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1、Page 1,2018/1/3,传感器与检测技术,电子工程系 王海波,Page 2,2018/1/3,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,技能目标,能利用简单的光敏电阻、光敏三极管等元件，完成光照度的测量和画出继电器的控制电路,知识目标,了解光电元件的分类以及工作原理掌握光电传感器的应用电路,Page 3,2018/1/3,用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为E的光子的轰击，组成这种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,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,5.2.1 光电效应,5.2.2 光电器件,光电管的外形、结构,光电管的结构图
2、、原理图,1光电管,（1）结构：阴极（内壁）和一个阳极（中央）构成，特性主要取决于光电管阴极材料,Page 4,2018/1/3,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,5.2.2 光电器件,1光电管,（1）原理： 当光照射在阴极上时，阴极发射出光电子，被具有一定电位的中央阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流。在外电场作用下形成电流I，称为光电流。其大小与光电子数成正比，光子数又与光照度成正比,（2）特性：伏安特性、光照特性、光谱特性,2光敏电阻,（1）原理：内光电效应，纯电阻器件，其光电性能和其所用材料与工艺有关,Page 5,2018/1/3,光敏电阻演示,当光敏电阻受到光照时，
3、光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大,暗电流（越小越好）,Page 6,2018/1/3,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,5.2.2 光电器件,2光敏电阻,（2）参数：暗电阻（1M）、亮电阻（几千）、亮电流、暗电流、光电流,（3）特性：光照特性、光电特性、时延特性,3光敏晶体管,（1）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，可直接接受光的照射，在电路中一般处于反向工作状态，无光照，反向电阻很大，暗电流很小；有光照，在PN结附近产生光生电子-空穴对，在内电场的作用下形成光电流，照度越强，电流越大,结构及工作原理,检测方法,Page 7,2018/1/3,
4、（2）光敏三极管,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,5.2.2 光电器件,3光敏晶体管,（1）光敏二极管,PIN光敏二极管的工作电压高达100V左右，比普通的光电二极管光电转换效率高、灵敏度高、响应频率高，可用做光盘的读出光敏元件。特殊结构的PIN光敏二极管还可以用于测量紫外线、射线及短距离光纤通信用,APD光敏二极管，又称雪崩光敏二极管，具有内部倍增放大作用，工作电压高达上百伏，工作频率达几千兆赫，非常适用于微光信号检测和长距离光纤通信等,结构及工作原理,光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（c、
5、e）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别,新型光敏二级管,a)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,Page 8,2018/1/3,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,（2）光敏三极管,5.2.2 光电器件,3光敏晶体管,特性,检测方法,应用电路,4光电池,将入射光能量转换成电压和电流，属于光生伏特效应元件，是自发电式有源器件。它既可以作为输出电能的器件，也可以作为一种自发电式的光电传感器，用于检测光的强弱
6、及能引起光强变化的其他非电量。种类应用最多的是硅光电池、硒光电池、砷化钾光电池和锗光电池等,功能特性,工作原理及结构,特性：光谱、光电、光照、温度,Page 9,2018/1/3,光电池外形,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,能提供较大电流的大面积光电池外形,5.2.3 光电式传感器,光量的变化,电量的变化,Page 10,2018/1/3,【任务1】 在冷轧带钢厂中，带钢在某些工艺如连续酸洗、退火、镀锡等过程中易产生走偏。在其他工业部门如印染、造纸、胶片、磁带等生产过程中也会发生类似的问题。带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成次品。实际中如何克服此种现象以
7、提高产品的质量呢？,任务与实施,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,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,Page 11,2018/1/3,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,指针将偏向左边还是右边？,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,Page 12,2018/1/3,带材纠偏系统,项
8、目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,Page 13,2018/1/3,【任务2】 在转速测量过程中，传统的机械式转速表和接触式电子转速表均会影响被测物的旋转速度，且被测旋转速度的大小也有一定的限制，不能很好满足自动化的要求。如何在不干扰被测物体转动的前提下实现高转速测量呢？,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,（a）透光式 （b）反射式,光电脉冲转换电路,Page 14,2018/1/3,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,Page 15,2018/1/3,光电式转速表,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,n =60( f /z ),水泵转速测量,项目5 速度与位移测量任务2 光电传感器测量转速,光电式转速表外形,
