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1、第第9 9章章 光电式传感器光电式传感器9.19.19.19.1光电效应光电效应光电效应光电效应 9.29.29.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件光电式传感器器件光电式传感器器件 9.39.39.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号 9.49.49.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用光电式传感器的应用光电式传感器的应用 光电式传感器优秀(7)课件9.19.1光电效应光电效应9.1.19.1.19.1.19.1.1外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象在光线的作
2、用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为称为外光电效应外光电效应。向外发射的电子则称为。向外发射的电子则称为光电子光电子。基于外光电效应。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。的光电器件有光电管、光电倍增管等。 光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体光子轰击物体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就会逸出物时，电子就会逸出物体表面，产生光电子发射，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。体表面，产生光电子发射，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。因为光的波长越短，即频率越高
3、，其光子的能量越大；反之，光的因为光的波长越短，即频率越高，其光子的能量越大；反之，光的波长越长，其光子的能量也就越小。根据能量守恒定理有波长越长，其光子的能量也就越小。根据能量守恒定理有 （9-1） 式式（9-1）为为爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程式式，由由此此可可知知，光光子子能能量量必必须须超超过过逸逸出出功功A0 ，才才能能产产生生光光电电子子；入入射射光光的的频频谱谱成成分分不不变变，产产生生的的光光电电子子与与光光强强成成正正比比；光光电电子子逸逸出出物物体体表表面面时时具具有有初初始始动动能能，因因此此对对于于外外光光电电效效应应元元件件，即即使使不不加加初初始始阳阳极
4、极电电压压，也也会会有有光光电电流流产产生，为使光电流为零，必须加负的截止电压。生，为使光电流为零，必须加负的截止电压。光电式传感器优秀(7)课件9.19.1光电效应光电效应9.1.29.1.29.1.29.1.2内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应 受光照物体电阻率发生改变，或产生光生电动势的效应称为受光照物体电阻率发生改变，或产生光生电动势的效应称为内光电效应内光电效应。内光电效应又可分为以下两类：。内光电效应又可分为以下两类： 在光线作用下，半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能在光线作用下，半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，如图量大于或等于半导
5、体材料的禁带宽度，如图9-1所示，就激发出所示，就激发出电子电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性导电性增加，阻值增加，阻值减低，这就是光电导效应。减低，这就是光电导效应。v1 1光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应光电式传感器优秀(7)课件9.19.1光电效应光电效应9.1.29.1.29.1.29.1.2内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应 在光线的作用下物体产生一定方向的在光线的作用下物体产生一定方向的电动势电动势的现象，称为的现象，称为光生伏特效应。根据其产生电势的机理可分为，侧向光生伏特效光生伏特效应。根据其产生电势的机理可分为，侧向
6、光生伏特效应和应和PN结光生伏特效应，其中结光生伏特效应，其中PN结光生伏特效应应用较广。当结光生伏特效应应用较广。当光照射到光照射到PN结上时，如果光子的能量大于半导体材料的禁带宽结上时，如果光子的能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能够从价带激发到导带成为自由电子，价带成为自由度，电子就能够从价带激发到导带成为自由电子，价带成为自由空穴。从而在空穴。从而在PN 结内产生电子结内产生电子-空穴对。这些电子空穴对。这些电子-空穴对在空穴对在PN 结的内部电场作用下，电子移向结的内部电场作用下，电子移向N 区，空穴移向区，空穴移向P区，电子在区，电子在N 区积累，空穴在区积累，空穴在P区积累，从
7、而使区积累，从而使PN 结两端形成电位差，结两端形成电位差，PN 结结两端便产生了两端便产生了光生电动势光生电动势。基于该效应的光电器件有光电池、光。基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。 v2 2 光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.19.2.19.2.19.2.1基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件 光电管由一个涂有光电管由一个涂有光电材料光电材料的阴极和一个阳极构成，并且密封
8、在的阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空的或充气的玻璃管内。一只真空的或充气的玻璃管内。阴极阴极通常是用逸出功小的通常是用逸出功小的光敏材料光敏材料涂涂敷在玻璃泡内壁上做成，敷在玻璃泡内壁上做成，阳极阳极通常用通常用金属丝金属丝弯曲成矩形或圆形置于玻弯曲成矩形或圆形置于玻璃管的中央。璃管的中央。 v1 1光电管光电管光电管光电管 当光电管的阴极受到适当波长的当光电管的阴极受到适当波长的光线照射时，便有电子逸出，这些电光线照射时，便有电子逸出，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成电管内形成空间电子流空间电子流。如果在外电。如果在外电路中串入一适当阻值
9、的电阻，则在光路中串入一适当阻值的电阻，则在光电管组成的回路中形成电管组成的回路中形成光电流光电流I，并在，并在负载电阻负载电阻RL上产生输出电压上产生输出电压Uo。在入。在入射光的频谱成分和光电管电压不变的射光的频谱成分和光电管电压不变的条件下，条件下，输出电压输出电压Uo与入射光通量与入射光通量成正比成正比 。 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.19.2.19.2.19.2.1基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件 光电倍增管由光电倍增管由光阴极光阴极、次阴极次阴极（倍增电极）以及（倍增电
10、极）以及阳极阳极三部分组成，三部分组成，如图如图9-4所示。光阴极是由半导体光电材料锑化铯做成，次阴极是在所示。光阴极是由半导体光电材料锑化铯做成，次阴极是在镍或铜铍的衬底上涂上锑化铯材料而形成，次阴极多的可达镍或铜铍的衬底上涂上锑化铯材料而形成，次阴极多的可达30 级，级，通常为通常为12 级级14 级。最后阳极用来收集电子，输出电压脉冲。一般级。最后阳极用来收集电子，输出电压脉冲。一般收集的阳极电子流比阴极发射的电子流大收集的阳极电子流比阴极发射的电子流大105108倍。倍。v2 2光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器
11、件9.2.19.2.19.2.19.2.1基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件基于外光电效应的光电器件 光电倍增管是利用光电倍增管是利用二次电子释放效应二次电子释放效应，将光电流在管内部进行，将光电流在管内部进行放大。所谓的二次电子是指当电子或光子以足够大的速度轰击金属表放大。所谓的二次电子是指当电子或光子以足够大的速度轰击金属表面而使金属内部的电子再次逸出金属表面，这种再次逸出金属表面的面而使金属内部的电子再次逸出金属表面，这种再次逸出金属表面的电子叫做二次电子。光电倍增管的光电转换过程为：当入射光的光子电子叫做二次电子。光电倍增管的光电转换过程为：当入射
12、光的光子打在光电阴极上时，光电阴极发射出电子，该电子流又打在电位较高打在光电阴极上时，光电阴极发射出电子，该电子流又打在电位较高的第一倍增极上，于是又产生新的二次电子；第一倍增极产生的二次的第一倍增极上，于是又产生新的二次电子；第一倍增极产生的二次电子又打在比第一倍增极电位高的第二倍增极上，该倍增极同样也会电子又打在比第一倍增极电位高的第二倍增极上，该倍增极同样也会产生二次电子发射，如此连续进行下去，直到最后一级的倍增极产生产生二次电子发射，如此连续进行下去，直到最后一级的倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极收集为止，从而在回路中形成比较大的的二次电子被更高电位的阳极收集为止，从而在回路中形成
13、比较大的光电流光电流I。 光电倍增管的倍增系数光电倍增管的倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射系数等于各倍增电极的二次电子发射系数i的乘积。如果的乘积。如果n个倍增电极的个倍增电极的i都一样，则都一样，则 M =in 设光电倍增管的电流放大倍数为设光电倍增管的电流放大倍数为，则，则v2 2光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件 光光敏敏电电阻阻又又称称为为光光导导管管，由由半半导导体体材
14、材料料制制成成。光光敏敏电电阻阻的的结结构构较较简简单单，如如图图9-5所所示示，在在玻玻璃璃底底板板上上均均匀匀涂涂上上薄薄层层半半导导体体物物质质，半半导导体体的的两两端端装装有有金金属属电电极极，使使金金属属电电极极与与半半导导体体层层可可靠靠电电接接触触，然然后后将将其其压压入入塑塑料料封封装装体体内内，为为了了防防止止周周围围介介质质的的污污染染，在在半半导导体体光光敏敏层层上上覆覆盖盖一一层层漆漆膜膜，漆漆膜膜成成分分的的选选择择应应该该使使它它在在光光敏敏层层最最敏敏感感的的波波长长范范围围内内投投射射率率最最大大。光光敏敏电电阻阻没没有有极极性性，纯纯粹粹是是一一个个电电阻阻元
15、元件件，使使用用时时既既可可加加直直流流电电压压，也也可可以以加加交交流流电电压。压。v1 1光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件光敏电阻的基本参数光敏电阻的基本参数 暗电阻暗电阻 置于室温、全暗条件下测得稳定电阻值称为暗电阻，置于室温、全暗条件下测得稳定电阻值称为暗电阻，通常大于通常大于1M。光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电阻减。光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电阻减小，暗电流增大，
16、灵敏度下降，这是光敏电阻的一大缺点。小，暗电流增大，灵敏度下降，这是光敏电阻的一大缺点。 亮电阻亮电阻 光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时的电光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。流称为亮电流。 光电流光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。光敏电阻的特性光敏电阻的特性 伏安特性伏安特性 光照特性光照特性 光谱特性光谱特性 频率特性频率特性 温度特性温度特性 v1 1光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基
17、于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件 光光电电池池是是一一种种在在光光线线照照射射下下，基基于于光光生生伏伏特特效效应应能能直直接接产产生生电电动动势势，即即直直接接将将光光能能转转换换为为电电能能的的光光电电器器件件。光光电电池池在在有有光光线线作作用用下下实实质质就就是是电电源源，电电路路中中有有了它可不需外加电源。了它可不需外加电源。v2 2光电池光电池光电池光电池 硅硅光光电电池池（太太阳阳能能电电池池）是是在在一一块块N型型硅硅片片上上，用用扩扩散散的的方方法法掺掺入入一一些些P型型杂杂质质形形成成PN结结，其其原原理理结结构构如如图图9-11所所示
18、示，当当入入射射光光照照射射在在PN结结上上时时，若若光光子子能能量量h大大于于半半导导体体材材料料的的禁禁带带宽宽度度Eg，则则在在PN结结内内产产生生电电子子-空空穴穴对对，在在内内电电场场的的作作用用下下，空空穴穴移移向向P型型区区，电电子子移移向向N型型区区，使使P型区带正电，型区带正电，N型区带负电，因而形成光生电动势。型区带负电，因而形成光生电动势。光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v2 2光电池光电池光电池光电
19、池主要特性主要特性 光谱特性光谱特性 光照特性光照特性 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v2 2光电池光电池光电池光电池主要特性主要特性 温度特性温度特性 频率特性频率特性 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件 由由于于半半导导体体材材料料对对光光的的敏敏
20、感感性性，使使得得PN结结受受到到光光照照时时，将将产产生生电电流流增增大大的的现现象象。因因此此，常常规规晶晶体体管管都都用用金金属属罐罐或或其其他他壳壳体体密密封，以防光照。而光敏晶体管则必须使封，以防光照。而光敏晶体管则必须使PN结能受到最大的光照射。结能受到最大的光照射。v3 3光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管 光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管、光光敏敏晶晶闸闸管管等等统统称称为为光光敏敏晶晶体体管管。光光敏敏三三极极管管的的灵灵敏敏度度比比光光敏敏二二极极管管高高，但但频频率率特特性性较较差差，暗暗电电流流也也较较大大。而而光光敏敏晶晶闸闸管管的的导导通通电电流流比
21、比光光敏敏三三极极管管大大得得多多，工工作作电电压有的可达数百伏，输出功率也较大。压有的可达数百伏，输出功率也较大。光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v3 3光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管 1）光敏二极管的结构及工作原理）光敏二极管的结构及工作原理 光敏二极管在光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术光敏二极管在光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术中应用广泛。光敏二极管结构的如图中应用广泛。光敏二极管结构的如图
22、9-16所示，它的所示，它的PN结设置在结设置在玻璃透镜的正下方，可以直接受到光的照射。光敏二极管在电路玻璃透镜的正下方，可以直接受到光的照射。光敏二极管在电路中处于中处于反向偏置反向偏置状态，其等效工作电路如图状态，其等效工作电路如图9-17所示。所示。光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v3 3光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管2）光敏三极管结构及工作原理）光敏三极管结构及工作原理 NPN型型光光敏敏三三极极管管的的
23、基基本本电电路路如如图图9-18（b）所所示示，大大多多数数光光敏敏三三极极管管的的基基极极无无引引出出线线，当当集集电电极极加加上上相相对对于于发发射射极极为为正正的的电电压压而而不不接接基基极极时时，集集电电结结就就是是反反向向偏偏压压， 当当光光照照射射在在集集电电结结时时，就就会会在在结结附附近近产产生生电电子子-空空穴穴对对，光光生生电电子子被被拉拉到到集集电电极极，基基区区留留下下空空穴穴，使使基基极极与与发发射射极极间间的的电电压压升升高高，这这样样便便会会有有大大量量的的电电子子流流向向集集电电极极，形形成成输输出出电电流流，且且集集电电极极电电流流为为光光电电流流的的倍倍，所
24、所以以光光敏敏三三极极管管有有放放大作用大作用。光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v3 3光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管3）光敏晶体管的基本特性）光敏晶体管的基本特性 光谱特性光谱特性 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v3 3光敏晶体管光敏晶体
25、管光敏晶体管光敏晶体管3）光敏晶体管的基本特性）光敏晶体管的基本特性伏安特性伏安特性 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.29.2.29.2.29.2.2基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件基于内光电效应的光电器件v3 3光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管光敏晶体管3）光敏晶体管的基本特性）光敏晶体管的基本特性温度特性温度特性 光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.39.2.39.2.39.2.3光电耦合器件光电耦合器件光电耦合器件光电耦合器件v1 1光电耦合器光电耦合器光电耦合器
26、光电耦合器 光光电电耦耦合合器器中中的的发发光光元元件件通通常常是是半半导导体体的的发发光光二二极极管管（LED），光光电电接接收收元元件件有有光光敏敏电电阻阻、光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管或或光光敏敏晶晶闸闸管管等等。光光电电耦耦合合器器件件根根据据其其结结构构和和用用途途不不同同，又又可可分分为为用用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。 一一般般光光电电耦耦合合器器的的发发光光和和接接收收元元件件都都封封装装在在一一个个外外壳壳内内，有有金金属属封封装装和和塑塑料料封封装装两两种种。 耦耦合合器器常常见见
27、的的组组合合形形式如图式如图9-23所示。所示。光电式传感器优秀(7)课件9.29.2光电式传感器器件光电式传感器器件9.2.39.2.39.2.39.2.3光电耦合器件光电耦合器件光电耦合器件光电耦合器件v2 2光电开关光电开关光电开关光电开关 光光电电开开关关利利用用感感光光元元件件对对变变化化的的入入射射光光加加以以接接收收，并并进进行行光光电电转转换换，同同时时加加以以某某种种形形式式的的放放大大和和控控制制，从从而而获获得得最最终终的的控控制制输输出出“开开”、“关关”信信号号。光光电电开开关关广广泛泛应应用用于于工工业业控控制制、自自动动化化包包装装线线及及安安全全装装置置中中作作
28、光光控控制制和和光光探探测测装装置置。可可在在自自控控系系统统中中应应用用于于物物体体检检测测，产产品品计计数数，料料位位检检测测，尺尺寸寸控控制制，安安全报警及计算机输入接口等方面。全报警及计算机输入接口等方面。光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.19.3.19.3.19.3.1光电管光电管光电管光电管 光光电电阴阴极极材材料料不不同同的的光光电电管管，有有不不同同红红限限，因因此此可可用用于于不不同同的的光光谱谱范范围围。光光电电管管主主要要用用于于UV监监测测、激激光光测测试试、光光谱谱学学等。等。 光电式传感器优秀(7)课件9.39
29、.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.29.3.29.3.29.3.2光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管 光光电电倍倍增增管管由由于于电电子子的的内内倍倍增增作作用用，与与外外增增益益器器件件相相比比，具具有有噪噪声声低低，响响应应快快等等特特点点，这这对对探探测测微微弱弱的的快快速速脉脉冲冲信信号号比比较较有有利。利。 光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.39.3.39.3.39.3.3光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻 使使用用光光敏敏电电阻阻应应该该注注意意遵遵照照使使用用条条件件与与环环境境条条件件，特特别别是
30、是要要控制入射的辐射通量以限制光电流，以避免烧坏器件。控制入射的辐射通量以限制光电流，以避免烧坏器件。 光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.49.3.49.3.49.3.4光电晶体管光电晶体管光电晶体管光电晶体管 光光电电晶晶体体管管的的工工作作条条件件不不能能超超过过规规定定的的最最大大极极限限参参数数，使使用用中中要要控控制制光光照照，使使通通过过光光电电晶晶体体管管的的光光电电流流不不超超过过最最大大限限额额。由由于于光光电电晶晶体体管管的的灵灵敏敏度度与与入入射射光光方方向向有有关关，使使用用时时应应尽尽量量保保持持光光源源与与光光
31、敏敏管管的的位位置置不不变。变。 光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.59.3.59.3.59.3.5光电耦合器光电耦合器光电耦合器光电耦合器 光光电电耦耦合合器器输输入入输输出出电电路路完完全全实实现现电电的的隔隔离离，对对于于信信号号的的传传输，甚至在高压电路中，都可以有良好的电流传输率。输，甚至在高压电路中，都可以有良好的电流传输率。 光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.69.3.69.3.69.3.6常规检测常规检测常规检测常规检测光电传感器光电传感器光电传感器光电传感器 光光电
32、电式式传传感感器器在在实实际际工工作作中中不不仅仅常常常常用用于于我我们们熟熟知知的的常常规规检检测测，在在长长距距离离检检测测、色色标标检检测测、定定区区域域检检测中也很常见。测中也很常见。 光电式传感器优秀(7)课件9.39.3光电式传感器的常用型号光电式传感器的常用型号9.3.79.3.79.3.79.3.7其他类型光电传感器其他类型光电传感器其他类型光电传感器其他类型光电传感器光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 图图9-26是是采采用用以以硫硫化化铅铅光光敏敏电电阻阻为为探探测测元元件件的的火火焰焰探探测测器器电电路路图图。硫硫化化铅铅光光敏敏电
33、电阻阻的的暗暗电电阻阻为为1 M, 亮亮电电阻阻为为0.2 M（在在光光强强度度0.01 W/m下下测测试试），峰峰值值响响应波长为应波长为2.2m ，硫，硫v1 1火焰探测报警器火焰探测报警器火焰探测报警器火焰探测报警器 化化铅铅光光敏敏电电阻阻处处于于V1管管组组成成的的恒恒压压偏偏置置电电路路，其其偏偏置置电电压压约约为为6 V，电电流流约约为为6A。V1管管集集电电极极电电阻阻两两端端并并联联68F的的电电容容，可可以以抑抑制制100Hz以以上上的的高高频频，使使其其成成为为只只有有几几十十赫赫兹兹的的窄窄带带放放大大器器。V2、V3构构成成二二级级负负反反馈馈互互补补放放大大器器，火
34、火焰焰的的闪闪动动信信号号经经二二级级放放大大后后送送给给中中心心控控制制站站进进行行报报警警处处理理。采采用用恒恒压压偏偏置置电电路路是是为为了了在在更更换换光光敏敏电电阻阻或或长长时时间间使使用用后后，元元件件阻阻值值的的变变化化不不至至于影响输出信号的幅度，保证火焰报警器能长期稳定的工作。于影响输出信号的幅度，保证火焰报警器能长期稳定的工作。 光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 光光电电式式纬纬线线探探测测器器是是应应用用于于喷喷气气织织机机上上，判判断断纬纬线线是是否否断断线线的的一一种种探探测测器器。图图9-27为为光光电电式式纬纬线线探探测测
35、器器原原理理电电路路图图，当当纬纬线线在在喷喷气气作作用用下下前前进进时时，红红外外发发光光管管VD发发出出的的红红外外光光，经经纬纬线线反反射射，由由光光电电池池接接收收，如如光光电电池池接接收收不不到到反反射射信信号号时时，说说明明纬纬线线已已断断。因因此此利利用用光光电电池池的的输输出出信信号号，通通过过后后续续电电路路放放大大、脉脉冲冲整整形形等等，控控制制机机器器正正常常运运转转或或者者关关机机报报警警。但但是是，由由于于纬纬线线线线径径很很细细，又又是是摆摆动动着着前前进进，形形成成光光的的漫漫反反射射，削削弱弱了了反反射射光光的的强强度度，而而且且还还伴伴有有背背景景杂杂散散光光
36、，因因此此要要求求探探纬纬器器具具有有高高的的灵灵敏敏度度和和分分辨辨率率。为为此此，红红外外发发光光管管VD采采用用占占空空比比很很小小的的强强电电流流脉脉冲冲供供电电，这这样样既既能能保保证证发发光光管管使使用用寿寿命命，又又能能在在瞬瞬间有强光射出，以提高检测灵敏度。间有强光射出，以提高检测灵敏度。 v2 2光电式纬线探测器光电式纬线探测器光电式纬线探测器光电式纬线探测器光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 烟烟道道里里的的烟烟尘尘浊浊度度是是通通过过光光在在烟烟道道里里传传输输过过程程中中的的变变化化大大小小来来检检测测的的。如如果果烟烟道道浊浊度
37、度增增加加，光光源源发发出出的的光光被被烟烟尘尘颗颗粒粒的的吸吸收收和和折折射射增增加加，到到达达光光检检测测器器上上的的光光减减少少，因因而而光光检检测测器器输输出出信信号号的的强强弱弱便便可可反映烟道浊度的变化。反映烟道浊度的变化。v3 3烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 在在进进行行物物件件的的表表面面检检测测时时，无无缺缺陷陷的的表表面面对对入入射射光光束束的的反反射射（或或透透射射）方方向向和和强强度度均均是是恒恒定定的的，而而有有缺缺陷陷的的表表面面，对对于于光光束束的的反反射射（或或
38、透透射射）则则会会在在方方向向和和强强度度上上发发生生变变化化。因因缺缺陷陷所所引引起起的的光光通通量量变变化化，通通过过光光电电元元件件感感受受并并转转换换为为输输出出电电信信号号，经经过过分分析析就就能能检检测测出出表表面面的的缺缺陷陷情情况。况。v4 4表面缺陷光电传感器表面缺陷光电传感器表面缺陷光电传感器表面缺陷光电传感器光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 1）透射式光电数字转速表）透射式光电数字转速表 透射式光电数字转速表的工作原理如图透射式光电数字转速表的工作原理如图9-30所示，在被测转速的所示，在被测转速的电机上固定一个调制盘，将光源发出
39、的恒定光调制成随时间变化的调电机上固定一个调制盘，将光源发出的恒定光调制成随时间变化的调制光。光线每照射到光电器件上一次，光电器件就产生一个电信号脉制光。光线每照射到光电器件上一次，光电器件就产生一个电信号脉冲，经整形放大，即可得到一个便于测量计数的频率信号。冲，经整形放大，即可得到一个便于测量计数的频率信号。v5 5光电式转速表光电式转速表光电式转速表光电式转速表光电式传感器优秀(7)课件9.49.4光电式传感器的应用光电式传感器的应用 2）反射式光电转速表）反射式光电转速表 反射式光电转速表的工作原理如图反射式光电转速表的工作原理如图9-31所示。在被测转轴端面上所示。在被测转轴端面上装有
40、码盘或贴上带反光特性的标志。光源经光学系统将一束光线投射装有码盘或贴上带反光特性的标志。光源经光学系统将一束光线投射到被测转轴的轴端面上，轴每转一周，反射光投射到光敏元件上的强到被测转轴的轴端面上，轴每转一周，反射光投射到光敏元件上的强弱将发生一次改变，相应输出一个电脉冲信号。光敏元件接收到的反弱将发生一次改变，相应输出一个电脉冲信号。光敏元件接收到的反射光经过整形、放大、计数，即可得出被测对象的转速。射光经过整形、放大、计数，即可得出被测对象的转速。v5 5光电式转速表光电式转速表光电式转速表光电式转速表光电式传感器优秀(7)课件本章小结本章小结 1光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感
41、器，将光信号转光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，将光信号转换为电信号。它的转换原理是基于物质的外光电效应和内光电效应，内换为电信号。它的转换原理是基于物质的外光电效应和内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 2基于外光电效应工作原理制成的光电器件，一般都是真空的或充基于外光电效应工作原理制成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。光电阴极材料不同的光电管，气的光电器件，如光电管和光电倍增管。光电阴极材料不同的光电管，有不同红限，因此可用于不同的光谱范围。光电管主要用于有不同红限，因此可用于不同的光谱范
42、围。光电管主要用于UV监测、激监测、激光测试、光谱学等。光电倍增管由于电子的内倍增作用，与外增益器件光测试、光谱学等。光电倍增管由于电子的内倍增作用，与外增益器件相比，具有噪声低，响应快等特点，探测微弱的快速脉冲信号比较有利。相比，具有噪声低，响应快等特点，探测微弱的快速脉冲信号比较有利。 3利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的内光电效应利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的内光电效应器件，常见的有光敏电阻和光电池、光敏晶体管等。器件，常见的有光敏电阻和光电池、光敏晶体管等。 1）光敏电阻不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。）光敏电阻不宜作线性测量元件，一般用作开
43、关式的光电转换器。硫化镉光敏电阻常被用作光度量测量（照度计）的探头。硫化铅光敏电硫化镉光敏电阻常被用作光度量测量（照度计）的探头。硫化铅光敏电阻常用做火焰探测器的探头。阻常用做火焰探测器的探头。 2）光电池能直接将光能转换为电能，在有光线作用下实质就是电源，）光电池能直接将光能转换为电能，在有光线作用下实质就是电源，电路中有了它可不需外加电源，硅光电池有很高的频率响应，可用在高电路中有了它可不需外加电源，硅光电池有很高的频率响应，可用在高速计数、有声电影等方面。速计数、有声电影等方面。光电式传感器优秀(7)课件本章小结本章小结 3）光敏晶体管则必须使）光敏晶体管则必须使PN结能受到最大的光照射
44、。光敏二极管在结能受到最大的光照射。光敏二极管在光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术中应用广泛。光敏三极管光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术中应用广泛。光敏三极管是具有是具有NPN或或PNP结构的半导体管，它在结构上与普通半导体三极管类结构的半导体管，它在结构上与普通半导体三极管类似，具有两个似，具有两个PN结，入射光主要被基区吸收。光敏三极管有放大作用。结，入射光主要被基区吸收。光敏三极管有放大作用。 4）光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电接收元件合）光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。光电耦合器件根据其结构并
45、使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。光电耦合器件根据其结构和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器，广泛应用在体的光电开关。光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器，广泛应用在电路隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场合。光电路隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场合。光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。探测装置。 4光电式传感器具有响应快、灵敏度高、功耗低、便于集成、易于光电式传感器具有响应快、灵敏度高、功耗低、便于集成、易于实现非接触测量等优点，广泛应用于自动控制、机器人和宇航等领域。实现非接触测量等优点，广泛应用于自动控制、机器人和宇航等领域。介绍了部分光电式传感器的型号、性能指标、适用范围以及典型光电式介绍了部分光电式传感器的型号、性能指标、适用范围以及典型光电式传感器的应用，以供参考。传感器的应用，以供参考。光电式传感器优秀(7)课件
