傳感器及其自動(dòng)檢測(cè)第4章

普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS第四章光電式傳感器本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：

1、光電效應(yīng)及其光電元件2、光電式傳感器的應(yīng)用普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS罐裝生產(chǎn)流水線動(dòng)畫(huà)演示普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS、光電效應(yīng)1.外光電效應(yīng)§4－1光電效應(yīng)及其光電元件

在光線作用下，物體吸收光能量而產(chǎn)生相應(yīng)電效應(yīng)的一種物理現(xiàn)象。在光線作用下，電子從物體表面逸出的物理現(xiàn)象

外光電效應(yīng)動(dòng)畫(huà)演示普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS各種光電管外形圖普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS2、內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光敏晶體管效應(yīng)光生伏特效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)動(dòng)畫(huà)演示在光線作用下，物體電導(dǎo)性能發(fā)生變化或產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光敏電阻外形圖普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光敏二極管外形圖光敏三極管外形圖普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS各種光電池外形圖普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS二、光電元件1.光電管（1）原理：基于外光電效應(yīng)真空管、光電陰極K和光電陽(yáng)極A（2）符號(hào)與結(jié)構(gòu)：光電管外形圖普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS

（3）特點(diǎn)：靈敏度高、光電特性線性較好I0/μAΦ/lm光電管的光電特性

普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS2、光敏電阻（1）原理：內(nèi)光電效應(yīng)的光電導(dǎo)效應(yīng)（2）符號(hào)與外形普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS（3）特性參數(shù)暗電阻:置于室溫、全暗條件伏安特性亮電阻:置于室溫、一定光照條件普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電特性：非線性光譜特性響應(yīng)時(shí)間：溫度特性:10-1s～10-3s

溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降光敏電阻的光譜特性普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS（5）適用場(chǎng)合：常用于對(duì)測(cè)量要求不高的場(chǎng)合（4）特點(diǎn)：價(jià)格便宜、光電特性非線性、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、受溫度影響大3.光敏晶體管（1）原理：內(nèi)光電效應(yīng)的光電晶體管效應(yīng)光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管（2）種類(lèi)、符號(hào)與外形普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS外形圖（3）主要特性：光譜特性：硅管峰值波長(zhǎng)為0.9μm鍺管峰值波長(zhǎng)為1.5μm普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電特性：輸出電流Ie和光照度Ee呈線性關(guān)系伏安特性：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS溫度特性：溫度對(duì)輸出電流影響小，由光照度決定響應(yīng)時(shí)間：二極管10-4s～10-6s、三極管10-3s～10-5s

（5）適用場(chǎng)合：適用于模擬量測(cè)量及要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合（4）特點(diǎn)：光電特性線性好、受溫度影響小、響應(yīng)時(shí)間短

普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS4.光電池（1）原理：內(nèi)光電效應(yīng)的光生伏特效應(yīng)（2）符號(hào)與外形：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS（3）主要特性光譜特性：硅光電池0.45μm～1.1μm硒光池0.34μm～0.57μm光電特性：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS頻率特性：硅光電池頻率響應(yīng)高，硒光電池頻率響應(yīng)差溫度特性：溫度t上升，開(kāi)路電壓U快速下降，

短路電流I

緩慢上升。普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS（4）特點(diǎn)：（5）適用場(chǎng)合：測(cè)量短路電流光電特性線性好、受溫度影響小，硅光電池頻率響應(yīng)較好。

可用于模擬量測(cè)量響應(yīng)較快的場(chǎng)合

普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式傳感器的組成：光源、光學(xué)元件和光電元件組成光路系統(tǒng)，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路而構(gòu)成?！?－2光電式傳感器應(yīng)用

常用光源有：白熾燈、發(fā)光二極管等普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS常用光學(xué)元件有：反射鏡、透鏡、半透半反鏡等提問(wèn)：1.

光電效應(yīng)有哪些？這些光電效應(yīng)對(duì)應(yīng)哪些光電元件？

2.

這些光電元件有哪些特點(diǎn)？分別適用哪些場(chǎng)合？普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS一、光電式傳感器的應(yīng)用類(lèi)型

按其輸出量性質(zhì)可分：模擬輸出型光電傳感器和數(shù)字輸出型光電傳感器

按被測(cè)物與光電元件和光源之間的關(guān)系，光電式傳感器的應(yīng)用有以下四種：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS1、光源本身就是被測(cè)物。如：光電比色溫度計(jì)、光照度計(jì)等被測(cè)物光電元件普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS2、恒定光源發(fā)出的光通量透過(guò)被測(cè)物，由被測(cè)物吸收一部分后到達(dá)光電元件上。

如：測(cè)液體透明度、煙塵濃度等被測(cè)物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS

3、恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)過(guò)被測(cè)物遮擋一部分后照射到光電元件上。如：測(cè)元件尺寸、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等被測(cè)物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS

4、恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物反射后到達(dá)光電元件上。如：測(cè)紙張白度、零件表面粗糙度、光電轉(zhuǎn)速表等被測(cè)物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS特別指出：光源與光電元件在光譜特性上應(yīng)基本一致，即光源發(fā)出的光應(yīng)該在光電元件接受靈敏度最高的頻率范圍內(nèi)。對(duì)于模擬量檢測(cè)，一般要有參比信號(hào)，用來(lái)消除或削弱背景光及溫度等因素的影響。普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS1、光電比色溫度計(jì)（光源本身是被測(cè)物）問(wèn)題的提出：高溫測(cè)量，物體輻射出的光波與溫度有關(guān)。二、光電式傳感器的應(yīng)用舉例掃描式光電比色溫度計(jì)普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS原理：根據(jù)熱輻射定律，使用光電池進(jìn)行非接觸測(cè)溫。根據(jù)有關(guān)的輻射定律，物體在兩個(gè)特定波長(zhǎng)λ1、λ2上的輻射強(qiáng)度Iλ1、Iλ2之比與該物體的溫度成指數(shù)關(guān)系。

普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電比色溫度計(jì)光路原理圖被測(cè)對(duì)象物鏡半透半反鏡光闌反射鏡目鏡觀察者的眼睛硅光電池1光導(dǎo)棒分光鏡濾光片硅光電池2光線λ1光線λ2普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電比色溫度計(jì)電路原理框圖硅光電池1RfRf運(yùn)算電路顯示器I1I2U1U2硅光電池2而I1正比于Iλ1所以U1正比于Iλ1普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS2、光電式煙塵濃度計(jì)（透射式）

問(wèn)題的提出：為了控制和減少煙塵的排放量或及時(shí)發(fā)現(xiàn)樓宇火災(zāi)，對(duì)煙塵的監(jiān)測(cè)是必須的。原理：恒定光源發(fā)出的光通量透過(guò)被測(cè)物，由被測(cè)物吸收一部分后到達(dá)光電元件上。普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式煙塵濃度檢測(cè)動(dòng)畫(huà)演示普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式煙塵濃度計(jì)原理圖光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測(cè)煙塵光電池1光電池2RfRf運(yùn)算電路顯示器I1I2U1U2普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式煙塵濃度計(jì)原理圖光電三極管2光電三極管1+UCCU1U2+UCC運(yùn)算器顯示器光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測(cè)煙塵普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS3、光電式邊緣位置檢測(cè)器（遮擋式）

問(wèn)題的提出：帶型材料在生產(chǎn)過(guò)程中偏離正確的位置如何進(jìn)行糾偏控制。

原理：恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)過(guò)被測(cè)物遮擋一部分后，另一部分照射到光電元件上。普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式邊緣位置檢測(cè)器光路圖

光源透鏡光敏電阻被測(cè)帶材暗亮普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS光電式邊緣位置檢測(cè)器測(cè)量電路圖

R2R1R3RPRRRfRfUoUcc測(cè)量用光敏電阻補(bǔ)償用光敏電阻遮光罩普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS注意問(wèn)題：2.橋路及運(yùn)算放大器組成，接入?yún)⒈裙饷綦娮瑁?.起始