光电效应和光电器件 PPT课件.ppt

第七章第七章 光电式传感器光电式传感器l光电传感器是将光通量转换为电量的一光电传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。种传感器。被测量被测量 光信号光信号 电信号电信号l一般由：光源、光学通路和光电元件组一般由：光源、光学通路和光电元件组成。成。l特点：特点：精度高、反应快、非接触、高分辨率、精度高、反应快、非接触、高分辨率、高可靠性，且可测参数多，传感器结构高可靠性，且可测参数多，传感器结构简单，形式灵活多样等。简单，形式灵活多样等。在检测和控制领域得到广泛应用。在检测和控制领域得到广泛应用。7.1 光电效应和光电器件外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应:在在光光线线作作用用下下使使物物体体的的电电子子逸逸出出表表面面的的现现象象。如如光光电管、光电倍增管电管、光电倍增管内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应:在在光光线线作作用用下下能能使使物物体体电电阻阻率率改改变变的的现现象象，如如光光敏敏电电阻、光敏晶体管等属于这类光电器件。阻、光敏晶体管等属于这类光电器件。阻挡层光电效应阻挡层光电效应阻挡层光电效应阻挡层光电效应(光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应):):在在光光线线作作用用下下能能使使物物体体产产生生一一定定方方向向的的电电动动势势的的现现象。如光电池象。如光电池下一页返 回光电效应和光电器件7.1.1光电管光电管7.1.2光电倍增管光电倍增管7.1.3光敏电阻光敏电阻7.1.4光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管7.1.5光电池光电池7.1.6光电式传感器的应用光电式传感器的应用上一页下一页返 回711 光电管当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。子流，在外电路中便产生了电流。上一页下一页返 回真空光电管的伏安特性真空光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管充气光电管:构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高.所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差上一页下一页返 回712 光电倍增管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增管：放大光电流光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极组成：光电阴极+若干倍增极若干倍增极+阳极阳极上一页下一页返 回光电倍增管的结构 与工作原理l光电阴极光电倍增极阳极光电阴极光电倍增极阳极倍增极上涂有倍增极上涂有Sb-Cs或或Ag-Mg等光敏材料，并等光敏材料，并且电位逐级升高且电位逐级升高阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射二次电子发射二次电子发射系数二次电子发射系数=二次发射电子树入射电子数二次发射电子树入射电子数若倍增极有若倍增极有n，则倍增率为则倍增率为n上一页下一页返 回713 光敏电阻1.光敏电阻的工作原理及结构光敏电阻的工作原理及结构2光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数3光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性上一页下一页返 回1.光敏电阻的工作原理及结构光敏电阻的工作原理及结构当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中电流很小很大，电路中电流很小当有光照时，光敏电阻值当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减少，电流迅速增加急剧减少，电流迅速增加上一页下一页返 回光敏电阻的结构 1.玻璃玻璃2.光电导层光电导层3.电极电极4.绝缘衬底绝缘衬底5.金属壳金属壳6.黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃7.引线引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。上一页下一页返 回半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定而且体积小、重量轻、性能稳定梳梳状状电电极极上一页下一页返 回2光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数（1）暗电阻和暗电流）暗电阻和暗电流光光敏敏电电阻阻在在室室温温条条件件下下，在在全全暗暗后后经经过过一一定定时时间间测测量量的的电电阻阻值值，称称为为暗暗电电阻阻。此此时时流流过过的的电电流，称为暗电流。流，称为暗电流。（2）亮电阻）亮电阻光光敏敏电电阻阻在在某某一一光光照照下下的的阻阻值值，称称为为该该光光照照下下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）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。上一页下一页返 回光敏电阻光敏电阻当光敏电阻受到光照时，阻值减小。光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗暗电流（越小越好）电流（越小越好）3光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性（1）伏安特性伏安特性（2）光照特性光照特性（3）光谱特性光谱特性（4）响应时间和频率特性响应时间和频率特性（5）温度特性温度特性上一页下一页返 回（1）伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。上一页下一页返 回（2）光照特性 l光敏电阻的光电流与光强之间的关系光敏电阻的光电流与光强之间的关系 由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。上一页下一页返 回（3）光谱特性 l光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回（4）响应时间和频率特性l光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。光的变化，在时间上有一个滞后。l通常用响应时间通常用响应时间t表示。表示。上一页下一页返 回光敏电阻的频率特性 l不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，所以它们的频率特性也就不尽相同。所以它们的频率特性也就不尽相同。上一页下一页返 回（5）温度特性 l光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。它的暗电阻和灵敏度都下降。硫化镉光敏电阻的温度特性硫化镉光敏电阻的温度特性温度系数温度系数:在一定光照下，温度每变化在一定光照下，温度每变化1，光敏电阻阻值的平均变化率光敏电阻阻值的平均变化率上一页下一页返 回温度对光谱特性影响 l随随着着温温度度升升高高，光光谱谱响响应应峰峰值值向向短短波波方方向向移移动动。因因此此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。硫化铅光敏电阻的光谱温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性上一页下一页返 回7.1.4 光敏二极管和光敏晶体管 l1工作原理工作原理l2基本特性基本特性上一页下一页返 回1工作原理工作原理l结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在电路中一般是处于反向工作状态的在电路中一般是处于反向工作状态的 光敏二极管光敏二极管上一页下一页返 回光敏二极管光敏二极管 将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。光敏二极管外形光敏二极管外形光敏二极管阵列光敏二极管阵列包含包含1024个个InGaAs元件元件的线性光电二极管阵列的线性光电二极管阵列，可用可用于分光镜。于分光镜。红外发射、接收对管外形红外发射、接收对管外形红外发射管红外发射管红外接收管红外接收管光敏晶体管 l与一般晶体管很相似，具有两个与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。上一页下一页返 回光敏三极管外形光敏三极管外形2基本特性基本特性（1）光谱特性）光谱特性（2）伏安特性）伏安特性（3）光照特性）光照特性（4）温度特性）温度特性（5）频率响应）频率响应上一页下一页返 回（1）光谱特性l入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降 硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。上一页下一页返 回（2）伏安特性上一页下一页返 回硅硅光光敏敏管管的的伏伏安安特特性性（3）光照特性 硅光敏管的光照特性硅光敏管的光照特性光敏二极管的光照特性曲线的线性较好光敏二极管的光照特性曲线的线性较好上一页下一页返 回（4）温度特性l其暗电流及光电流与温度的关系其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。上一页下一页返 回（5）频率响应l具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流光电流(或负载上的电压或负载上的电压)随频率的变化关系随频率的变化关系 硅光敏晶体管的频率响应硅光敏晶体管的频率响应上一页下一页返 回715光电池光电池l有有光光线线作作用用下下实实质质上上就就是是电电源源，电电路路中中有了这种器件就不再需要外加电源。有了这种器件就不再需要外加电源。1.工作原理工作原理2基本特性基本特性上一页下一页返 回光电池光电池外形外形光敏面光敏面能提供较大电流的大能提供较大电流的大面积光电池面积光电池外形外形其他其他光电池及在照度测量中的应用光电池及在照度测量中的应用柔光罩柔光罩下面为圆形光电池下面为圆形光电池光电池在动力方面的应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能电动机模型太阳能太阳能硅光电池板硅光电池板光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）太阳能发电太阳能发电光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用光电池在人造卫星上的应用1.工作原理工作原理l直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的面积的pn结。当光照射到结。当光照射到pn结上时，便在结上时，便在pn结的两端产生电动势结的两端产生电动势(p区为正，区为正，n区为负区为负)。l用用导导线线将将pn结结两两端端用用导导线线连连接接起起来来，就就有有电电流流流流过过，电电流流的的方方向向由由P区区流流经经外外电电路路至至n区区。若若将电路断开，就可以测出光生电动势。将电路断开，就可以测出光生电动势。上一页下一页返 回2基本特性基本特性(1)光谱特性光谱特性(2)光照特性光照特性(3)频率响应频率响应(4)温度特性温度特性(5)稳定性稳定性上一页下一页返 回（1）光谱特性l光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回(2)光照特性 l不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的光电池作为测量元件使用时，应把它当作电流源的形式来使用光电池作为测量元件使用时，应把它当作电流源的形式来使用上一页下一页返 回光电池的短路电流 l外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下的电流值。的电流值。负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽上一页下一页返 回(3)频率响应 l指输出电流随调制光频率变化的关系指输出电流随调制光频率变化的关系 硅光电池具有较高的频率响应硅光电池具有较高的频率响应,用于高速计数的光电转换用于高速计数的光电转换上一页下一页返 回(4)温度特性l开路电压和短路电流随温度变化的关系。开路电压和短路电流随温度变化的关系。l关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标测量精度或控制精度等重要指标 硅光电池的温度特性硅光电池的温度特性(照度照度1000lx)上一页下一页返 回(5)稳定性l当光电池密封良好、电极引线可靠、应当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的用合理时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定硅光电池的性能比硒光电池更稳定 l影响性能和寿命因素影响性能和寿命因素：光电池的材料及制造工艺光电池的材料及制造工艺使用环境条件使用环境条件 上一页下一页返 回716 光电式传感器的应用l模拟式传感器模拟式传感器l脉冲式传感器脉冲式传感器上一页下一页返 回1模拟式光电传感器模拟式光电传感器l基于光电器件的光电流随光通量而发生基于光电器件的光电流随光通量而发生变化，是变化，是光通量的函数光通量的函数。对对于于光光通通量量的的任任意意一一个个选选定定值值，对对应应的的光光电电流流就就有有一一个个确确定定的的值值，而而光光通通量量又又随随被被测测非非电电量量的的变变化化而而变变化化，这这样样光光电电流就成为被测非电量的函数。流就成为被测非电量的函数。上一页下一页返 回光电比色高温计 1物镜；物镜；2平面玻璃；平面玻璃；3光阑；光阑；4光导棒；光导棒；5分光镜；分光镜；6滤光片；滤光片；7硅光电池；硅光电池；8滤光片；滤光片；9硅光电池；硅光电池；10瞄准反射镜；瞄准反射镜；11圆柱反射镜；圆柱反射镜；12目镜；目镜；13多夫棱镜多夫棱镜14、15硅光电池负载电阻；硅光电池负载电阻；17可逆电机；可逆电机；17电子电位差计电子电位差计上一页下一页返 回2脉冲式光电传感器脉冲式光电传感器光光电电器器件件的的输输出出仅仅有有两两个个稳稳定定状状态态，也也就是就是“通通”与与“断断”的开关状态。的开关状态。光光电电器器件件受受光光照照时时，有有电电信信号号输输出出，光光电电器器件件不不受受光光照照时时，无无电电信信号号输输出出。属属于于这这一一类类的的大大多多是是作作继继电电器器和和脉脉冲冲发发生生器器应应用用的的光光电电传传感感器器，如如测测量量线线位位移移、线线速速度度、角角位位移移、角角速速度度(转转速速)的的光光电电脉冲传感器等等。脉冲传感器等等。上一页下一页返 回光电式数字转速表 上一页返 回 、光源本身是被测物的应用实例、光源本身是被测物的应用实例 光的照度光的照度E的单位是的单位是lx（勒勒克斯），它是常克斯），它是常用的光度学单位用的光度学单位之一，它表示受之一，它表示受照物体被照亮程照物体被照亮程度的物理量，可度的物理量，可以用照度计来测以用照度计来测量。量。光电池光电池（外加柔（外加柔光罩）光罩）1.1.红外线辐射温度计：红外线辐射温度计：红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-303000，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅 用于瞄准红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 红外线辐射温度计用于食品温度测量红外线辐射温度计红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用在非接触体温测量中的应用耳温仪耳温仪红外线辐射温度计用于人体额温测量红外线辐射温度计用于人体额温测量 红外线辐射温度计在非接红外线辐射温度计在非接红外线辐射温度计在非接红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用触温度测量中的应用触温度测量中的应用触温度测量中的应用集成集成IC温度测量温度测量 红外线辐射温度计在非接触温度测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）中的应用（续）利用红色激光瞄准被测利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）物（冷藏牛奶和面食）红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）（续）利用红色激光瞄准被利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花测物（电控柜、天花板内的布线层）板内的布线层）温度温度采集系统采集系统比色式温度传感器温度非接触比色式温度传感器温度非接触测量中的应用测量中的应用 比色式温度传感器采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准,测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。比色温度计比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如 :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。场。2.2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电传感器在人体检测、报警中的应用 热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。热释电元件外形热释电元件外形热释电传感器简介热释电传感器简介 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等 热释电传感器的内部电路热释电传感器的内部电路两块反向两块反向串联的热串联的热释电晶片释电晶片场场效应管效应管热释电传感器工作原理热释电传感器工作原理 热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透镜热释电晶片热释电晶片菲涅尔透镜外形菲涅尔透镜外形传感器不加菲涅尔传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离透镜时，其检测距离小于小于2m，而加上该透而加上该透镜后，其检测距离可镜后，其检测距离可增加增加3倍以上倍以上。热释电套件热释电套件热释电报警器热释电报警器菲涅尔透镜设定按钮设定按钮高高分贝喇叭分贝喇叭热释电报警器（续）热释电报警器（续）菲涅尔透镜5mm接插件接插件热释电报警器（续）热释电报警器（续）吸顶式 热释电报警器热释电传感器应用热释电传感器应用 热释电传感器用于自动亮灯，当然也可以用于防盗热释电传感器热释电传感器的感应范围的感应范围热释电感应灯热释电感应灯热释电热释电传感器传感器自动感应灯自动感应灯（参考施特朗公司资料）（参考施特朗公司资料）（参考施特朗公司资料）（参考施特朗公司资料）热释电传感器在智能空调中的应用热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测智能空调能检测出屋内是否有人，微出屋内是否有人，微处理器据此自动调节处理器据此自动调节空调的出风量，以达空调的出风量，以达到节能的目的。到节能的目的。空调中，热空调中，热释电释电传感器的菲涅尔传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。是静止着还是走动着。上上下下范范围围左右范围左右范围二、被测物吸收光通量的应用实例二、被测物吸收光通量的应用实例 光电式浊度计和含沙量测量将将装有浊装有浊水的水的试管试管插入仪器中插入仪器中光电式浊度计工作原理光电式浊度计工作原理 1恒流源 2半导体激光器 3半反半透镜 4反射镜 5被测水样 6、9光电池 7、10电流/电压转换器 8标准水样 参比通道参比通道2.2.烟雾报警器烟雾报警器外形外形（参考（参考（参考（参考南京千里通公司南京千里通公司南京千里通公司南京千里通公司 无线无线无线无线烟雾报警器烟雾报警器烟雾报警器烟雾报警器资料）资料）资料）资料）无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。烟雾烟雾报警报警无线无线烟雾报警器内部结构烟雾报警器内部结构 可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器无线火灾烟雾传感器无线火灾烟雾传感器 无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。无线发射器的报警距离在空旷地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到20米。三、被测物体反射光通量的应用实例三、被测物体反射光通量的应用实例三、被测物体反射光通量的应用实例三、被测物体反射光通量的应用实例 1.反射式 烟雾报警器 在没有烟雾在没有烟雾时，由于红外对时，由于红外对管相互垂直，烟管相互垂直，烟雾室内又涂有黑雾室内又涂有黑色吸光材料，所色吸光材料，所以红外以红外LED发出发出的红外光无法到的红外光无法到达红外光敏三极达红外光敏三极管。管。当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。光电流输出。2.2.光电式转速表光电式转速表 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)水泵水泵转速测量转速测量光电式转速表外形光电式转速表外形3.光电自动门光电自动门自动门光电传感器自动门光电传感器放大图放大图有效检测区域有效检测区域四、被测物遮挡光通量的应用实例四、被测物遮挡光通量的应用实例1.光电式带材跑偏检测器 光电传感器光电传感器 带材走偏带材走偏时，边缘经常时，边缘经常与传送机械发与传送机械发生碰撞，易出生碰撞，易出现卷边，造成现卷边，造成废品。废品。当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压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。材跑偏的方向及大小。光电式带材跑偏检光电式带材跑偏检测控制器原理测控制器原理1被测带材被测带材2卷取电机卷取电机3卷取辊卷取辊4液压缸液压缸5活塞活塞6滑台滑台7光电检测装置光电检测装置8光源光源9、10透镜透镜11-光敏电阻光敏电阻R112遮光罩遮光罩 带材纠偏系统带材纠偏系统光电开关及光电断续器光电开关及光电断续器 从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。一、光电开关的结构和分类一、光电开关的结构和分类 光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。光电开关外形光电开关外形遮断型光电开关示意图遮断型光电开关示意图遮断报警遮断报警遮断式光电开关原理遮断式光电开关原理ObjectReceiver 遮遮断断式式光光电电开开关关由由相相互互分分离离且且相相对对安安装装的的光光发发射射器器和和光光接接受受器器组组成成。当当被被检检测测物物体体位位于于发发射射器器和和接接受受器器之之间间时时，光光线线被被阻阻断断，接接受受器器接接受受不不到到红红外外线线而而产产生生开开关关信号。信号。被检测物体光发射器光接收器光电开关在光电开关在流流水线上的应用水线上的应用送料器定区域式光电开关定区域式光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运行方向流水线运行方向罐装高度检测罐装高度检测储料仓储料仓落料口落料口遮断式光电开关遮断式光电开关（计数）（计数）光幕光幕 两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器接收器光幕应用光幕应用 当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光线被遮断（报警）光线被遮断（报警）光幕应用（续）光幕应用（续）产品高度测量产品高度测量光幕应用（续）光幕应用（续）三维尺寸三维尺寸检测检测宽度宽度测量测量长度长度测量测量高度高度测量测量光幕应用（续）光幕应用（续）木材外形截面积检测木材外形截面积检测光幕应用（续）光幕应用（续）纠偏纠偏光光幕幕可可检检测测出出带带材材在在卷卷曲曲过过程程中中的的偏偏移移，经经控控制制器器和和执执行行机机构构使使带带材材向向正正确确的的方方向向运运动动（纠偏）。（纠偏）。光幕应用（续）光幕应用（续）光幕用于光幕用于 自动收费系统的自动收费系统的车辆检测车辆检测光幕应用（续）光幕应用（续）锻压机床的锻压机床的 安全区域设置安全区域设置 及入侵报警及入侵报警光幕应用（续）光幕应用（续）安全区示警安全区示警反射型光电开关反射型光电开关 反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。反射镜反射型光电开关采用较为方便反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。光）反射回去，提高抗干扰能力。定定区域反射式光电开关原理区域反射式光电开关原理 定定区区域域式式光光电电开开关关有有一一个个非非常常确确定定的的检检测测区区域域，不不经经过过该该区区域域的的被被测测物物体体不不会会引引起起光光电电开开关关产产生生开关信号。开关信号。检测距离检测距离反射型光电开关及反射镜外形反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器集发射、接收器于一身于一身反射镜反射镜反射型反射型光电开关工光电开关工作原理作原理 反射镜反射镜反射型反射型光电开光电开关集光发射器和光接受器关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏接受反射镜反射回来的偏振光。振光。反射板反射镜反射镜被测物体偏振光偏振光发射光发射光被测物漫反射型光电开关原理被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线 漫漫反反射射型型光光电电开开关关集集光光发发射射器器和和光光接接受受器器于于一一体体。当当被被测测物物体体经经过过该该光光电电开开关关时时，发发射射器器发发出出的的光光线线经经被被测测物物体体表表面面反反射射由由接接受受器器接接受受，于于是是产产生生开关信号开关信号。额定距离额定距离漫反射型漫反射型光电开关的应用光电开关的应用反射型光电开关外形反射型光电开关外形电源电源指示指示信号信号指示指示反射型光电开关外形反射型光电开关外形（续）（续）（续）（续）灵敏度调节电位器灵敏度调节电位器表面反射率表面反射率 对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。光电开关应用（续）光电开关应用（续）透明度测量、控制透明度测量、控制质量检测质量检测光电开关应用（续）光电开关应用（续）加工控制加工控制光电开关应用（续）光电开关应用（续）机械手定位机械手定位光电开关应用（续）光电开关应用（续）商标方向检测商标方向检测二、二、光电断续器光电断续器 光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。反射式反射式光电断续器光电断续器 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外LED的正向压降约为1.11.3V，驱动电流控制在20mA以内。光电断续器外形光电断续器外形光电断续器外形（续）光电断续器外形（续）红色红色光柱光柱 齿齿 盘盘 每每转转过过一一个个齿齿，光光电电断断续续器器就就输输出出一一个个脉脉冲冲。通通过过脉脉冲冲频频率率的的测测量量或或脉脉冲冲计计数数，即即可可获获得得齿齿盘盘转转速速和和角位移。角位移。光电断续器的应用光电断续器的应用n 当当 工工 件件经经过过光光电电断断续续器器时时，接接收收器器即即产产生生一一个个计计数数脉脉冲。冲。光电断续器的应用（续）光电断续器的应用（续）光电传感器的其他用途（续）光电传感器的其他用途（续）断裂检测断裂检测电梯自动运行电梯自动运行条件判断条件判断