第6章(3) 光電式傳感器

1、第6章 光電式傳感器資料來(lái)自(li z)互聯(lián)網(wǎng)，由宋玉宏整理 共三十四頁(yè)第6章 光電式傳感器 概述 外光電效應(yīng)(un din xio yng)器件 內(nèi)光電效應(yīng)器件 新型光電傳感器 光敏傳感器的應(yīng)用舉例共三十四頁(yè)(一) 煙塵(ynchn)濁度監(jiān)測(cè)儀 防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射(zhsh)增加，到達(dá)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。共三十四頁(yè)平行(p

2、ngxng)光源光電探測(cè)(tnc)放大顯示刻度 校正報(bào)警器吸收式煙塵濁度檢測(cè)系統(tǒng)原理圖煙道共三十四頁(yè)231(a)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作(gngzu)原理圖 圖(a)是在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤(pán)，在調(diào)置盤(pán)一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤(pán)上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)(xnho)，經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)(xnho)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。 (二) 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表共三十四頁(yè)2 31(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作(gngzu)原理圖在待測(cè)轉(zhuǎn)速的軸上固定(gdng)一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤(pán)，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏

3、感器件間斷地接收光的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。(二) 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表共三十四頁(yè) 光電池主要有兩大類(lèi)型的應(yīng)用：將光電池作光伏器件使用，利用光伏作用直接(zhji)將太陽(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。(三) 光電池應(yīng)用(yngyng)共三十四頁(yè) 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(bb)需

4、要像太陽(yáng)電池那樣的光電轉(zhuǎn)換效率。這一類(lèi)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。 (三) 光電池應(yīng)用(yngyng)共三十四頁(yè)1太陽(yáng)電池電源 太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)控制和阻塞二極管組成(z chn)。太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)框圖如圖。太陽(yáng)能電池(dinch)電源系統(tǒng) 調(diào)節(jié)控制器逆變器 交流負(fù)載太陽(yáng)電池方陣 直流負(fù)載阻塞二極管共三十四頁(yè)調(diào)節(jié)(tioji)控制器 在不同類(lèi)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制器各不相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，需根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的要求及重要程度來(lái)確定。 調(diào)節(jié)控制器逆變器 交流負(fù)載太陽(yáng)電池方陣 直流負(fù)載阻塞二極管共三十四頁(yè)控制器主要由電子元器

5、件、儀表、繼電器、開(kāi)關(guān)等組成。在簡(jiǎn)單的太陽(yáng)電池，蓄電池系統(tǒng)中，控制器的作用是保護(hù)蓄電池，避免過(guò)充，過(guò)放。若光伏電站并網(wǎng)供電，控制器則需要有自動(dòng)(zdng)監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等多種功能。如果負(fù)載用的是交流電，則在負(fù)載和蓄電池間還應(yīng)配備逆變器，逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給負(fù)載使用。 調(diào)節(jié)控制器逆變器 交流負(fù)載太陽(yáng)電池方陣 直流負(fù)載阻塞二極管共三十四頁(yè)阻塞二極管也稱(chēng)作為防反充二極管或隔離二極管，其作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o(wú)日照時(shí)蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池方陣放電。對(duì)阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出(shch)電流，反向耐壓要高于蓄電池組

6、的電壓。在方陣工作時(shí)，阻塞二極管兩端有一定的電壓降，對(duì)硅二極管通常為0.60.8；肖特基或鍺管0.3V左右 調(diào)節(jié)控制器逆變器 交流負(fù)載太陽(yáng)電池方陣 直流負(fù)載阻塞二極管共三十四頁(yè)2光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用(yngyng) 光電池作為光電探測(cè)使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。共三十四頁(yè)光電追蹤(zhuzng)電路+12VR4R3R6R5R2R1WBG1BG2 圖為

7、光電地構(gòu)成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類(lèi)光電池作為光電接收器件。當(dāng)入射光通量相同時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的方式工作或進(jìn)行(jnxng)跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)略有偏差時(shí)，電路輸出差動(dòng)信號(hào)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行(jnxng)糾正，以此達(dá)到跟蹤的目的。光電池在檢測(cè)和控制方面應(yīng)用中的幾種基本電路共三十四頁(yè)BG2BG1+12VC J R1 R2光電開(kāi)關(guān) 圖所示電路為光電開(kāi)關(guān)，多用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。無(wú)光照時(shí)，系統(tǒng)處于某一工作狀態(tài)，如通態(tài)或斷態(tài)。當(dāng)光電池受光照射時(shí)，產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)，只要(zhyo)光強(qiáng)大于某一設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就改變工作狀態(tài)，達(dá)到開(kāi)關(guān)目的。共三十四頁(yè)光電池觸發(fā)(chf)電路R1R2R3R4R5R6BG1BG

8、2BG3BG4C1C2C3+12VW 圖為光電池觸發(fā)電路。當(dāng)光電池受光照射時(shí)，使雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)(fn zhun)，改變其工作狀態(tài)或觸發(fā)器件(如可控硅)導(dǎo)通。共三十四頁(yè)+12V5G23(d) 光電池放大(fngd)電路C3-12VWR1R2R3R4R5C1C218765432圖為光電池放大電路。在測(cè)量溶液濃度、物體色度、紙張的灰度等場(chǎng)合(chng h)，可用該電路作前置級(jí)，把微弱光電信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性放大，然后帶動(dòng)指示機(jī)構(gòu)或二次儀表進(jìn)行讀數(shù)或記錄。 在實(shí)際應(yīng)用中，主要利用光電池的光照特性、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，通過(guò)基本電路與其它電子線(xiàn)路的組合可實(shí)現(xiàn)或自動(dòng)控制的目的。共三十四頁(yè)（四） 光

9、電式傳感器應(yīng)用(yngyng)實(shí)例1、聲光節(jié)能燈控制器2、室內(nèi)電燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)電路3、自動(dòng)調(diào)光(dio un)臺(tái)燈共三十四頁(yè)1、聲光(shn un)節(jié)能燈控制器共三十四頁(yè)其主要(zhyo)構(gòu)成： 電源、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、驅(qū)動(dòng)電路共三十四頁(yè)市電經(jīng)過(guò)降壓/穩(wěn)壓/整流/濾波得到約6V的直流電壓給芯片(xn pin)工作.駐極體話(huà)筒拾取聲觸發(fā)信號(hào),經(jīng)C1耦合輸入IC,2腳3腳外接RG可改變IC內(nèi)放大器的增益，C3決定了聲控可重觸發(fā)單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間。R1為MIC的直流偏置電阻，C2為放大器高頻濾波電容。共三十四頁(yè)白天，光敏電阻RG受光，阻值在200400歐姆，所以(suy)IC內(nèi)放大器增益小于1，這時(shí)任何聲信

10、號(hào)不足使IC的6腳輸出電平改變，VT截止，VS無(wú)觸發(fā)，燈ZD不亮。共三十四頁(yè)夜晚，RG阻值很大，它幾乎(jh)不影響IC內(nèi)部放大器的增益，若有聲信號(hào)被MIC拾取，則經(jīng)IC放大使其6腳由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，VT導(dǎo)通，R4上的電壓觸發(fā)VS導(dǎo)通，燈ZD亮。共三十四頁(yè)2、室內(nèi)電燈(dindng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)電路共三十四頁(yè)IC1是四模擬開(kāi)關(guān)芯片(xn pin)，其中，SA1、SA2、SA3用于延時(shí)，并經(jīng)R4驅(qū)動(dòng)光耦雙向可控硅IC2，IC2再驅(qū)動(dòng)外加大功率雙向可控硅VS，VS直接控制門(mén)廳的照明燈。SA4同外接光敏電阻RG等元件，構(gòu)成環(huán)境光線(xiàn)檢測(cè)電路。K為“常閉型干簧管”，R1、R3、C1組成充、放電回路。K干

11、簧管及全部電路均安裝在門(mén)框上，房門(mén)對(duì)應(yīng)位置固定一只條形永久磁鐵，構(gòu)成磁控式開(kāi)關(guān)電路。共三十四頁(yè)當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，由于安裝在門(mén)框上的“常閉型干簧管”K受到門(mén)上磁鐵的磁力作用，其接點(diǎn)處于斷開(kāi)(dun ki)狀態(tài)，使SA1、SA2、SA3控制端經(jīng)R3接電源負(fù)端，所以SA1、SA2、SA3處于斷開(kāi)(dun ki)狀態(tài)，光耦雙向可控硅和VS均不被觸發(fā)，照明燈不亮，電路處于靜止?fàn)顟B(tài)。共三十四頁(yè)夜晚主人回家打開(kāi)房門(mén)，磁鐵就會(huì)遠(yuǎn)離干簧管K，K因失去控制而恢復(fù)常閉狀態(tài)，此時(shí)+9V電源經(jīng)R1向C1充電，R1阻值(z zh)較小，瞬間即可使C1兩端電壓升至9V，SA1、SA2、SA3控制端變?yōu)楦唠娢欢]合，+9V則通過(guò)S

12、A1、SA2、SA3和R4加至IC2的“1”端，內(nèi)部的發(fā)光管觸發(fā)光耦雙向可控硅導(dǎo)通，VS也隨之被觸發(fā)，照明燈亮，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)自動(dòng)開(kāi)燈功能。共三十四頁(yè)房門(mén)關(guān)閉后，門(mén)上磁鐵恢復(fù)對(duì)K的控制作用，接點(diǎn)受磁力作用而斷開(kāi)，+9V電源停止對(duì)C1充電，電路進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，C1開(kāi)始經(jīng)R3電阻放電，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，C1兩端電壓逐漸降低到SA1、SA2、SA3開(kāi)啟電壓（約為1.5V）以下， SA1、SA2、SA3恢復(fù)斷開(kāi)狀態(tài)，導(dǎo)致光耦雙向可控硅截止，VS也隨之截止，照明燈熄滅，電路完成延時(shí)自動(dòng)關(guān)燈的功能。當(dāng)再次開(kāi)門(mén)時(shí)，電路將重復(fù)上述(shngsh)工作過(guò)程。共三十四頁(yè)RG的作用，該電阻與R2和SA4一起構(gòu)成了光控電路。

13、當(dāng)光線(xiàn)較亮?xí)r，RG受光線(xiàn)照射，阻值較小，使SA4的控制端為高電位，SA4因此閉合，SA1、SA2、SA3控制端為低電位，無(wú)法閉合，輸出電路的可控硅也無(wú)法補(bǔ)被觸發(fā)，照明燈不會(huì)被開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)(shxin)“光控禁止觸發(fā)”功能，夜晚時(shí)環(huán)境光線(xiàn)較暗，RG阻值較大（約為1M歐以上），則“光控禁止觸發(fā)”功能被自動(dòng)解除，電路可通過(guò)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)控制室內(nèi)電燈。共三十四頁(yè)3、自動(dòng)(zdng)調(diào)光臺(tái)燈共三十四頁(yè)在普通調(diào)光(dio un)臺(tái)燈的基礎(chǔ)上加裝一光控電路，使其能根據(jù)周?chē)h(huán)境照度自動(dòng)調(diào)整臺(tái)燈亮度。共三十四頁(yè)當(dāng)開(kāi)關(guān)(kigun)S1處于“手控”位置時(shí)，該臺(tái)燈和普通調(diào)光臺(tái)燈一樣，雙向可控硅VS的導(dǎo)通角由R1、RP和C組成的移相網(wǎng)絡(luò)的充電時(shí)間參數(shù)決定。調(diào)整RP能改變VS的導(dǎo)通角，從而調(diào)整臺(tái)燈的亮度。共三十四頁(yè)當(dāng)開(kāi)關(guān) “光控”位置時(shí)，由R2和光敏電阻RG構(gòu)成(guchng)的分壓電路通過(guò)二極管VD1向C充電，改變R2、RG的分壓能改變VS的導(dǎo)通角。當(dāng)光敏電阻周?chē)墓饩€(xiàn)減弱時(shí)，RG呈現(xiàn)高阻，VD1右端電位升高，C充電速度加快，VS導(dǎo)通角增大，燈泡L兩端電壓升高，亮度增強(qiáng)；反之，則RG阻值變小，亮度減小，從而完成自動(dòng)調(diào)光功能。共三十四頁(yè)內(nèi)容摘要第6章 光電式傳感器。第6章 光電式傳感器。在待測(cè)轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤(pán)，它們具有不同的反射率。太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)