光電傳感器演示幻燈片課件(139頁(yè)P(yáng)PT)

1、光電傳感器1第1頁(yè)，共139頁(yè)。光通量：每單位時(shí)間到達(dá)、離開(kāi)或通過(guò)曲面的光能量光電傳感器：是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器，其最大特點(diǎn)是非接觸測(cè)量光電傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng) 2第2頁(yè)，共139頁(yè)。 1905年德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦用光量子學(xué)說(shuō)解釋了光電發(fā)射效應(yīng)，并為此而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 3第3頁(yè)，共139頁(yè)。 第一節(jié) 光電效應(yīng)及光電元器件 用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)通?？梢苑譃?類，有外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。 4第4頁(yè)，共139頁(yè)。 外光電效應(yīng)：在光線

2、的作下，能使電子逸出物體的表面。向外逸出的電子叫光電子。 基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、紫外光電管、光電倍增管、光電攝像管等。 光電管光電倍增管5第5頁(yè)，共139頁(yè)。 紫外光電管外形 當(dāng)入射紫外線照射在紫外管陰極板上時(shí)，電子克服金屬表面對(duì)它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外光電管多用于紫外線測(cè)量、火焰監(jiān)測(cè)等。 紫外線6第6頁(yè)，共139頁(yè)。10.1.1 光電管 在一個(gè)真空泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極：光電陰極和光電陽(yáng)極。 光電陰極通常是用逸出功小的光敏材料徐敷在玻璃泡內(nèi)壁上做成，其感光面對(duì)準(zhǔn)光的照射孔。 當(dāng)光線照射到光敏材料上，光子的能量傳遞給陰極表面的電子，當(dāng)電子獲得的能量足夠大時(shí)，便有電子逸出

3、，這些電子被具有正電位的陽(yáng)極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流。7第7頁(yè)，共139頁(yè)。光電管的結(jié)構(gòu)和電路8第8頁(yè)，共139頁(yè)。光電管測(cè)量電路9第9頁(yè)，共139頁(yè)。光電管的光譜特性 由于光陰極對(duì)光譜有選擇性，因此光電管對(duì)光譜也有選擇性。保持光通量和陰極電壓不變，陽(yáng)極電流與光波長(zhǎng)之間的關(guān)系叫光電管的光譜特性。 一般對(duì)于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率f0，因此它們可用于不同的光譜范圍。 除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率f0，并且強(qiáng)度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量還會(huì)不同，即同一光電管對(duì)于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光電管的

4、光譜特性。所以，對(duì)各種不同波長(zhǎng)區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。10第10頁(yè)，共139頁(yè)。 受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。 基于內(nèi)光電效應(yīng)的元器件有光敏電阻，光敏二極管，光敏三極管，光敏達(dá)林頓管及光敏晶閘管等。10.1.2 基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元器件11第11頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻 當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)， 阻值減小。 在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里。12第12頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻結(jié)構(gòu)符號(hào)（a）光敏電阻結(jié)構(gòu) （b）電極 （c）連接電路13第13頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)

5、度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。 不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。 14第14頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻演示 當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子空穴對(duì)增加，阻值減小，流過(guò)光敏電阻的電流增大。暗電流（越小越好）15第15頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻的主要特性參數(shù)(1)暗電阻與暗電流 光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過(guò)的電流成為暗電流。(2)亮電阻與亮電流 光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流。(3)光電特性 施加額定電壓，置于室溫時(shí)測(cè)得的電阻值與光照度的關(guān)系。（具有非線性）(4)光電流 亮電流與暗電流之差稱為光電流。 16第16頁(yè)，共139頁(yè)。光敏

6、電阻的光照特性光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖為硫化鎘光敏電阻的光照特性。17第17頁(yè)，共139頁(yè)。光敏電阻的溫度特性 其性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。硫化鎘的光電流I和溫度T的關(guān)系如圖所示。有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)波段的輻射，將元件降溫使用。例如，可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低。18第18頁(yè)，共139頁(yè)。光敏晶體管的工作原理及結(jié)構(gòu) 光敏二極管，光敏三極管，光敏達(dá)林頓管（光敏復(fù)合管）以及光敏晶閘管

7、等統(tǒng)稱為光敏晶體管，可用于光的照度測(cè)量和控制。 光敏晶體管的具體特性參數(shù)見(jiàn)書P134表10-3所示。19第19頁(yè)，共139頁(yè)。光敏二極管1. 結(jié)構(gòu)原理 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射。 圖為光敏二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和符號(hào) 20第20頁(yè)，共139頁(yè)。光敏二極管 將光敏二極管的PN 結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，當(dāng)在光敏二極管兩端施加電壓后，流過(guò)PN結(jié)的光電流也相應(yīng)增大，光電流與光照度成正比。 21第21頁(yè)，共139頁(yè)。光敏二極管 光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，在沒(méi)有光照射時(shí)

8、，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流，當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。光敏二極管接線圖22第22頁(yè)，共139頁(yè)。 光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁(yè)圖）及光電特性演示 在沒(méi)有光照時(shí)，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。 當(dāng)光照增加時(shí)，光電流I與光照度成正比關(guān)系。 光敏二極管的反向偏置接法UO+光照23第23頁(yè)，共139頁(yè)。紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形 紅外發(fā)射管紅外接收管（光敏二極管）典型應(yīng)

9、用：會(huì)展入場(chǎng)人數(shù)計(jì)數(shù)器，由紅外線發(fā)射和接收對(duì)管組成，其發(fā)射和接收的最大距離可達(dá)8米，并可在室內(nèi)自然光下，進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，無(wú)需對(duì)光采用聚焦措施。該計(jì)數(shù)器可用于城市會(huì)展人場(chǎng)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。24第24頁(yè)，共139頁(yè)。光敏三極管 光敏三極管有PNP型和NPN型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，只是它的發(fā)射極e一邊做的很大,以擴(kuò)大光的照射面積,且其基極b不接引線，故其外形與光敏二極管相似，從外觀上較難區(qū)別。當(dāng)集電極c加上正電壓,基極開(kāi)路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)，集電極電流為原始光電流的倍，故其具有電流放大作用。 25第25頁(yè)，共139頁(yè)。光敏三極管外形 26第26頁(yè)，共139頁(yè)。光敏三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu) a

10、)內(nèi)部組成 b)管芯結(jié)構(gòu) c）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖 1集電極引腳 2管芯 3外殼 4玻璃聚光鏡 5發(fā)射極引腳 6N+ 襯底 7N型集電區(qū) 8SiO2保護(hù)圈 9集電結(jié) 10P型基區(qū) 11N型發(fā)射區(qū) 12發(fā)射結(jié) 27第27頁(yè)，共139頁(yè)。光敏二極管和光敏三極管的區(qū)別光電流光敏二極管一般只有幾微安到幾百微安，而光敏三極管一般都在幾毫安以上，至少也有幾百微安，兩者相差十倍至百倍。光敏二極管與光敏三極管的暗電流則相差不大，一般都不超過(guò)1uA。響應(yīng)時(shí)間光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間在100ns以下，而光敏三極管為510us。因此，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，應(yīng)選用光敏二極管；只有在工作頻率較低時(shí)，才選用光敏三極管。輸出特性光敏二極管有

11、很好的線性特性，而光敏三極管的線性較差。28第28頁(yè)，共139頁(yè)。光敏達(dá)林頓管 在需要高增益或大電流輸出的場(chǎng)合，需采用達(dá)林頓光敏管。圖是達(dá)林頓光敏管，它是一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)晶體管以共集電極連接方式構(gòu)成的集成器件。由于增加了一級(jí)電流放大，所以輸出電流能力大大加強(qiáng)，甚至可以不必經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大，便可直接驅(qū)動(dòng)靈敏繼電器。但由于無(wú)光照時(shí)的暗電流也增大，因此適合于開(kāi)關(guān)狀態(tài)或位式信號(hào)的光電變換。 光敏達(dá)林頓管29第29頁(yè)，共139頁(yè)。光敏晶閘管 光敏晶閘管有三個(gè)引出電極，即陽(yáng)極a、陰極k和門極g 。它的頂部有一個(gè)玻璃透鏡，光敏晶閘管的陽(yáng)極與負(fù)載串聯(lián)后接電源正極，陰極接電源負(fù)極，門極可懸空。光敏晶閘管的特點(diǎn)

12、是：導(dǎo)通電流比光敏三極管大得多，工作電壓有的可達(dá)數(shù)百伏，因此輸出功率大，可用于工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)控制。光敏面30第30頁(yè)，共139頁(yè)。光敏晶體管的基本特性(1)光譜特性 指在一定光照度時(shí)， 輸出的光電流（或用相對(duì)靈敏度表示）與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系。硅光敏晶體管的光譜特性圖如下。 由圖可知，硅晶體管的峰值波長(zhǎng)為0.8m，接近紅色光。此時(shí)靈敏度最大，而當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增長(zhǎng)或縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度都會(huì)下降。 1濾光玻璃引起的光譜特性紫偏移2 硅晶體管的光譜特性3 濾光玻璃引起的光譜特性紅偏移31第31頁(yè)，共139頁(yè)。(2)光電特性 0光照 光電流光敏 三極管光敏 二極管3000lx4mA請(qǐng)判斷靈敏度的高低0.3mA

13、請(qǐng)計(jì)算當(dāng)E=100lx時(shí)，光敏二極管的光電流I IE32第32頁(yè)，共139頁(yè)。 由圖可知：光敏晶體管的光電流光照度成線性關(guān)系。光敏三極管的光電特性曲線斜率較大，說(shuō)明靈敏度比光敏二極管高。 光敏二極管的光電特性的斜率為k=0.3/3000，那么光電流I=k*100=0.01mA33第33頁(yè)，共139頁(yè)。(3)溫度特性 光敏管的溫度特性是指光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。光敏晶體管的溫度特性曲線如圖所示。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流影響很小(圖(b)，而對(duì)暗電流影響很大(圖(a)， 所以在電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。 34第34頁(yè)，共139頁(yè)?；诠馍?/p>

14、效應(yīng)的光電元件 光電池 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能，又稱為太陽(yáng)能電池。它是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在面積較大的光電池P區(qū)表面，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，光生電子因PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)而漂移到負(fù)極，空穴留在P區(qū)，從而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)E。光照越強(qiáng)，光生電動(dòng)勢(shì)就越大。 命名方式：把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前,應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。35第35頁(yè)，共139頁(yè)。以硅光電池為例硅光電池結(jié)構(gòu)圖硅光電池的工作原理示意圖36第36頁(yè)，共139頁(yè)。光電池的表示符號(hào)、基本電路 37第37頁(yè)，

15、共139頁(yè)。光電池外形光敏面38第38頁(yè)，共139頁(yè)。光電池的基本特性 (1) 光譜特性 光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的。 從圖中可知，不同材料的光電池，光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)是不同的，硅光電池波長(zhǎng)在0.8m附近，硒光電池在0.5m附近。硅光電池的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為0.41.2m，而硒光電池只能為0.380.75m。可見(jiàn)，硅光電池可以在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到應(yīng)用。 39第39頁(yè)，共139頁(yè)。(2)光電池的光電特性 一個(gè)典型的硅光電池的光電特性開(kāi)路電壓為 對(duì)數(shù)特性短路電流為 線性特性1光電池負(fù)載開(kāi)路時(shí)開(kāi)路電壓曲線2負(fù)載短路時(shí)短路電流曲線 光電池在不同光照度下， 其光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是

16、不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。40第40頁(yè)，共139頁(yè)。 從圖中看出， 短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，開(kāi)路電壓（即負(fù)載電阻RL無(wú)限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在2000 lx時(shí)就趨于飽和了。因此用光電池作為測(cè)量元件時(shí)， 應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來(lái)使用， 不宜用作電壓源。 41第41頁(yè)，共139頁(yè)。光電池的應(yīng)用光電池主要有兩大類型的應(yīng)用： 將光電池作光伏器件使用，利用光伏作用直接將大陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，即太陽(yáng)能電池。這是全世界范圍內(nèi)人們所追求、探索新能源的一個(gè)重要研究課題。太陽(yáng)能電池已在宇宙開(kāi)發(fā)、航空、通信設(shè)施、太陽(yáng)電池地面發(fā)電站、日常生活和交通事業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。目前

17、太陽(yáng)電池發(fā)電成本尚不能與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，但是隨著太陽(yáng)電池技術(shù)不斷發(fā)展，成本會(huì)逐漸下降，太陽(yáng)電池定將獲得更廣泛的應(yīng)用。 將光電池作光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用，需要光電池具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短等特性，但不必需要像太陽(yáng)電池那樣的光電轉(zhuǎn)換效率。這一類光電池需要特殊的制造工藝，主要用于光電檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中。42第42頁(yè)，共139頁(yè)。其他光電池及在照度測(cè)量中的應(yīng)用柔光罩下面為圓形光電池43第43頁(yè)，共139頁(yè)。光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能賽車太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能 硅光電池板44第44頁(yè)，共139頁(yè)。太陽(yáng)能手機(jī)充電器太陽(yáng)能供LED警示標(biāo)志牌太陽(yáng)能電池45第45頁(yè)，共139頁(yè)。光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽(yáng)能發(fā)

18、電46第46頁(yè)，共139頁(yè)。光電池自動(dòng)干手器 手放入干手器時(shí)，手遮住燈泡發(fā)出的光，光電池不受光照，晶體管基極正偏而導(dǎo)通，繼電器吸合。風(fēng)機(jī)和電熱絲通電，熱風(fēng)吹出烘手。手干抽出后，燈泡發(fā)出光直接照射到光電池上，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，使三極管基射極反偏而截止，繼電器釋放，從而切斷風(fēng)機(jī)和電熱絲的電源。47第47頁(yè)，共139頁(yè)。第二節(jié) 光電元器件的基本應(yīng)用電路 一、光敏電阻的基本應(yīng)用電路 a）U與光照變化趨勢(shì)相同的電路 b）U與光照變化趨勢(shì)相反的電路 48第48頁(yè)，共139頁(yè)。二、光敏二極管應(yīng)用電路 利用反相器可將光敏二極管的輸出電壓轉(zhuǎn)換成TTL電平。 當(dāng)光照增加，Ui2.4V,輸出低電平=2.0V，輸入低電

19、平=0.8V。50第50頁(yè)，共139頁(yè)。光敏三極管的應(yīng)用電路51第51頁(yè)，共139頁(yè)。光敏三極管光控繼電器電路 當(dāng)無(wú)光照時(shí)，V1截止，I =0，則V2處于什么狀態(tài)？繼電器KA吸合還是釋放？那么當(dāng)有強(qiáng)光照時(shí)是怎樣呢？52第52頁(yè)，共139頁(yè)。五、光電池的應(yīng)用電路 光電池短路電流測(cè)量電路 I/U 轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓Uo與光電流I成正比，從而達(dá)到電流/電壓轉(zhuǎn)換的目的。若希望Uo為正值，可將光電池極性調(diào)換。光電池用于微光測(cè)量時(shí)，I可能較小，則應(yīng)增加一級(jí)放大電路，并在第二級(jí)放大電路中使用電位器RP微調(diào)總的放大倍數(shù)。 一般為得到光電流與光照度成線性的特性，要求光電池的負(fù)載電阻趨于0，采用集成運(yùn)算放大器組成

20、的轉(zhuǎn)換電路就能滿足要求，如圖所示：53第53頁(yè)，共139頁(yè)。第三節(jié) 光電傳感器的應(yīng)用光電傳感器的形式被測(cè)物是光源被測(cè)物吸收光通量被測(cè)物是有反射能力的表面被測(cè)物遮蔽光通量54第54頁(yè)，共139頁(yè)。 、光源本身是被測(cè)物的應(yīng)用實(shí)例 光的照度E的單位是lx（勒克斯），它是常用的光度學(xué)單位之一，它表示受照物體被照亮程度的物理量，可以用照度計(jì)來(lái)測(cè)量。 光電池（外加柔光罩）55第55頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線傳感器56第56頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線傳感器概述 凡是存在于自然界的物體，例如人體、火焰甚至于冰都會(huì)放射出紅外線，只是其發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)不同而已。 人體的溫度為3637，所放射的紅外線波長(zhǎng)為9lOm(屬于

21、遠(yuǎn)紅外線區(qū))，加熱到400700的物體，其放射出的紅外線波長(zhǎng)為35m(屬于中紅外線區(qū))。紅外線傳感器可以檢測(cè)到這些物體發(fā)射出的紅外線，用于測(cè)量、成像或控制。 用紅外線作為檢測(cè)媒介，來(lái)測(cè)量某些非電量，比可見(jiàn)光作為媒介的檢測(cè)方法要好。57第57頁(yè)，共139頁(yè)。紅外光檢測(cè)的優(yōu)越性 1可晝夜測(cè)量 紅外線(指中、遠(yuǎn)紅外線)不受周圍可見(jiàn)光的影響，故可在晝夜進(jìn)行測(cè)量。 2不必設(shè)光源 由于待測(cè)對(duì)象發(fā)射出紅外線，故不必設(shè)光源。 3適用于遙感技術(shù) 大氣對(duì)某些特定波長(zhǎng)范圍的紅外線吸收甚少(22.6m，35m，814m三個(gè)波段稱為“大氣窗口”)，故適用于遙感技術(shù)。58第58頁(yè)，共139頁(yè)。1.紅外線輻射溫度計(jì)： 紅外

22、輻射溫度計(jì)既可用于高溫測(cè)量，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。市售的紅外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從-303000，中間分成若干個(gè)不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。59第59頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線輻射溫度計(jì)外形 激光僅 用于瞄準(zhǔn)60第60頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線輻射溫度計(jì)外形 紅外線輻射溫度計(jì)用于食品溫度測(cè)量61第61頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸體溫測(cè)量中的應(yīng)用耳溫儀62第62頁(yè)，共139頁(yè)。紅外線輻射溫度計(jì)用于人體額溫測(cè)量63第63頁(yè)，共139頁(yè)。 紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用（續(xù)）利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（冷藏牛奶和面食）64第64頁(yè)，共139頁(yè)

23、。2.熱釋電傳感器在人體檢測(cè)、報(bào)警中的應(yīng)用 1.熱釋電效應(yīng) 若使某些強(qiáng)介電質(zhì)物質(zhì)的表面溫度發(fā)生變化，在這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)，是熱電效應(yīng)的一種。具有這種效應(yīng)的介質(zhì)制成的元件稱為熱釋電元件。 這種現(xiàn)象在鈦酸鋇之類的強(qiáng)介電質(zhì)物質(zhì)材料上表現(xiàn)得特別顯著。 熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷不是永存的，很快便被空氣中的各種離子所結(jié)合。 65第65頁(yè)，共139頁(yè)。 熱釋電元件在紅外線檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。它可用于能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射的人體檢測(cè)，如防盜門、賓館大廳自動(dòng)門、自動(dòng)燈的控制等。 熱釋電元件外形 66第66頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電傳感器簡(jiǎn)介 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅

24、外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，有人提出過(guò)利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測(cè)器。除了在樓道自動(dòng)開(kāi)關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。比如：在房間無(wú)人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)；電視機(jī)能判斷無(wú)人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺(jué)后自動(dòng)關(guān)機(jī)的電路；開(kāi)啟監(jiān)視器或自動(dòng)門鈴上的應(yīng)用；攝影機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng)等等 您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其他電路開(kāi)發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品或自動(dòng)化控制裝置。67第67頁(yè)，共139頁(yè)。PZT即熱釋電元件鋯鈦酸鉛68第68頁(yè)，共

25、139頁(yè)。熱釋電傳感器的內(nèi)部電路兩塊反向串聯(lián)的熱釋電晶片場(chǎng)效應(yīng)管69第69頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電傳感器工作原理 熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每一透鏡單元都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入第一、第二單元透鏡的視場(chǎng)，晶片上的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(hào)。當(dāng)然，如果人體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元件前面，它是“視而不見(jiàn)”的。 70第70頁(yè)，共139頁(yè)。菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡熱釋電晶片物體或人體移動(dòng)的速度越快，靈敏度就越高。 71第71頁(yè)，共139頁(yè)。菲涅爾透鏡外形 傳感器不加菲涅爾透鏡時(shí)，其檢測(cè)距離小于2m，而加上該

26、透鏡后，其檢測(cè)距離可增加3倍以上。72第72頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電報(bào)警器菲涅爾透鏡設(shè)定按鈕高分貝喇叭73第73頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電報(bào)警器（續(xù)）菲涅爾透鏡 5mm接插件74第74頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電報(bào)警器（續(xù)） 吸頂式 熱釋電報(bào)警器75第75頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電傳感器應(yīng)用 熱釋電傳感器用于自動(dòng)亮燈，當(dāng)然也可以用于防盜熱釋電傳感器的感應(yīng)范圍76第76頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電感應(yīng)燈熱釋電傳感器77第77頁(yè)，共139頁(yè)。自動(dòng)感應(yīng)燈（參考施特朗公司資料）78第78頁(yè)，共139頁(yè)。熱釋電傳感器在智能空調(diào)中的應(yīng)用 智能空調(diào)能檢測(cè)出屋內(nèi)是否有人，微處理器據(jù)此自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的出風(fēng)量，以達(dá)到節(jié)能的目的。 空調(diào)中

27、，熱釋電傳感器的菲涅爾透鏡做成球形狀，從而能感受到屋內(nèi)一定空間角范圍里是否有人，以及人是靜止著還是走動(dòng)著。上下范圍左右范圍79第79頁(yè)，共139頁(yè)。二、被測(cè)物吸收光通量的應(yīng)用實(shí)例 光電式濁度計(jì)和含沙量測(cè)量將裝有濁水的試管插入儀器中80第80頁(yè)，共139頁(yè)。光電式濁度計(jì)工作原理 1恒流源 2半導(dǎo)體激光器 3半反半透鏡 4反射鏡 5被測(cè)水樣 6、9光電池 7、10電流/電壓轉(zhuǎn)換器 8標(biāo)準(zhǔn)水樣 參比通道 81第81頁(yè)，共139頁(yè)。 2.煙霧報(bào)警器外形 （參考南京千里通公司 無(wú)線煙霧報(bào)警器資料） 無(wú)煙霧時(shí)，光敏元件接收到LED發(fā)射的恒定紅外光。而在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧進(jìn)入檢測(cè)室，遮擋了部分紅外光，使光敏三

28、極管的輸出信號(hào)減弱，經(jīng)閥值判斷電路后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 煙霧報(bào)警82第82頁(yè)，共139頁(yè)。無(wú)線煙霧報(bào)警器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器83第83頁(yè)，共139頁(yè)。無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器 無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器可以固定在墻體或者天花板上。它內(nèi)部使用一節(jié)9伏層疊電池供電，工作在警戒狀態(tài)時(shí)，工作電流僅為15微安，報(bào)警發(fā)射時(shí)工作電流為20毫安。當(dāng)探測(cè)到初期明火或者煙霧達(dá)到一定濃度時(shí)，傳感器的報(bào)警蜂鳴器立即發(fā)出90分貝的連續(xù)報(bào)警，工作指示燈快速連續(xù)閃爍，無(wú)線發(fā)射器發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去。 無(wú)線發(fā)射器的報(bào)警距離在空曠地可以達(dá)到200米，在有阻擋的普通家庭環(huán)境中可以達(dá)到20米。8

29、4第84頁(yè)，共139頁(yè)。三、被測(cè)物體反射光通量的應(yīng)用實(shí)例 1.反射式 煙霧報(bào)警器 在沒(méi)有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無(wú)法到達(dá)紅外光敏三極管。 當(dāng)煙霧進(jìn)入煙霧室后，煙霧的固體粒子對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射（圖中只畫出幾個(gè)微粒的反射示意），使部分紅外光到達(dá)光敏三極管，有光電流輸出。85第85頁(yè)，共139頁(yè)。2.光電式轉(zhuǎn)速表外形 光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測(cè)物數(shù)十毫米外非接觸地測(cè)量其轉(zhuǎn)速，動(dòng)態(tài)特性好，可用于高轉(zhuǎn)速的測(cè)量而又不干擾被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)。 86第86頁(yè)，共139頁(yè)。n =60( f /z ) 轉(zhuǎn)速表前端發(fā)出的紅色激光照射在旋轉(zhuǎn)物

30、上，光線經(jīng)黏貼在連軸器上的反光紙反射回來(lái)，旋轉(zhuǎn)物每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)速表中的光敏接收器就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。在1s的時(shí)間間隔內(nèi)輸出的脈沖數(shù)就反映了旋轉(zhuǎn)物體的每秒轉(zhuǎn)數(shù)，再乘以60后由數(shù)碼顯示器顯示出每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，即轉(zhuǎn)速。87第87頁(yè)，共139頁(yè)。3.色彩傳感器 色飽和圖 色彩傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過(guò)與非色標(biāo)區(qū)相比較來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。人眼對(duì)各色光的敏感程度88第88頁(yè)，共139頁(yè)。色彩傳感器的用途 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，顏色檢測(cè)和顏色識(shí)別等的應(yīng)用越來(lái)越多。例如，在包裝生產(chǎn)中機(jī)器要確定哪種產(chǎn)品放在什么顏色的包裝中、如何保證產(chǎn)品的正面朝向包裝盒的玻璃紙窗口等等。89第89頁(yè)

31、，共139頁(yè)。色彩傳感器外形（續(xù)）90第90頁(yè)，共139頁(yè)。色彩傳感器 色彩傳感器的工作原理是光生伏特效應(yīng)，其輸出是與分解后的三路光信號(hào)成正比的電流信號(hào)Ir、Ig、Ib，它們分別經(jīng)I/U轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)色度學(xué)原理，計(jì)算出被測(cè)物的顏色參數(shù)。91第91頁(yè)，共139頁(yè)。色彩傳感器在流水線上檢測(cè)產(chǎn)品的顏色92第92頁(yè)，共139頁(yè)。產(chǎn)品包裝色彩檢測(cè)、分選93第93頁(yè)，共139頁(yè)。4.光電自動(dòng)門自動(dòng)門光電傳感器放大圖有效檢測(cè)區(qū)域94第94頁(yè)，共139頁(yè)。四、被測(cè)物遮蔽光通量的應(yīng)用實(shí)例 1.光電式帶材跑偏檢測(cè)器 光電傳感器 帶材走偏時(shí)，邊緣經(jīng)常與傳送機(jī)械發(fā)生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成廢品。 當(dāng)

32、帶材處于正確位置（中間位置）時(shí)，放大器輸出電壓Uo為零；當(dāng)帶材左偏時(shí)，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。 95第95頁(yè)，共139頁(yè)。光電式帶材跑偏檢測(cè)控制器原理1 被測(cè)帶材 2卷取電機(jī) 3卷取輥 4液壓缸 5活塞 6滑臺(tái) 7光電檢測(cè)裝置 8光源 9、10透鏡 11-光敏電阻R1 12遮光罩 96第96頁(yè)，共139頁(yè)。帶材糾偏系統(tǒng)97第97頁(yè)，共139頁(yè)。光纖傳感器 光纖傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)；靈敏度較高；安全；靈巧輕便；使用方便 98第98頁(yè)，共139頁(yè)。光纖傳感元件 光導(dǎo)纖維是用比頭發(fā)絲還細(xì)的石英玻璃制成的，每根光纖由圓柱形的內(nèi)芯和包層組成。內(nèi)芯的折射率略大于包層的折射率。

33、光是直線傳播的。然而入射到光纖中的光線卻能限制在光纖中，而且隨著光纖的彎曲而走彎曲的路線，并能傳送到很遠(yuǎn)的地方去。 光纖的直徑比光的波長(zhǎng)大很多，它工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射。 99第99頁(yè)，共139頁(yè)。光導(dǎo)纖維中光的傳輸特性100第100頁(yè)，共139頁(yè)。光纖傳感器結(jié)構(gòu)101第101頁(yè)，共139頁(yè)。光纖液位傳感器 102第102頁(yè)，共139頁(yè)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：光纖測(cè)頭端有一個(gè)圓錐體反射器。當(dāng)測(cè)頭置于空氣中沒(méi)接觸液面時(shí)，光線在圓錐體內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射而回到光電二極管。當(dāng)測(cè)頭接觸液面時(shí)，由于液體折射率與空氣不同，全內(nèi)反射被破壞，有部分光線透入液體內(nèi)，使返回到光電二極管的光強(qiáng)變?nèi)酰环祷毓鈴?qiáng)是液體折射率的線性函數(shù)。

34、返回光強(qiáng)發(fā)生突變時(shí)，表明測(cè)頭已接觸到液位。光電接收器的要求不高。由于同種溶液在不同濃度時(shí)的折射率不同，經(jīng)標(biāo)定，這種液位傳感器也可作濃度計(jì)。光纖液位計(jì)可用于易燃、易爆場(chǎng)合，但不能探測(cè)污濁液體及會(huì)粘附在測(cè)頭表面的粘稠物質(zhì)。103第103頁(yè)，共139頁(yè)。第四節(jié) 光電開(kāi)關(guān)及光電斷續(xù)器 從原理上講，光電開(kāi)關(guān)及光電斷續(xù)器沒(méi)有太大的差別，都是由紅外線發(fā)射元件與光敏接收元件組成，只是光電斷續(xù)器是整體結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)幾米至幾十米。 104第104頁(yè)，共139頁(yè)。一、光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種形式的放大和控制

35、，從而獲得最終的控制輸出“開(kāi)”、 “關(guān)”信號(hào)的器件。 光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸。105第105頁(yè)，共139頁(yè)。二、光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和分類 光電開(kāi)關(guān)可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射器和接收器相對(duì)安放，軸線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)有物體在兩者中間通過(guò)時(shí)，紅外光束被遮斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。 遮斷型光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離一般可達(dá)十幾米，對(duì)所有能遮斷光線的物體均可檢測(cè)。 106第106頁(yè)，共139頁(yè)。 光電開(kāi)關(guān)外形107第107頁(yè)，共139頁(yè)。遮斷型光電開(kāi)關(guān)示意圖遮斷報(bào)警108第108頁(yè)，共139頁(yè)。遮斷式光電開(kāi)關(guān)原理ObjectReceiver 遮斷式光電開(kāi)關(guān)由相互分離

36、且相對(duì)安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當(dāng)被檢測(cè)物體位于發(fā)射器和接受器之間時(shí)，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。被檢測(cè)物體光發(fā)射器光接收器109第109頁(yè)，共139頁(yè)。光電開(kāi)關(guān)在 流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開(kāi)關(guān)咖啡罐流水線運(yùn)行方向罐裝高度檢測(cè)儲(chǔ)料倉(cāng)落料口遮斷式光電開(kāi)關(guān)（計(jì)數(shù)）110第110頁(yè)，共139頁(yè)。光幕 兩個(gè)柱形結(jié)構(gòu)相對(duì)而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對(duì)發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。接收器111第111頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用 當(dāng)有物體遮擋住光線時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，起保護(hù)、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報(bào)警）112第112頁(yè)，共139

37、頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測(cè)量113第113頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）三維尺寸檢測(cè)寬度 測(cè)量長(zhǎng)度 測(cè)量高度 測(cè)量114第114頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測(cè)115第115頁(yè)，共139頁(yè)。光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏 光幕可檢測(cè)出帶材在卷曲過(guò)程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使帶材向正確的方向運(yùn)動(dòng)（糾偏）。116第116頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）光幕用于 自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的車輛檢測(cè)117第117頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機(jī)床的 安全區(qū)域設(shè)置 及入侵報(bào)警118第118頁(yè)，共139頁(yè)。 光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警119第119頁(yè)，共139頁(yè)。反射型光電開(kāi)關(guān) 反射型光電開(kāi)關(guān)分為

38、兩種情況：反射鏡反射型及被測(cè)物漫反射型（簡(jiǎn)稱散射型）。 反射鏡反射型光電開(kāi)關(guān)采用較為方便的單側(cè)安裝方式，但需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果。反射鏡通常使用三角棱鏡，它對(duì)安裝角度的變化不太敏感，有的還采用偏光鏡，它能將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光（波動(dòng)方向嚴(yán)格一致的光）反射回去，提高抗干擾能力。 120第120頁(yè)，共139頁(yè)。定區(qū)域反射式光電開(kāi)關(guān)原理 定區(qū)域式光電開(kāi)關(guān)有一個(gè)非常確定的檢測(cè)區(qū)域，不經(jīng)過(guò)該區(qū)域的被測(cè)物體不會(huì)引起光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。檢測(cè)距離檢測(cè)距離121第121頁(yè)，共139頁(yè)。反射型光電開(kāi)關(guān)及反射鏡外形三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身122第122頁(yè)，共139頁(yè)。反射鏡反射型光電開(kāi)關(guān)工作原理 反射鏡反射型光電開(kāi)關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對(duì)安裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將