第81章光電傳感器92686知識(shí)課件

傳感器原理及應(yīng)用

第8章光電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器主要內(nèi)容：

8.1光電效應(yīng)

8.2光電器件

光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電晶體管、

光電池、光電耦合器、光電開關(guān)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

光電傳感器是將被測(cè)量的變化通過光信號(hào)變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，具有這種功能的材料稱為光敏材料，做成的器件稱光敏器件。光敏器件種類很多，如：

光電管、光敏二極管、光電倍增管、光敏三極管、光敏電阻、光電池、光電耦合器、光纖等等。在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)、控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

料位自動(dòng)控制光電開關(guān)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器概述

光柵光纖光電管光敏電阻8.1概述8.1.1光的特性光波是波長(zhǎng)為10~106nm的電磁波。1000,000nm10nm780nm380nm可見光紅外光紫外光性質(zhì)：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性質(zhì)。1905年，愛因斯坦提出了光子假設(shè)：光在空間傳播時(shí)，是不連續(xù)的，也具有粒子性，即一束光是一束以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，愛因斯坦把這些不連續(xù)的量子稱為“光量子”。1926年，美國(guó)物理學(xué)家劉易斯把這一名詞改稱為“光子”，并沿用至今。每個(gè)光子的能量為

E=hν可見，光的頻率愈高，光子的能量愈大。

8.1光電效應(yīng)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

傳統(tǒng)的光敏器件利用各種光電效應(yīng)，光電效應(yīng)可分為：

外光電效應(yīng)

內(nèi)光電效應(yīng)

光電導(dǎo)效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)

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光電式傳感器8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理(1)外光電效應(yīng)在光線作用下，電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)。光照射物體時(shí)，電子吸收入射光子的能量，每個(gè)光子具有的能量是：

——普朗克常數(shù)()

——光的頻率（Hz），波長(zhǎng)短，頻率高，能量大

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光電式傳感器

8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理如果光子的能量E大于電子的逸出功A，超出的能量表現(xiàn)在電子逸出的功能，電子逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射。能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于光子的能量是否大于物體表面的電子逸出功。

由能量守恒定律有：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光電導(dǎo)效應(yīng)：入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有，為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量E0應(yīng)大于禁帶寬度Eg?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)

過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，如圖，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價(jià)電子所占能帶Eg傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體材料吸收光能后，在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。為什么PN結(jié)會(huì)因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢？有下面兩種情況：不加偏壓的PN結(jié)處于反偏的PN結(jié)傳感器原理及應(yīng)用第8章光電傳感器不加偏壓的PN結(jié)當(dāng)光照射在PN結(jié)時(shí)，如果電子能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度（E0＞Eg）,可激發(fā)出電子——空穴對(duì)，在

PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)作用下空穴移向P區(qū)，而電子移向N區(qū)，使P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓就是光生電動(dòng)勢(shì).

基于這種效應(yīng)的器件有光電池

8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器處于反偏的PN結(jié)（P接電源負(fù)極，N接電源正極）：無(wú)光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；有光照時(shí)，光子能量足夠大產(chǎn)生光生電子—空穴對(duì)，在PN結(jié)電場(chǎng)作用下，形成光電流，電流方向與反向電流一致，光照越大光電流越大。

具有這種性能的器件有：光敏二極管、光敏晶體管.

8.1光電效應(yīng)

8.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

1、光電管

當(dāng)光線照射在光敏材料上時(shí)，如果光子的能量E大于電子的逸出功A（E＞A），會(huì)有電子逸出產(chǎn)生電子發(fā)射。電子被帶有正電的陽(yáng)極吸引，在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電阻R上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降。因此

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

1、光電管

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

1、光電管

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

2、光電倍增管

光照很弱時(shí)，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。如核儀器中閃爍探測(cè)器都使用的是光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

3、光敏電阻

光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)是在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號(hào)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器

3、光敏電阻

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏電阻光照特性無(wú)光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛具有很高的電阻值；有光照時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低；光照停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。

光敏電阻主要參數(shù)

暗電阻——無(wú)光照時(shí)的電阻；暗電流——無(wú)光照時(shí)的電流；亮電阻、亮電流——受光照時(shí)的阻值、電流；光電流——亮電流與暗電流之差稱光電流。

8.2光電器件

3、光敏電阻傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

伏安特性給定偏壓光照越大光電流越大；給定光照度電壓越大光電流越大；光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲、無(wú)飽和，但受最大功耗限制。8.2光電器件

3、光敏電阻——基本特性光敏電阻伏安特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光譜特性光敏電阻靈敏度與入射波長(zhǎng)有關(guān);

光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)，材料與相對(duì)靈敏度峰位波長(zhǎng)例圖：硫化鎘（CdS）0.3～0.8(μm)硫化鉛（PbS）1.0～3.5(μm)銻化銦（InSb）1.0～7.3(μm)

8.2光電器件

3、光敏電阻——基本特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

3、光敏電阻——基本特性光敏電阻的光譜特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

3、光敏電阻——基本特性

溫度特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。

光敏電阻溫度特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

光敏晶體管工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高;廣泛應(yīng)用于可見光和遠(yuǎn)紅外探測(cè)，以及自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

（1）光敏二極管

光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它們都有一個(gè)P—N結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。為了提高轉(zhuǎn)換效率大面積受光，PN結(jié)面積比一般二極管大。硅光敏二極管結(jié)構(gòu)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

工作原理：光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)，無(wú)光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小；有光照時(shí)，PN結(jié)處產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)；在電場(chǎng)作用下形成光電流，光照越強(qiáng)光電流越大；光電流方向與反向電流一致。8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

光敏二極管基本電路

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

基本特性：光照特性，圖是硅光敏二極管在小負(fù)載電阻下的光照特性。光電流與照度成線性關(guān)系。

光敏二極管光照特性

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光譜特性，當(dāng)入射波長(zhǎng)＞900nm時(shí)，響應(yīng)下降，因波長(zhǎng)長(zhǎng)，光子能量小于禁帶寬度，不產(chǎn)生電子——空穴對(duì)；當(dāng)入射波長(zhǎng)＜900nm時(shí)，響應(yīng)也逐漸下降，波長(zhǎng)短的光穿透深度小，使光電流減小。8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

硅光敏二極管光譜響應(yīng)

光敏晶極管光譜響應(yīng)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光敏二極管伏—安特性

伏安特性當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流隨電壓變化比較敏感，隨反向偏壓的加大，光生電流趨于飽和，這時(shí)光生電流與所加偏壓幾乎無(wú)關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器溫度特性，由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的暗電流對(duì)溫度變化很敏感。

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

光敏二極管暗電流與溫度關(guān)系傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器頻率響應(yīng):光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏管輸出的光電流隨頻率的變化關(guān)系。光敏管的頻響與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)。圖光敏二極管頻率響應(yīng)曲線說明調(diào)制頻率高于1000Hz時(shí)，硅光敏晶體管靈敏度急劇下降。光敏二極管頻率響應(yīng)曲線

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器與普通晶體管不同的是，光敏晶體管是將基極—集電極結(jié)作為光敏二極管，集電結(jié)做受光結(jié)，另外發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引線，集電結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，讓光照射到基區(qū)。8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

②光敏三極管光敏晶極管結(jié)構(gòu)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

硅（Si）光敏晶體極管一般都是NPN結(jié)構(gòu)，光照射在集電結(jié)的基區(qū)，產(chǎn)生電子、空穴，光生電子被拉向集電極，基區(qū)留下正電荷（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高，這樣，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，形成三極管輸出電流，使晶體管具有電流增益。在負(fù)載電阻RL上的輸出電壓為：

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

②光敏三極管——晶體管電流放大系數(shù)

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏晶體管具有放大作用，伏安特性曲線如圖所示

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

光敏晶體管等效電路

光敏晶體管伏安特性

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光敏晶體管的光譜特性硅材料的光敏管峰值波長(zhǎng)在0.9μm附近（可見光）靈敏度最大；可見光或探測(cè)赤熱狀物體時(shí)一般都用硅管鍺管的峰值波長(zhǎng)約為1.5μm（紅外光）對(duì)紅外進(jìn)行探測(cè)時(shí)用鍺管較適宜。

8.2光電器件

4、光敏二極管和光敏三極管

②光敏三極管光敏晶體管光譜特性

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)，可以直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。有光線作用時(shí)就是電源，廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測(cè)和自動(dòng)控制等。光電池種類很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵、氧化銅等等。8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

光電池符號(hào)傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

太陽(yáng)能手機(jī)充電器太陽(yáng)能供LED電警示太陽(yáng)能電池傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

結(jié)構(gòu)：光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積PN結(jié)，上電極為柵狀受光電極，下電極是一層襯底鋁。原理：當(dāng)光照射PN結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子——空穴對(duì)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。一般可產(chǎn)生0.2V～0.6V電壓50mA電流。8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

光電池結(jié)構(gòu)

光電池工作原理圖

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

①光照特性開路電壓，光生電動(dòng)勢(shì)與照度之間關(guān)系稱開路電壓曲線，開路電壓與光照度關(guān)系是非線性關(guān)系，在照度2000lx下趨于飽和。短路電流，短路電流與照度之間關(guān)系稱短路電流曲線曲線，短路電流是指外接負(fù)載RL相對(duì)內(nèi)阻很小時(shí)的光電流。

8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

光電池光照特性

光電池光照與負(fù)載的關(guān)系光電池作為測(cè)量元件使用時(shí)，一般不做電壓源使用，而作為電流源的形式應(yīng)用。

8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

②光譜特性光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光靈敏度不同，硅光電池的光譜響應(yīng)峰值在0.8μm附近，波長(zhǎng)范圍0.4～1.2μm。硅光電池可在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)用。硒光電池光譜響應(yīng)峰值在0.5μm附近,波長(zhǎng)范圍0.38～0.75μm。8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

②光電池譜特性8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

③頻率特性頻率特性指光電池相對(duì)輸出電流與光的調(diào)制頻率之間關(guān)系。硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池頻率響應(yīng)較好硒光電池較差。所以高速計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換一般采用硅光電池作為傳感器元件。8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

硅、硒光電池的頻率特性

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

④溫度特性傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

電路連接光電池作為控制元件時(shí)通常接非線性負(fù)載，控制晶體管工作。光電池作為電源使用時(shí)，根據(jù)使用要求進(jìn)行連接。需要高電壓時(shí)應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要大電流時(shí)應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。8.2光電器件

5、光電池（有源器件）

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.6V～0.7V，光電池的

0.5V電壓起不到控制作用，可將兩個(gè)光電池串聯(lián)后接入基極，或用偏壓電阻產(chǎn)生附加電壓。有光照度變化時(shí)，引起基極電流Ib變化，集電極電流發(fā)生β倍的變化。電流Ic與光照近似線性關(guān)系。光電池電路連接

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

又稱光電隔離器

“光耦”器件由發(fā)光元件和接收光敏元件（光敏電阻、光敏二極管、晶體管等）集成在一起，發(fā)光管輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控制輸出電流大小。通過電——光、光——電，兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。8.2光電器件

6、光電耦合器件傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

“光耦”集成器件的特點(diǎn)：輸入輸出完全隔離，有獨(dú)立的輸入輸出抗，器件有很強(qiáng)的抗干擾能力和隔離性能可避免振動(dòng)、噪聲干擾。特別適宜做數(shù)字電路開關(guān)信號(hào)傳輸、邏輯電路隔離器、計(jì)算機(jī)測(cè)量、控制系統(tǒng)中做無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等。8.2光電器件

6、光電耦合器件

（1）組成開關(guān)電路

圖1電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”．該電路因Ui為低電平時(shí)，開關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，圖2電路中，因無(wú)信號(hào)(Ui為低電平)時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)．（2）功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離

在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用的是開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量一般經(jīng)過微機(jī)的I／O輸出，而I／O的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不足以驅(qū)動(dòng)一些電磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動(dòng)介面電路，為避免微機(jī)受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離

在馬達(dá)控制電路中，也可采用光耦來把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。馬達(dá)靠MOSFET或IGBT功率管提供驅(qū)動(dòng)電流，功率管的開關(guān)控制信號(hào)和大功率管之間需隔離放大級(jí)。在光耦隔離級(jí)—放大器級(jí)—大功率管的連接形式中，要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑制。

注意事項(xiàng)

（1）在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，若兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。

（2）當(dāng)用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時(shí)，必須對(duì)所有的信號(hào)（包括數(shù)位量信號(hào)、控制量信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)）全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒有意義的。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

（3）光電耦合器件的應(yīng)用

光電耦合器用于天然氣點(diǎn)火器電路傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.2光電器件

7、光電開關(guān)

（1）工作原理光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。工作原理圖1所示。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。（2）光電開關(guān)的分類

①漫反射式光電開關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。

②鏡反射式光電開關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過且完全阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開關(guān)信號(hào)。

③對(duì)射式光電開關(guān)：它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。④槽式光電開關(guān)：它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號(hào)。槽式光電開關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。（3）光電開關(guān)的特性參數(shù)

①檢測(cè)距離：是指檢測(cè)體按一定方式移動(dòng)，當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置（光電開關(guān)的感應(yīng)表面）到檢測(cè)面的空間距離。額定動(dòng)作距離指接近開關(guān)動(dòng)作距離的標(biāo)稱值。②回差距離：動(dòng)作距離與復(fù)位距離之間的絕對(duì)值。③響應(yīng)頻率：在規(guī)定的1s的時(shí)間間隔內(nèi)，允許光電開關(guān)動(dòng)作循環(huán)的次數(shù)。④輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí)，常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí)，晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。

⑤檢測(cè)方式：根據(jù)光電開關(guān)在檢測(cè)物體時(shí)發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式、鏡反射式、對(duì)射式等。

⑥指向角：見光電開關(guān)的指向角示意圖,即如圖4的下部三個(gè)小圖所示。⑦表面反射率：漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測(cè)物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強(qiáng)度。粗糙的表面反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度,而且，被檢測(cè)物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。被檢測(cè)物體光電開關(guān)移動(dòng)方向光電開關(guān)被檢測(cè)物體檢測(cè)距離回差值動(dòng)作（接通）復(fù)位（斷開）基準(zhǔn)軸被測(cè)物反光鏡漫反射式鏡反射式接受器發(fā)射器對(duì)射式（5）應(yīng)用舉例

從圖6可以看出光電開關(guān)的各種應(yīng)用。其中，圖6（a）為光電開關(guān)用于對(duì)材料的定位剪切控制；圖6（b）為用光電開關(guān)來控制液面位的上下限值，當(dāng)液面位高于或低于上下極限液面位時(shí)，光電開關(guān)控制電路可使閾門打開或關(guān)閉，使液面位的高度保持在上下限之間；圖6（c）為利用物體對(duì)光的遮擋作用，檢測(cè)物體的通過個(gè)數(shù)，或物體是否存在；圖6（d）為利用光的直線傳播性，檢驗(yàn)產(chǎn)品是否等高排列；圖6（e）為將光電開關(guān)用在流水生產(chǎn)線上，來檢測(cè)產(chǎn)品的個(gè)數(shù)；圖6（f）為用光電開關(guān)檢測(cè)液面位的高低。

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光導(dǎo)纖維——簡(jiǎn)稱光纖光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù)，光纖最早用于通訊，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器得到進(jìn)一步發(fā)展。與其它傳感器相比較，光纖傳感器有如下特點(diǎn)：不受電磁干擾，防爆性能好，不會(huì)漏電打火；可根據(jù)需要做成各種形狀，可以彎曲；可以用于高溫、高壓、絕緣性能好，耐腐蝕。

8.3光纖傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器

8.3光纖傳感器

（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

①光纖結(jié)構(gòu)：

基本采用石英玻璃，有不同摻雜，主要由三部分組成中心——纖芯；外層——包層；護(hù)套——尼龍料。光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，纖芯折射率N1略大于包層折射率N2（N1＞N2）。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器光纖的傳播基于光的全反射。當(dāng)光線以不同角度入射到光纖端面時(shí)，在端面發(fā)生折射后進(jìn)入光纖；光線在光纖端面入射角θ減小到某一角度θc時(shí)，光線全部反射。只要θ＜θc，光在纖芯和包層界面上經(jīng)若干次全反射向前傳播，最后從另一端面射出。

8.3光纖傳感器

（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理

②光纖的傳光原理：傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器為保證全反射，必須滿足全反射條件（即θ＜θc）實(shí)現(xiàn)全反射的臨界入射角為：

空氣中

可見，光纖臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)（N1、N2）決定的，與光纖的幾何尺寸無(wú)關(guān)。傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器8.3光纖傳感器

（2）光纖的性能（幾個(gè)重要參數(shù)）

①數(shù)值孔徑（NA）

臨界入射角θc的正弦函數(shù)定義為光纖的數(shù)值孔徑.

空氣中：

傳感器原理及應(yīng)用第8章

光電式傳感器NA意義討論：NA表示光纖的