gè)頻率限某特定材料而言，將有一個(gè)頻率限oo( (或波長(zhǎng)限或波長(zhǎng)限oo) )，稱為，稱為“紅限紅限”。當(dāng)入射光的頻率低于。當(dāng)入射光的頻率低于oo時(shí)時(shí)( (或波長(zhǎng)大于或波長(zhǎng)大于oo) )，不論，不論入射光有多強(qiáng)，也不能激發(fā)電子；當(dāng)入射頻率高于入射光有多強(qiáng)，也不能激發(fā)電子；當(dāng)入射頻率高于oo時(shí)，不管時(shí)，不管它多么微弱也會(huì)使被照射的物體激發(fā)電子，光越強(qiáng)則激發(fā)出的它多么微弱也會(huì)使被照射的物體激發(fā)電子，光越強(qiáng)則激發(fā)出的電子數(shù)目越多

4、。紅限波長(zhǎng)可用下式求得：電子數(shù)目越多。紅限波長(zhǎng)可用下式求得： c_光速光速; ;h h_普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) ahc/0動(dòng)畫動(dòng)畫5:06 pm5光電效應(yīng)的規(guī)律是：光電效應(yīng)的規(guī)律是： (1) 任何一種金屬都有一個(gè)任何一種金屬都有一個(gè)_頻率頻率, 入射光的頻率必須入射光的頻率必須_這個(gè)頻率這個(gè)頻率, 才能產(chǎn)生光電效應(yīng)才能產(chǎn)生光電效應(yīng); (2) 光電子的最大初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能與 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān), 只隨著只隨著 的增大而增大的增大而增大; (3) 入射光照射到金屬上時(shí)入射光照射到金屬上時(shí), 光電子的發(fā)射幾乎是光電子的發(fā)射幾乎是_; (4) 產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí), 光電流的強(qiáng)度與光電流的強(qiáng)度與

5、 成正比成正比. 極限極限大于大于入射光的強(qiáng)度入射光的強(qiáng)度入射光頻率入射光頻率瞬時(shí)的瞬時(shí)的入射光的強(qiáng)度入射光的強(qiáng)度5:06 pm6基于外光電效應(yīng)的光電器件屬于光電發(fā)射型器件，有基于外光電效應(yīng)的光電器件屬于光電發(fā)射型器件，有光電管、光光電管、光電倍增管電倍增管等。光電管有等。光電管有真空光電管和充氣光電管真空光電管和充氣光電管。 1. 1. 光光電電管管 光電光電管受管受光照光照發(fā)射發(fā)射電子電子 光電管陽(yáng)極光電管陽(yáng)極a a通過(guò)通過(guò)rlrl與電源連接在管內(nèi)形成電場(chǎng)。光電管的陰極與電源連接在管內(nèi)形成電場(chǎng)。光電管的陰極k k受受到適當(dāng)?shù)恼丈浜蟊惆l(fā)射光電子，這些光電子在電場(chǎng)作用下被具有一到適當(dāng)?shù)恼丈浜蟊?/p>

6、發(fā)射光電子，這些光電子在電場(chǎng)作用下被具有一定電位的陽(yáng)極吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流。電阻定電位的陽(yáng)極吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流。電阻rlrl上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的電壓降正比于空間電流，其值與照射在光電管陰極電壓降正比于空間電流，其值與照射在光電管陰極k k上的光成函數(shù)關(guān)上的光成函數(shù)關(guān)系。如果在玻璃管內(nèi)充入惰性氣體系。如果在玻璃管內(nèi)充入惰性氣體( (如氬、氖等如氬、氖等) )即構(gòu)成即構(gòu)成充氣光電管充氣光電管。由于光電子流對(duì)惰性氣體進(jìn)行轟擊，使其電離，產(chǎn)生更多的自由電由于光電子流對(duì)惰性氣體進(jìn)行轟擊，使其電離，產(chǎn)生更多的自由電子，從而提高光電變換的靈敏度。子，從而提高光電變換的靈敏度。5:06 pm

7、7 紫外光電管外形紫外光電管外形 當(dāng)入射紫外線照射在紫當(dāng)入射紫外線照射在紫外管陰極板上時(shí)，電子外管陰極板上時(shí)，電子克服金屬表面對(duì)它的束克服金屬表面對(duì)它的束縛而逸出金屬表面，形縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外管多成電子發(fā)射。紫外管多用于紫外線測(cè)量、火焰用于紫外線測(cè)量、火焰監(jiān)測(cè)等。監(jiān)測(cè)等。 紫外線紫外線5:06 pm8在玻璃管內(nèi)除裝有光電陰極和光電陽(yáng)極外，尚裝有若干個(gè)光電倍增在玻璃管內(nèi)除裝有光電陰極和光電陽(yáng)極外，尚裝有若干個(gè)光電倍增極。光電倍增極上涂有在電子轟擊下能發(fā)射更多電子的材料。光電極。光電倍增極上涂有在電子轟擊下能發(fā)射更多電子的材料。光電倍增極的形狀及位置設(shè)置得正好能使前一級(jí)倍增極發(fā)射

8、的電子繼續(xù)倍增極的形狀及位置設(shè)置得正好能使前一級(jí)倍增極發(fā)射的電子繼續(xù)轟擊后一級(jí)倍增極。在每個(gè)倍增極間均依次增大加速電壓。設(shè)每級(jí)轟擊后一級(jí)倍增極。在每個(gè)倍增極間均依次增大加速電壓。設(shè)每級(jí)的培增率為的培增率為，若有，若有n n級(jí)，則光電倍增管的光電流倍增率將為級(jí)，則光電倍增管的光電流倍增率將為n n。 2.2.光電倍增管光電倍增管因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測(cè)紫外、可見和管在探測(cè)紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器中，具有極光電探測(cè)器中，具有極高的靈敏度和極低的噪高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管聲。另外，光

9、電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本還具有響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點(diǎn)低、陰極面積大等優(yōu)點(diǎn)5:06 pm9光電倍增管光電倍增管典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。側(cè)窗型光電倍增管（側(cè)窗型光電倍增管（r系列）是從玻璃殼的側(cè)面接收入射光，端窗型光電倍增系列）是從玻璃殼的側(cè)面接收入射光，端窗型光電倍增管（管（cr系列）則從玻璃殼的頂部接收射光。系列）則從玻璃殼的頂部接收射光。 5:06 pm10二二. .內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)在光線照射下，物體內(nèi)的電子不能逸出物體表面，而使物體在光線照射下，物體內(nèi)的電子不能逸出物體表

10、面，而使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)分為：光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)分為：光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)1.1.光電導(dǎo)效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)，使其導(dǎo)電性空穴對(duì)，使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)，光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生能增強(qiáng)，光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有件有光敏電阻光敏電阻( (光電導(dǎo)型光電導(dǎo)型) )和光敏二、三極管和光敏

11、二、三極管 。 5:06 pm111 1）光敏電阻）光敏電阻結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，有極性， 純粹是一個(gè)電阻器件，使用純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，無(wú)光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅值（亮電

12、阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，電阻越小越好， 此時(shí)光敏電阻的靈敏此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。 5:06 pm12光敏電阻是一種光電效應(yīng)半導(dǎo)體器件，應(yīng)光敏電阻是一種光電效應(yīng)半導(dǎo)體器件，應(yīng)用于光存在與否的感應(yīng)（數(shù)字量）以及光用于光存在與否的感應(yīng)（數(shù)字量）以及光強(qiáng)度的測(cè)量（模擬量）等領(lǐng)域。它的體電強(qiáng)度的測(cè)量（模擬量）等領(lǐng)域。它的體電阻系數(shù)隨照明強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，容許更阻系數(shù)隨照明強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，容許更

13、多的光電流流過(guò)。這種阻性特征使得它具多的光電流流過(guò)。這種阻性特征使得它具有很好的品質(zhì)：通過(guò)調(diào)節(jié)供應(yīng)電源就可以有很好的品質(zhì)：通過(guò)調(diào)節(jié)供應(yīng)電源就可以從探測(cè)器上獲得信號(hào)流，且有著很寬的范從探測(cè)器上獲得信號(hào)流，且有著很寬的范圍。圍。5:06 pm13 當(dāng)光敏電阻受到當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電光照時(shí)，光生電子子空穴對(duì)增加，空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增阻值減小，電流增大。大。暗電流（越小越好）暗電流（越小越好）5:06 pm142)2)光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管光敏晶體管通常指光敏二極管光敏晶體管通常指光敏二極管和光敏三極管，它們的工作原和光敏三極管，它們的工作原理也是基于內(nèi)光電效應(yīng)，

14、和光理也是基于內(nèi)光電效應(yīng)，和光敏電阻的差別僅在于光線照射敏電阻的差別僅在于光線照射在半導(dǎo)體在半導(dǎo)體pn結(jié)上，結(jié)上，pn結(jié)參與結(jié)參與了光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。將光敏二極了光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。將光敏二極管的管的pn 結(jié)設(shè)置在透明管殼頂結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，可以直接受到光部的正下方，可以直接受到光照射。光照射到光敏二極管的照射。光照射到光敏二極管的pn結(jié)時(shí)，電子結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。加，光電流與照度成正比。 5:06 pm15光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)和普通二極管相似，的結(jié)構(gòu)和普通二極管相似，只是它的只是它的pnpn結(jié)裝在管殼頂部，光線通結(jié)裝在管殼頂部，光線通過(guò)透鏡制成

15、的窗口，可以集中照射在過(guò)透鏡制成的窗口，可以集中照射在pnpn結(jié)上，光敏二極管在電路中通常處結(jié)上，光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)。于反向偏置狀態(tài)。pnpn結(jié)可以光電導(dǎo)效結(jié)可以光電導(dǎo)效應(yīng)工作，也可以光生伏特效應(yīng)工作。應(yīng)工作，也可以光生伏特效應(yīng)工作。處于反向偏置的處于反向偏置的pnpn結(jié)，在無(wú)光照時(shí)具結(jié)，在無(wú)光照時(shí)具有高阻特性，反向暗電流很小。當(dāng)光有高阻特性，反向暗電流很小。當(dāng)光照時(shí)，結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在結(jié)照時(shí)，結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在結(jié)電場(chǎng)作用下，電子向電場(chǎng)作用下，電子向n n區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴向向p p區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成光電流，方向與反區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成光電流，方向與反向電流一致。光的照度愈

16、大，光電流向電流一致。光的照度愈大，光電流愈大。由于無(wú)光照時(shí)的反偏電流很小，愈大。由于無(wú)光照時(shí)的反偏電流很小，一般為納安數(shù)量級(jí)，因此一般為納安數(shù)量級(jí)，因此光照時(shí)的反光照時(shí)的反向電流基本上與光強(qiáng)成正比向電流基本上與光強(qiáng)成正比。光敏二極管光敏二極管5:06 pm16紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形 紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管紅外接收管紅外接收管5:06 pm17光敏二極管的反向偏置接法光敏二極管的反向偏置接法 在沒有光照時(shí)，由于在沒有光照時(shí)，由于二極管反向偏置，所以反二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時(shí)的電流向電流很小，這時(shí)的電流稱為暗電流，相當(dāng)于普通稱為暗電流，相當(dāng)于普通二極管的反向飽和

17、漏電流。二極管的反向飽和漏電流。當(dāng)光照射在二極管的當(dāng)光照射在二極管的pnpn結(jié)結(jié)（又稱耗盡層）上時(shí)，在（又稱耗盡層）上時(shí)，在pnpn結(jié)附近產(chǎn)生的電子結(jié)附近產(chǎn)生的電子- -空穴空穴對(duì)數(shù)量也隨之增加，光電對(duì)數(shù)量也隨之增加，光電流也相應(yīng)增大，光電流與流也相應(yīng)增大，光電流與照度成正比。照度成正比。 光敏二極管接線圖光敏二極管接線圖 5:06 pm18光敏三極管光敏三極管有兩個(gè)有兩個(gè)pnpn結(jié)，因而可以獲得電結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度。其結(jié)構(gòu)如圖所示。度。其結(jié)構(gòu)如圖所示。 當(dāng)光敏三極管按圖當(dāng)光敏三極管按圖b)b)所示的電路連接時(shí)，所示的電

18、路連接時(shí)，它的集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置。它的集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置。無(wú)光照時(shí)僅有很小的穿透電流流過(guò)，當(dāng)光無(wú)光照時(shí)僅有很小的穿透電流流過(guò)，當(dāng)光線通過(guò)透明窗口照射集電結(jié)時(shí)，和光敏二線通過(guò)透明窗口照射集電結(jié)時(shí)，和光敏二極管的情況相似，將使流過(guò)集電結(jié)的反向極管的情況相似，將使流過(guò)集電結(jié)的反向電流增大，這就造成基區(qū)中正電荷的空穴電流增大，這就造成基區(qū)中正電荷的空穴的積累，發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子的積累，發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子( (電子電子) )將將大量注人基區(qū)，由于基區(qū)很薄，只有一小大量注人基區(qū)，由于基區(qū)很薄，只有一小部分從發(fā)射區(qū)注入的電子與基區(qū)的空穴復(fù)部分從發(fā)射區(qū)注入的電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，而

19、大部分電子將穿過(guò)基區(qū)流向與電源合，而大部分電子將穿過(guò)基區(qū)流向與電源正極相接的集電極，形成集電極電流正極相接的集電極，形成集電極電流icic。這個(gè)過(guò)程與普通三極管的電流放大作用相這個(gè)過(guò)程與普通三極管的電流放大作用相似，它使集電極電流似，它使集電極電流icic是原始光電流的是原始光電流的(l+(l+) )倍。這樣集電極電流倍。這樣集電極電流icic將隨入射光將隨入射光照度的改變而更加明顯地變化。照度的改變而更加明顯地變化。光敏三極管光敏三極管多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負(fù)（線，只有正負(fù)（c c、e e）兩個(gè)引腳，）兩個(gè)引腳，所以其外形與光敏二極管相似，所以其外

20、形與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。從外觀上很難區(qū)別。5:06 pm19光敏三極管外形光敏三極管外形 5:06 pm202. 光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到光照后產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體材料受到光照后產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)型器件是自發(fā)電式的，是有源器件。光生伏特效應(yīng)型器件是自發(fā)電式的，是有源器件。常用的光生伏特器件有光電池。常用的光生伏特器件有光電池。5:06 pm21光生伏特效應(yīng)是光照引起光生伏特效應(yīng)是光照引起pnpn結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。當(dāng)當(dāng)pnpn結(jié)兩端沒結(jié)兩端沒有外加電場(chǎng)時(shí)，在有外加電場(chǎng)時(shí)，

21、在pnpn結(jié)勢(shì)壘區(qū)內(nèi)仍然存在著內(nèi)建結(jié)電場(chǎng)，其方向是從結(jié)勢(shì)壘區(qū)內(nèi)仍然存在著內(nèi)建結(jié)電場(chǎng)，其方向是從n n區(qū)指向區(qū)指向p p區(qū)，如圖所示。當(dāng)光照射到結(jié)區(qū)時(shí)，光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)區(qū)，如圖所示。當(dāng)光照射到結(jié)區(qū)時(shí)，光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，電子推向在結(jié)電場(chǎng)作用下，電子推向n n區(qū)，空穴推向區(qū)，空穴推向p p區(qū)；電子在區(qū)；電子在n n區(qū)積累和空穴區(qū)積累和空穴在在p p區(qū)積累使區(qū)積累使pnpn結(jié)兩邊的電位發(fā)生變化，結(jié)兩邊的電位發(fā)生變化，pnpn結(jié)兩端出現(xiàn)一個(gè)因光照而產(chǎn)結(jié)兩端出現(xiàn)一個(gè)因光照而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。由于它可以像電池那樣為生的電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。由于它可以像

22、電池那樣為外電路提供能量，因此常稱為光電池。因此光生伏特型光電器件是自外電路提供能量，因此常稱為光電池。因此光生伏特型光電器件是自發(fā)電式的，屬有源器件。以可見光作光源的發(fā)電式的，屬有源器件。以可見光作光源的光電池光電池是常用的光生伏特是常用的光生伏特型器件，硒和硅是光電池常用的材料，也可以使用鍺。型器件，硒和硅是光電池常用的材料，也可以使用鍺。 pn結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖 5:06 pm22也稱硅太陽(yáng)能電池，它是用單也稱硅太陽(yáng)能電池，它是用單晶硅制成，在一塊晶硅制成，在一塊n n型硅片上型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些用擴(kuò)散的方法摻入一些p p型雜型雜質(zhì)而形成一個(gè)大面積的質(zhì)而形成

23、一個(gè)大面積的p-np-n結(jié)，結(jié)，p p層做得很薄層做得很薄, ,從而使光線能穿從而使光線能穿透到透到p-np-n結(jié)上。硅太陽(yáng)能電池結(jié)上。硅太陽(yáng)能電池具有輕便、簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣具有輕便、簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣體或熱污染，易于適應(yīng)環(huán)境。體或熱污染，易于適應(yīng)環(huán)境。因此凡是不能鋪設(shè)電纜的地方因此凡是不能鋪設(shè)電纜的地方都可采用太陽(yáng)能電池，尤其適都可采用太陽(yáng)能電池，尤其適用于為宇宙飛行器的各種儀表用于為宇宙飛行器的各種儀表提供電源。提供電源。 硅光電池硅光電池5:06 pm23光電池光電池外形外形光敏面光敏面5:06 pm24能提供較大電流的大面積光電池外形能提供較大電流的大面積光電池外形5:06 pm25光電

24、池在動(dòng)力方面的應(yīng)用光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能賽車太陽(yáng)能賽車太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能硅光電池板太陽(yáng)能硅光電池板5:06 pm26光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電5:06 pm27光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用5:06 pm28太陽(yáng)能太陽(yáng)能廣告屏廣告屏/太陽(yáng)能太陽(yáng)能廣告牌廣告牌/太陽(yáng)能太陽(yáng)能廣告燈廣告燈箱箱 5:06 pm29 主要用于道路十字路口、道路變窄、路面障礙、事故易發(fā)路口等危險(xiǎn)路段，通過(guò)led的閃爍發(fā)光，提醒司機(jī)行車注意，控制車速行駛。 工作原理是利用太陽(yáng)

25、能電池白天將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在可充電電池中，發(fā)光時(shí)led將電能轉(zhuǎn)化為光能，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能黃閃燈的閃爍發(fā)光，從而起到引導(dǎo)交通的作用。 5:06 pm304.7.2 光電式傳感器的形式光電式傳感器的形式 工作原理：首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過(guò)光電工作原理：首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)。轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)。分類：按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳感器。分類：按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳感器。 1. 1. 脈沖式光電傳感器脈沖式光電傳感器( (開關(guān)式）開關(guān)式） 脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅有兩種

26、穩(wěn)脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)定狀態(tài), ,也就是也就是“通通”、“斷斷”的開關(guān)狀態(tài)的開關(guān)狀態(tài), ,所以也稱為光電元件的所以也稱為光電元件的開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)。這類傳感器要求光電元件靈敏度高開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)。這類傳感器要求光電元件靈敏度高, ,而對(duì)光電特性而對(duì)光電特性的線性要求不高。主要用于零件或產(chǎn)品的自動(dòng)計(jì)數(shù)、光控開關(guān)、電的線性要求不高。主要用于零件或產(chǎn)品的自動(dòng)計(jì)數(shù)、光控開關(guān)、電子計(jì)算機(jī)的光電輸入設(shè)備、光電編碼器及光電報(bào)警裝置等方面。子計(jì)算機(jī)的光電輸入設(shè)備、光電編碼器及光電報(bào)警裝置等方面。5:06 pm312. 2. 模擬式光電傳感器模擬式光電傳感器模擬式光電傳感器的工作原

27、理是基于光電元件的光電特性模擬式光電傳感器的工作原理是基于光電元件的光電特性, ,其光通量是其光通量是隨被測(cè)量而變隨被測(cè)量而變, ,光電流就成為被測(cè)量的函數(shù)光電流就成為被測(cè)量的函數(shù), ,故又稱為光電傳感器的函故又稱為光電傳感器的函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)光電傳感器。這一類光電傳感器有如下幾種工作方式。數(shù)運(yùn)用狀態(tài)光電傳感器。這一類光電傳感器有如下幾種工作方式。被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間,根據(jù)被測(cè)物對(duì)光的吸收程度或?qū)ζ渥V線根據(jù)被測(cè)物對(duì)光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來(lái)測(cè)定被測(cè)參數(shù)。如測(cè)量液體、的選擇來(lái)測(cè)定被測(cè)參數(shù)。如測(cè)量液體、氣體的透明度、混濁度氣體的透明度、混濁度,對(duì)氣體

28、進(jìn)行成對(duì)氣體進(jìn)行成分分析分分析,測(cè)定液體中某種物質(zhì)的含量等。測(cè)定液體中某種物質(zhì)的含量等。恒定光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物體上恒定光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物體上,被測(cè)物體把部分光通量反射到光電元件被測(cè)物體把部分光通量反射到光電元件上上,根據(jù)反射的光通量多少測(cè)定被測(cè)物根據(jù)反射的光通量多少測(cè)定被測(cè)物表面狀態(tài)和性質(zhì)。例如測(cè)量零件的表面表面狀態(tài)和性質(zhì)。例如測(cè)量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。粗糙度、表面缺陷、表面位移等。5:06 pm32被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間,光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物遮去其一部光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物遮去其一部分分,使作用在光電元件上的光

29、通量減弱使作用在光電元件上的光通量減弱,減減弱的程度與被測(cè)物在光學(xué)通路中的位置弱的程度與被測(cè)物在光學(xué)通路中的位置有關(guān)。利用這一原理可以測(cè)量長(zhǎng)度、厚有關(guān)。利用這一原理可以測(cè)量長(zhǎng)度、厚度、線位移、角位移、振動(dòng)等。度、線位移、角位移、振動(dòng)等。被測(cè)物體本身就是輻射源，它可以直接被測(cè)物體本身就是輻射源，它可以直接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過(guò)一定的照射在光電元件上，也可以經(jīng)過(guò)一定的光路后作用在光電元件上。光電高溫計(jì)、光路后作用在光電元件上。光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外偵察和紅外遙感等均比色高溫計(jì)、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。這種方式也可以用于防火屬于這一類。這種方式也可以用于防火報(bào)警和構(gòu)成光照度計(jì)等

30、。報(bào)警和構(gòu)成光照度計(jì)等。5:06 pm334.7.3 光電式傳感器的常用光源光電式傳感器的常用光源 光源是許多光電傳感器的重要組成部分，要使光電傳感器很好地工作，光源是許多光電傳感器的重要組成部分，要使光電傳感器很好地工作，除了合理選用光電元件外，還必須配備合適的光源。除了合理選用光電元件外，還必須配備合適的光源。u發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，

31、廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。u鎢絲燈泡鎢絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對(duì)紅這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。u激光激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好

32、等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。5:06 pm34光電耦合器件是由發(fā)光元件光電耦合器件是由發(fā)光元件(如發(fā)光二極管如發(fā)光二極管)和光電接收元件合并使和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。 光電耦合器中的發(fā)光元光電耦合器中的發(fā)光元件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極管，光電接收元件有光敏電阻、光敏件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極管，光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管或光耦合器等。二極管、光敏三極管或光耦合器等。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又可分為用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測(cè)有無(wú)物體的光電可分為用于實(shí)現(xiàn)電隔離的

33、光電耦合器和用于檢測(cè)有無(wú)物體的光電開關(guān)。開關(guān)。4.7.4 光電耦合器件光電耦合器件5:06 pm351. 光電耦合器光電耦合器光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，一般有金屬封裝光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。和塑料封裝兩種。光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器，它具有抗干擾性能和單向光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器，它具有抗干擾性能和單向信號(hào)傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無(wú)觸點(diǎn)信號(hào)傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)及固態(tài)繼電器等場(chǎng)合開關(guān)及固態(tài)繼電器等場(chǎng)合.5:06 pm36圖4-116 工作

34、原理與輸入輸出特性a）工作原理 b）輸入輸出特性 c）同相輸出 光耦合器用于隔離用途以提高傳感器的抗干擾能力時(shí)，光耦合器用于隔離用途以提高傳感器的抗干擾能力時(shí)， 與與 必須必須是不同電源，光耦合器兩邊的參考是不同電源，光耦合器兩邊的參考“地地”不能連在一起，見圖不能連在一起，見圖4-116a、c，否則起不了提高抗干擾能力的作用。，否則起不了提高抗干擾能力的作用。uacu5:06 pm37 光電耦合器的一光電耦合器的一個(gè)重要特性是其輸入個(gè)重要特性是其輸入端相聯(lián)接的電路可以端相聯(lián)接的電路可以和其輸出端的電路完和其輸出端的電路完全隔開，并且在這兩全隔開，并且在這兩個(gè)電路之間可以安全個(gè)電路之間可以安全

35、地存在成百上千伏的地存在成百上千伏的電位差而不會(huì)對(duì)光電電位差而不會(huì)對(duì)光電耦合器的工作產(chǎn)生不耦合器的工作產(chǎn)生不利影響。利影響。 光電耦合器的另光電耦合器的另一個(gè)重要特性是用一個(gè)重要特性是用if控制控制i ，信號(hào)的傳遞，信號(hào)的傳遞是單向的。是單向的。特性特性5:06 pm38應(yīng)用應(yīng)用1）用于電平轉(zhuǎn)換）用于電平轉(zhuǎn)換 由于各種集成電路所用的電源電壓是不同的，如在一個(gè)系統(tǒng)中由于各種集成電路所用的電源電壓是不同的，如在一個(gè)系統(tǒng)中用二種材料的集成電路芯片，則需要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。另外各種傳用二種材料的集成電路芯片，則需要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。另外各種傳感器的電源電壓有時(shí)也難于與集成電路相同，故進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換有時(shí)感器的

36、電源電壓有時(shí)也難于與集成電路相同，故進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換有時(shí)是必要的。是必要的。 右圖是右圖是pmos電路電電路電平轉(zhuǎn)到平轉(zhuǎn)到ttl電路電平的電電路電平的電路圖。該電路中，輸入是路圖。該電路中，輸入是22伏到伏到0伏的脈沖，輸伏的脈沖，輸出是出是0伏到伏到5伏的脈沖，前伏的脈沖，前后電路完全是隔離的。后電路完全是隔離的。5:06 pm392）用于邏輯門電路）用于邏輯門電路 圖（圖（a）為兩個(gè)光電耦合器組成的與門電路，如果在輸入端）為兩個(gè)光電耦合器組成的與門電路，如果在輸入端a和和b同時(shí)輸入高電平同時(shí)輸入高電平“1”，則兩個(gè)發(fā)光二極管，則兩個(gè)發(fā)光二極管gy1和和gy2都都發(fā)光，兩個(gè)光敏三極管發(fā)光，兩個(gè)光

37、敏三極管gg1，和，和gg2都導(dǎo)通，都導(dǎo)通，在輸出端在輸出端c就呈現(xiàn)高電就呈現(xiàn)高電平平“1”。在輸入端。在輸入端a或或b中只要有一個(gè)為低電平中只要有一個(gè)為低電平“0”，則其中有一個(gè)光，則其中有一個(gè)光敏三極管不導(dǎo)通，輸出敏三極管不導(dǎo)通，輸出端端c就為就為“0”，故為與，故為與門電路。門電路。 5:06 pm40圖（圖（b）為與非門電路，）為與非門電路，它的原理與圖它的原理與圖(a)相似，相似，但輸出端不同，圖（但輸出端不同，圖（b）從集電極輸出，當(dāng)兩個(gè)從集電極輸出，當(dāng)兩個(gè)輸入端輸入端a和和b都為高電平都為高電平1”時(shí)，輸出為低電平時(shí)，輸出為低電平“0”，故為與非門電路。，故為與非門電路。5:06

38、 pm41圖（圖（c）為或門電路，它）為或門電路，它從發(fā)射極輸出，輸入端從發(fā)射極輸出，輸入端a或或b中有一個(gè)或兩個(gè)為中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平高電平“1”，則有一個(gè)，則有一個(gè)或兩個(gè)光敏三極管被照或兩個(gè)光敏三極管被照亮而導(dǎo)通，輸出為高電亮而導(dǎo)通，輸出為高電平平“1”，故為或門電路。，故為或門電路。5:06 pm42圖（圖（d）的原理與圖）的原理與圖(c)相似，但從集電相似，但從集電極輸出極輸出,輸入端輸入端a或或b中有一個(gè)或兩個(gè)為中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平高電平“1”，輸出，輸出就為低電平就為低電平“0”，故為或非門電路。故為或非門電路。5:06 pm433）起隔離作用）起隔離作用右圖用邏輯電路的信號(hào)來(lái)

39、右圖用邏輯電路的信號(hào)來(lái)觸發(fā)可控硅觸發(fā)可控硅scr，可按硅，可按硅的負(fù)載為電感性的開關(guān)電的負(fù)載為電感性的開關(guān)電路，采用光電耦合器后，路，采用光電耦合器后，負(fù)載所產(chǎn)生的尖峰噪聲不負(fù)載所產(chǎn)生的尖峰噪聲不會(huì)反饋到邏輯電路。會(huì)反饋到邏輯電路。光電耦合器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型器件，應(yīng)用范圍和生產(chǎn)量正在急劇光電耦合器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型器件，應(yīng)用范圍和生產(chǎn)量正在急劇增加。由于它具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可組成各種各樣的電路，因而可應(yīng)用在增加。由于它具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可組成各種各樣的電路，因而可應(yīng)用在測(cè)量?jī)x器、精密儀器、工業(yè)和醫(yī)用電子儀器自動(dòng)控制、遙控和遙測(cè)、測(cè)量?jī)x器、精密儀器、工業(yè)和醫(yī)用電子儀器自動(dòng)控制、遙控和遙測(cè)、

40、各種通信裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)電子設(shè)備等廣闊領(lǐng)域。各種通信裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)電子設(shè)備等廣闊領(lǐng)域。5:06 pm442. 2. 光電開關(guān)光電開關(guān)光電開關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光光電開關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出出“開開”、“關(guān)關(guān)”信號(hào)的器件。信號(hào)的器件。光電開關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非光電開關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸，而且與接觸，而且與ttl、mos等電路容易結(jié)合。等電路容易結(jié)合。圖圖(a)所示的是一種透射式的光電所示的是一種

41、透射式的光電開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當(dāng)不透明的物的光軸是重合的。當(dāng)不透明的物體位于或經(jīng)過(guò)它們之間時(shí)，會(huì)阻體位于或經(jīng)過(guò)它們之間時(shí)，會(huì)阻斷光路，使接收元件接收不到來(lái)斷光路，使接收元件接收不到來(lái)自發(fā)光元件的光，這樣起到檢測(cè)自發(fā)光元件的光，這樣起到檢測(cè)作用。作用。光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖5:06 pm45(a) 透射式的光電開關(guān)透射式的光電開關(guān) (b) 反射式的光電開關(guān)反射式的光電開關(guān)光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖圖圖5(b)所示是一種反射式的光電開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸所示是一種反射式的光電開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某

42、一角度相交，交點(diǎn)一般即為待測(cè)物所在處。當(dāng)有物體在同一平面且以某一角度相交，交點(diǎn)一般即為待測(cè)物所在處。當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，接收元件將接收到從物體表面反射的光，沒有物體時(shí)則接收不經(jīng)過(guò)時(shí)，接收元件將接收到從物體表面反射的光，沒有物體時(shí)則接收不到。到。5:06 pm46光電開關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸，而且與光電開關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸，而且與ttl、 mos等電路容等電路容易結(jié)合。易結(jié)合。 光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作為光控光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測(cè)裝置。可在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作物體檢測(cè)，制和光探測(cè)裝置?？稍谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中用作物

43、體檢測(cè)， 產(chǎn)品計(jì)數(shù)，產(chǎn)品計(jì)數(shù)， 料料位檢測(cè)，尺寸控制，位檢測(cè)，尺寸控制， 安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等。安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等。 光電開關(guān)的特點(diǎn)及應(yīng)用光電開關(guān)的特點(diǎn)及應(yīng)用5:06 pm47透射式光電開關(guān)示意圖透射式光電開關(guān)示意圖遮斷報(bào)警遮斷報(bào)警5:06 pm48透射式光電開關(guān)原理透射式光電開關(guān)原理objectreceiver 透射式光電開關(guān)由相互分離且相對(duì)安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當(dāng)被檢測(cè)物體位于發(fā)射器和接受器之間時(shí)，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。被檢測(cè)物體光發(fā)射器光接收器5:06 pm49光電開關(guān)在光電開關(guān)在 流水線上的應(yīng)用流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)定區(qū)域式

44、光電開關(guān)咖啡罐咖啡罐流水線運(yùn)行方向流水線運(yùn)行方向罐裝高度檢測(cè)罐裝高度檢測(cè)儲(chǔ)料倉(cāng)儲(chǔ)料倉(cāng)落料口落料口透射式光電開關(guān)（計(jì)數(shù)）透射式光電開關(guān)（計(jì)數(shù)）5:06 pm50光幕光幕 兩個(gè)柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對(duì)發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。接收器接收器5:06 pm51 光幕應(yīng)用光幕應(yīng)用 當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，起保護(hù)、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報(bào)警）光線被遮斷（報(bào)警）5:06 pm52 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測(cè)量產(chǎn)品高度測(cè)量5:06 pm53三維尺寸檢測(cè)三維尺寸檢測(cè)寬度寬度 測(cè)量測(cè)量長(zhǎng)度長(zhǎng)度 測(cè)量測(cè)量高度高度 測(cè)量測(cè)

45、量 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）5:06 pm54 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測(cè)木材外形截面積檢測(cè)5:06 pm55光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏糾偏 光幕可檢測(cè)出帶材在卷曲過(guò)程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使帶材向正確的方向運(yùn)動(dòng)（糾偏）。5:06 pm56 光幕用于自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的車輛檢測(cè)紅外線車輛分離器:專為公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的車輛分離檢測(cè)和分類檢測(cè)而設(shè)計(jì) ；用于判斷車輛的結(jié)束從而計(jì)算整車重量；完全消除跟車現(xiàn)象，將半掛車、全掛車、單車可靠分離，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)與車輛的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）5:06 pm57 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機(jī)床的鍛壓機(jī)床的安全

46、區(qū)域安全區(qū)域設(shè)置設(shè)置 及入侵報(bào)警及入侵報(bào)警5:06 pm58 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警安全區(qū)示警5:06 pm59反射型光電開關(guān)反射型光電開關(guān) 反射型光電開關(guān)分為兩種情況：反射鏡反射型及被測(cè)物漫反射型（簡(jiǎn)稱散射型）。 反射鏡反射型光電開關(guān)采用較為方便的單側(cè)安裝方式，但需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果。反射鏡通常使用三角棱鏡，它對(duì)安裝角度的變化不太敏感，有的還采用偏光鏡，它能將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光（波動(dòng)方向嚴(yán)格一致的光）反射回去，提高抗干擾能力。 5:06 pm60定區(qū)域反射式光電開關(guān)原理定區(qū)域反射式光電開關(guān)原理 定區(qū)域式光電開關(guān)有一個(gè)非常確定的檢測(cè)區(qū)域，不經(jīng)過(guò)該區(qū)域的

47、被測(cè)物體不會(huì)引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。檢測(cè)距離檢測(cè)距離5:06 pm61反射型光電開關(guān)及反射鏡外形反射型光電開關(guān)及反射鏡外形三角反射鏡三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身集發(fā)射、接收器于一身5:06 pm62反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理 反射鏡反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對(duì)安裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來(lái)的偏振光。反射板反射鏡反射鏡被測(cè)物體偏振光偏振光發(fā)射光發(fā)射光5:06 pm63被測(cè)物漫反射型光電開關(guān)原理被測(cè)物漫反射型光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被

48、檢測(cè)物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線 漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過(guò)該光電開關(guān)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。額定距離額定距離5:06 pm64漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用5:06 pm65反射型光電開關(guān)外形反射型光電開關(guān)外形電源指示電源指示信號(hào)指示信號(hào)指示5:06 pm66反射型光電開關(guān)外形（續(xù)）反射型光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器靈敏度調(diào)節(jié)電位器5:06 pm67光電開關(guān)應(yīng)用光電開關(guān)應(yīng)用透明度測(cè)量、控制透明度測(cè)量、控制質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)5:06 pm68 光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）加工控制加工控制5

49、:06 pm69 光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機(jī)械手定位機(jī)械手定位5:06 pm70光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）商標(biāo)方向檢測(cè)商標(biāo)方向檢測(cè)5:06 pm71光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作光控制光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作光控制和光探測(cè)裝置?？稍谧钥叵到y(tǒng)中用作物體檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、料位檢測(cè)、和光探測(cè)裝置?？稍谧钥叵到y(tǒng)中用作物體檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、料位檢測(cè)、尺寸控制、安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等用途。尺寸控制、安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等用途。 4.7.5 常見光電傳感器及應(yīng)用常見光電傳感器及應(yīng)用案例案例1 1：光電測(cè)速模型光電測(cè)速模型原理：在

50、被測(cè)轉(zhuǎn)速的電機(jī)原理：在被測(cè)轉(zhuǎn)速的電機(jī)上固定一個(gè)調(diào)制盤，將光上固定一個(gè)調(diào)制盤，將光源發(fā)出的恒定光調(diào)制成隨源發(fā)出的恒定光調(diào)制成隨時(shí)間變化的調(diào)制光。光線時(shí)間變化的調(diào)制光。光線每照射到光電器件上一次，每照射到光電器件上一次，光電器件就產(chǎn)生一個(gè)電信光電器件就產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)脈沖，經(jīng)放大器整形后號(hào)脈沖，經(jīng)放大器整形后記錄。記錄。5:06 pm72光電測(cè)速模型的兩種形式光電測(cè)速模型的兩種形式5:06 pm73光電式轉(zhuǎn)速表光電式轉(zhuǎn)速表 光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測(cè)物數(shù)十毫米外非接觸地測(cè)量其轉(zhuǎn)速。 n =60( f /z ) 5:06 pm74水泵轉(zhuǎn)速測(cè)量水泵轉(zhuǎn)速測(cè)量5:06 pm75案例案例

51、2.2.透射式光電傳感器及在煙塵濁度監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用透射式光電傳感器及在煙塵濁度監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用透射式光電傳感器是將發(fā)光管和光敏三極管等，以相對(duì)的方向裝在中間帶槽的透射式光電傳感器是將發(fā)光管和光敏三極管等，以相對(duì)的方向裝在中間帶槽的支架上。當(dāng)槽內(nèi)無(wú)物體時(shí)，發(fā)光管發(fā)出的光直接照在光敏三極管的窗口上，從支架上。當(dāng)槽內(nèi)無(wú)物體時(shí)，發(fā)光管發(fā)出的光直接照在光敏三極管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)槽內(nèi)時(shí)則擋住光線，光敏管無(wú)輸出，以此而產(chǎn)生大的電流輸出，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)槽內(nèi)時(shí)則擋住光線，光敏管無(wú)輸出，以此可識(shí)別物體的有無(wú)。適用于光電控制、光電計(jì)量等電路中，可檢測(cè)物體的有無(wú)、可識(shí)別物體的有無(wú)。適用于光電控制、

52、光電計(jì)量等電路中，可檢測(cè)物體的有無(wú)、運(yùn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)速等方面。運(yùn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)速等方面。透射型透射型byd3m.tdt光電傳感器使用示意圖光電傳感器使用示意圖 5:06 pm76防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是通過(guò)光在煙道在傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙煙道里的煙塵濁度是通過(guò)光在煙道在傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸

53、收和折射增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光減少。因此光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。減少。因此光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。吸收式煙塵濁度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成框圖吸收式煙塵濁度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成框圖 5:06 pm77 光電式濁度計(jì)和含沙量測(cè)量光電式濁度計(jì)和含沙量測(cè)量將裝有濁水的試管插入儀器中將裝有濁水的試管插入儀器中5:06 pm78案例案例3.3.光電式帶材跑偏檢測(cè)器光電式帶材跑偏檢測(cè)器帶材跑偏檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)帶型材料在加工帶材跑偏檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)帶型材料在加工中偏離正確位置的大小及方向中偏離正確位置的大小及方向,從而為糾

54、偏從而為糾偏控制電路提供糾偏信號(hào)控制電路提供糾偏信號(hào),主要用于印染、送主要用于印染、送紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過(guò)程中。光電式帶材紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過(guò)程中。光電式帶材跑偏檢測(cè)器原理如圖所示。光源發(fā)出的光跑偏檢測(cè)器原理如圖所示。光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡線經(jīng)過(guò)透鏡1會(huì)聚為平行光束會(huì)聚為平行光束,投向透鏡投向透鏡2,隨后被會(huì)聚到光敏電阻上。在平行光束到隨后被會(huì)聚到光敏電阻上。在平行光束到達(dá)透鏡達(dá)透鏡2的途中的途中,有部分光線受到被測(cè)帶材有部分光線受到被測(cè)帶材的遮擋的遮擋,使傳到光敏電阻的光通量減少。使傳到光敏電阻的光通量減少。 帶材跑偏檢測(cè)器工作原理帶材跑偏檢測(cè)器工作原理5:06 pm79帶材糾偏系統(tǒng)帶材糾偏

55、系統(tǒng) 帶材走偏時(shí)，邊緣經(jīng)常與傳送機(jī)械發(fā)生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成廢品。當(dāng)帶材處于正確位置（中間位置）時(shí)，放大器輸出電壓uo為零；當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。 5:06 pm80當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減少，光敏電阻當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減少，光敏電阻1阻值減少，電橋失去平衡。差動(dòng)阻值減少，電橋失去平衡。差動(dòng)放大器將這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓為負(fù)值，它反映了帶材跑偏的放大器將這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓為負(fù)值，它反映了帶材跑偏的方向及大小。反之，當(dāng)帶材右偏時(shí)，為正值。輸出信號(hào)一方面由顯方向及大小。反之，當(dāng)帶材右偏時(shí)，為正值。輸出信號(hào)一方面由顯示器顯示出來(lái)

56、，另一方面被送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為糾偏控制系統(tǒng)提供糾偏信號(hào)。示器顯示出來(lái)，另一方面被送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為糾偏控制系統(tǒng)提供糾偏信號(hào)。左圖為測(cè)量電路簡(jiǎn)圖。左圖為測(cè)量電路簡(jiǎn)圖。1、2是同型號(hào)的光是同型號(hào)的光敏電阻。敏電阻。1作為測(cè)量元作為測(cè)量元件裝在帶材下方，件裝在帶材下方，2用用遮光罩罩住遮光罩罩住,起溫度補(bǔ)償起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)帶材處于正確作用。當(dāng)帶材處于正確位置位置(中間位中間位)時(shí)，由時(shí)，由1、2、3、4組成的組成的電橋平衡，使放大器輸電橋平衡，使放大器輸出電壓為出電壓為0。測(cè)測(cè)量量電電路路 r25:06 pm81用容積法計(jì)量包裝的成品，除了對(duì)重量有一定誤差范圍要求外，一般還對(duì)充填高用容積法計(jì)量包裝的成

57、品，除了對(duì)重量有一定誤差范圍要求外，一般還對(duì)充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。下圖為借助光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度偏差太大時(shí)，光電下圖為借助光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度偏差太大時(shí)，光電接頭沒有電信號(hào)，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。接頭沒有電信號(hào)，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。 圖：利用光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度圖：利用光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度利用光電開關(guān)還可以進(jìn)行產(chǎn)品流水線上的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、對(duì)裝配件是否到位及裝配質(zhì)利用光電開關(guān)還可以進(jìn)行產(chǎn)品流水線上

58、的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、對(duì)裝配件是否到位及裝配質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，例如灌裝時(shí)瓶蓋是否壓上、商標(biāo)是否漏貼，以及送料機(jī)構(gòu)是否斷料量進(jìn)行檢測(cè)，例如灌裝時(shí)瓶蓋是否壓上、商標(biāo)是否漏貼，以及送料機(jī)構(gòu)是否斷料等。等。 案例案例4.4.包裝充填物高度檢測(cè)包裝充填物高度檢測(cè)5:06 pm82案例案例5 5：光電鼠標(biāo)就是利用：光電鼠標(biāo)就是利用ledled與光敏晶體管組合來(lái)測(cè)量位移與光敏晶體管組合來(lái)測(cè)量位移5:06 pm83案例案例6 6：亮度傳感器：亮度傳感器：通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。5:06 pm84圖2.6.7 光控調(diào)光電路rgr1 100kr262ksc0.02220lb70v+50in4004db3scr3a/400v光敏電阻調(diào)光電路光敏電阻調(diào)光電路下圖是一種典型的光控調(diào)光電路，其工作原理是：當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r(shí)引起光敏下圖是一種典型的光控調(diào)光電路，其