被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào)。光電式傳感器光電式傳感器的原理

光是以光速運(yùn)動(dòng)著的粒子（光子）流，一束頻率為f的光由能量相同的光子所組成，每個(gè)光子的能量為

光的頻率越高（波長(zhǎng)越短），能量就越大。用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf的光子所轟擊，組成該物體的材料吸收光子的能量而發(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)按其作用原理可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。

外光電效應(yīng)(光電發(fā)射效應(yīng)）光照射在某一物體上,使電子從這些物體表面溢出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。光電效應(yīng)方程

能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于光子的能量是否大于物體表面的電子逸出功?；谕夤怆娦?yīng)的器件有光電管、光電倍增管等。

內(nèi)光電效應(yīng)

當(dāng)光照在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。

光電導(dǎo)效應(yīng):光照改變半導(dǎo)體導(dǎo)電率，從而引起半導(dǎo)體電阻值的變化效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。

基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。導(dǎo)帶價(jià)帶電子吸收光子能量禁帶光E0自由狀態(tài)Eg〈E0電子

光生伏特效應(yīng)：光照改變PN結(jié)電場(chǎng)，從而引起PN結(jié)電勢(shì)的變化效應(yīng)，稱為PN結(jié)光生伏特效應(yīng)基于該效應(yīng)的器件有光電池。PN電子空穴---+++-+光源

光電器件（1）光電管

光電管的結(jié)構(gòu)示意圖陽(yáng)極光窗光電陰極當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽(yáng)極所吸引，在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。主要用于：分光光度計(jì)、光電比色計(jì)等分析儀器和各種自動(dòng)裝置。（2）光電倍增管

光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進(jìn)行放大。

由光陰極、次陰極(倍增電極)以及陽(yáng)極三部分組成。光陰極是由半導(dǎo)體光電材料銻銫做成；次陰極是在鎳或銅-鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料而形成的，次陰極多的可達(dá)30級(jí)；陽(yáng)極是最后用來(lái)收集電子的，收集到的電子數(shù)是陰極發(fā)射電子數(shù)的105~106倍。即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。因此在很微弱的光照時(shí)，它就能產(chǎn)生很大的光電流。

光電管特性①光電特性②伏安特性③光譜特性（3）光敏電阻

光敏電阻又稱光導(dǎo)管,它用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒(méi)有極性,純粹是一個(gè)電阻器件,使用時(shí)既可加直流電壓,也可以加交流電壓。

無(wú)光照時(shí),光敏電阻值（暗電阻）很大,通常為兆歐級(jí)，電路中電流（暗電流）很小當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí),它的阻值（亮電阻）急劇減少,通常為千歐以內(nèi)，電路中電流迅速增大暗電阻越大越好,亮電阻越小越好亮電流與暗電流之差為光電流。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，電流增大。暗電流（越小越好）

當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，阻值減小。光敏電阻種類

對(duì)光照敏感的半導(dǎo)體光敏元件都可制成光敏電阻，半導(dǎo)體光敏元件的敏感光波長(zhǎng)為納米波，按其最佳工作波長(zhǎng)范圍可分為三類。

(1)對(duì)紫外光敏感元件。紫外光是指紫外線(波長(zhǎng)λ=10~380nm)的內(nèi)側(cè)光波，波長(zhǎng)為300一380nm。對(duì)這類光敏感的材料有氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、硫化鎬(CdS),硒化鎬(CdSe)等，這類敏感元件適于作a,B，Y射線檢測(cè)及光電控制電路。

(2)對(duì)可見(jiàn)光敏感元件。可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍為380一760nm，對(duì)這類光敏感的材料有硒(Se)、硅(Si)、鍺(Ge)及硫化鉈(TiS)硫化鎘(CdS)等，尤其是TiS光敏元件，它既適用于可見(jiàn)光，也適用于紅外光。這類敏感元件適用于光電計(jì)數(shù)、光電藕合、光電控制等場(chǎng)合。

(3)對(duì)紅外光敏感元件。紅外光是紅外線(波長(zhǎng)λ=760一1x106nm)的內(nèi)側(cè)光波，波長(zhǎng)為760一6000nm。對(duì)這類光敏感的材料有硫化鉛(Pb9)、硒化鉛(PbSe},銻化鋼(InSb)等，這類敏感元件主要用來(lái)探測(cè)不可見(jiàn)目標(biāo)。光敏電阻伏安特性

各類光敏電阻都有最大允許功耗和最大允許電壓的要求，超過(guò)此極限值將會(huì)導(dǎo)致元件永久性損壞。光照特性光敏電阻具有很高的光照靈敏度，且具有明顯的非線性，可作控制元件，不宜作計(jì)量元件。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。光譜特性204060801004080120160200240312相對(duì)靈敏度1——硫化鎘2——硒化鎘3——硫化鉛λ/μm溫度特性

硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線,它的峰值隨著溫度上升向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)，導(dǎo)致光敏電阻敏感波長(zhǎng)減小。因此,硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對(duì)于可見(jiàn)光的光敏電阻,其溫度影響要小一些。

例：試分析該電路的原理及功能？

（4）光敏二極管和光敏晶體管（內(nèi)光電效應(yīng)）

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)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)

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),反向電阻很大（高阻）,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)上時(shí),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)。光敏二極管的特性光敏三極管光敏晶體管亦有發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，基區(qū)是受光區(qū)，為了擴(kuò)大光的照射面，基區(qū)的面積比較大。光敏晶體管的基區(qū)通常無(wú)電極引線，工作時(shí)相當(dāng)于基極開(kāi)路，因而無(wú)光照射，只能形成很小的暗電流。當(dāng)有光照射時(shí)，基區(qū)產(chǎn)生的光生電子和空穴形成基極電流，此電流在外加集電結(jié)反偏電壓作用下，放大而成為集電極電流。由此可見(jiàn)，光敏晶體管有光照時(shí)的輸出電流是光生電流的B倍，因而有比光敏二極管更高的靈敏度。NNPcbecbe光敏三極管外形圖1光敏二極管工作電路圖2光敏三極管工作電路硅和鍺光敏二極（晶體）管的光譜特性這兩種敏感元件的光譜特性顯然鍺管的敏感范圍比硅管大，由于鍺管溫度性能比較差，因而測(cè)可見(jiàn)光時(shí)，主要用硅管，探測(cè)紅外光時(shí)，主要用鍺管。光譜特性伏安特性

硅光敏管在不同照度下的伏安特性。由圖可見(jiàn)光敏管的輸出電流與所加的偏置電壓關(guān)系不大，具有近似的恒流特性;光敏晶體管比光敏二極管的光電流大近百倍，因而具有更高的靈敏度;光敏二極管在零偏壓下就有一定的電流輸出，光敏晶體管有一段死區(qū)電壓。

光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大．所以電子線路中應(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。溫度特性光敏晶閘管外形

波長(zhǎng)在0.8-0.9UM的紅外線及波長(zhǎng)在1UM左右的激光，都是光控晶閘管較為理想的光源光電路燈控制電路電子蠟燭實(shí)例：光電池的工作原理示意圖RLI---mAV+++PN

若將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來(lái)，電路中就有電流流過(guò)。若將外電路斷開(kāi)，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。

光電池外形光敏面能提供較大電流的大面積

光電池外形光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能賽車(chē)太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)模型太陽(yáng)能硅光電池板光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能電池公交車(chē)車(chē)頂上安裝了用來(lái)發(fā)電的太陽(yáng)能電池，所發(fā)電量用于發(fā)光兩級(jí)管(LED)車(chē)內(nèi)照明。據(jù)悉，由于可以蓄電，因此在沒(méi)有陽(yáng)光情況下仍然可以連續(xù)照明約9個(gè)小時(shí)。

光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用光電池的基本特性①光譜特性②光電特性③溫度特性④頻率特性光電池和光譜特性曲線1—硅光電池2—硒光電池

硅光電池的光照特性1—開(kāi)路電壓特性曲線2—短路電流特性曲線硅光電池硒開(kāi)路電壓溫度/℃光生電流/mA1.82.22.0光生電壓/V短路電流1002003004005000

20

40

60

80

100（三）溫度特性開(kāi)路電壓隨溫度升高而下降的速度較快。短路電流隨溫度升高而緩慢增加。因此作測(cè)量元件時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)行溫補(bǔ)。通常硅光電池的使用溫度不允許超過(guò)125攝氏度。20406080100硒光電池硅光電池0

1500

3000

4500

6000

7500相對(duì)光電流/%入射光調(diào)制頻率/Hz光電池的頻率特性是反映光的交變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系。（四）頻率特性硅光電池有很高的頻率響應(yīng)，可用于高速記數(shù)、有聲電影等方面。-vcc39L51K90124001KK1M自動(dòng)干手器電路

光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用,以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。

光電耦合器件

工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

輸入輸出完全隔離，有獨(dú)立的輸入輸出抗，絕緣電阻在1萬(wàn)兆以上。器件有很強(qiáng)的抗干擾能力和隔離性能，可避免振動(dòng)、噪聲干擾。特別適宜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)做數(shù)字電路開(kāi)關(guān)信號(hào)傳輸、邏輯電路隔離器、計(jì)算機(jī)測(cè)量、控制系統(tǒng)中做無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等?！肮怦睢奔善骷奶攸c(diǎn)：光電耦合器組合形式（1）．光電耦合器的組合形式

燃?xì)鉄崴髦忻}沖點(diǎn)火控制器問(wèn)題思考：自動(dòng)門(mén)如何探測(cè)人的靠近？1、紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種人眼看不見(jiàn)的光線。但實(shí)際上它和其它任何光線一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。任何物體，只要它的溫度高于絕對(duì)零度，就有紅外線向周?chē)臻g輻射。紅外線傳感器是利用物體產(chǎn)生紅色輻射的特性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射能量就越強(qiáng)。自然界中的任何物體，只要溫度在絕對(duì)零度以上，都有紅外線向周?chē)臻g輻射（光譜中最大光熱效應(yīng)區(qū)）。因此人們又將紅外輻射稱為熱輻射或熱射線。二、紅外傳感器本小節(jié)的主要內(nèi)容：1、常見(jiàn)紅外傳感器2、紅外傳感器的性能參數(shù)3、紅外傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

定義：

紅外傳感器（也稱為紅外探測(cè)器）是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件，它是紅外探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。1、常見(jiàn)紅外傳感器（1）熱傳感器（2）光子傳感器（1）熱傳感器熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，進(jìn)而使相關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外傳感器所吸收的紅外輻射。熱傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是：響應(yīng)波段寬、可以在室溫下工作、使用簡(jiǎn)單。但是，熱傳感器響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、靈敏度較低，一般用于低頻調(diào)制的場(chǎng)合。熱傳感器主要類型有：熱敏電阻型、熱電偶型、高萊氣動(dòng)型和熱釋電型四種。存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰塊等物都會(huì)發(fā)射紅外線，但波長(zhǎng)各不相同。人體溫度為36~37oC，所發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)為9~10μm，屬遠(yuǎn)紅外區(qū)；400~700oC的發(fā)熱體，所放射出的紅外線波長(zhǎng)為3~5μm，屬中紅外區(qū)。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響，可晝夜不停地用于監(jiān)測(cè)，廣泛地用于防盜報(bào)警。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)熱釋電人體紅外傳感器(PIP)一般都采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，高值電阻等組成敏感元件，是用熱釋電人體紅外材料(通常是鋯鈦酸鋁)制成的，先把熱釋電材料制成很小的薄片，再在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的有極性的小電容器。將極性相反的兩個(gè)敏感元做在同一晶片上，是為了抑制由于環(huán)境與自身溫度變化而產(chǎn)生熱釋電信號(hào)的干擾，見(jiàn)圖11.20(b)所示。而熱釋電人體紅外傳感器在實(shí)際使用時(shí)，前面要安裝透鏡，通過(guò)透鏡的外來(lái)紅外輻射只會(huì)聚在一個(gè)敏感元上，以增強(qiáng)接收信號(hào)。2)場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值電阻Rg

通常敏感元件材料阻值高達(dá)。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管常用2SK303V3、2SK94X3等來(lái)構(gòu)成源極跟隨器，高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下，源極電壓約為0.4～1.0V。通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。3)濾光窗

熱釋電人體紅外傳感器中的敏感元件是一種廣譜材料，能探測(cè)各種波長(zhǎng)輻射。為了使傳感器對(duì)人體最敏感，而對(duì)太陽(yáng)、電燈光等有抗干擾性，傳感器采用了濾光片作窗口，即濾光窗。濾光片是在S基板上鍍多層膜做成的。每個(gè)物體都發(fā)出紅外輻射，其輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)滿足維恩位移定律：

λm·T=2989(μm·k)

式中λm---最大波長(zhǎng)，T—絕對(duì)溫度。4)菲涅爾透鏡

熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2m，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)10m，甚至更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。透鏡的水平方向上分成三部分，每一部分在豎直方向上又分成若干不同的區(qū)域，所以菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，如圖11．21(a)所示。當(dāng)光線通過(guò)透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見(jiàn)區(qū)和盲區(qū)。每個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)為可見(jiàn)區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入某一單元透鏡的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì)兒看到，一會(huì)又看不到，再過(guò)一會(huì)兒又看到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻射不斷改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。輸出信號(hào)的頻率大約為0.1~10Hz，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡、人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。

人體溫度為36~37℃，即309~310°k，其輻射的紅外波長(zhǎng)λm=2989／309~310≈9.67~9.64μm。可見(jiàn)，人體輻射的紅外線最強(qiáng)的波長(zhǎng)正好在濾光片的響應(yīng)波長(zhǎng)7.5~14mm的中心處。故濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過(guò)，而阻止太陽(yáng)光、燈光等可見(jiàn)光中的紅外線通過(guò)，免除干擾。所以，熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的動(dòng)物有敏感作用。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的熱釋電紅外傳感器有上海尼賽拉公司的SD02、PH5324和德國(guó)海曼LHi954、LHi958以及日本的產(chǎn)品等，其中SD02適合防盜報(bào)警電路。熱釋電型紅外傳感組件的等效電路2、熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用

在熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用中，其前級(jí)配用菲涅爾透鏡，其后級(jí)采用帶通放大器，放大器的中心頻率一般取1Hz左右。放大器帶寬對(duì)靈敏度與可靠性的影響大。帶寬窄，噪聲小，誤測(cè)率低；帶寬寬，噪聲大，誤測(cè)率高；但對(duì)快、慢速移動(dòng)響應(yīng)好。放大器信號(hào)的輸出可以是電子輸出、繼電器輸出或可控硅輸出等多種方式。圖11.22為一典型的熱釋電被動(dòng)紅外報(bào)警器電原理圖。其中熱釋電人體紅外傳感器用SD02，透鏡采用CE-024型，探測(cè)角度是84°。

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(mén)、賓館大廳自動(dòng)門(mén)、自動(dòng)燈的控制等。熱釋電元件外形熱釋電傳感器應(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。

調(diào)中，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。上下范圍左右范圍光電開(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。

一、光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和分類

光電開(kāi)關(guān)可分為直射型和反射型兩大類。直射型光電開(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)。直射型光電開(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)。

光電開(kāi)關(guān)外形直射型光電開(kāi)關(guān)示意圖遮斷報(bào)警直射式光電開(kāi)關(guān)原理ObjectReceiver

直射式光電開(kāi)關(guān)由相互分離且相對(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)射器光接收器光電開(kāi)關(guān)在流水線上的應(yīng)用（遮光式）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)）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

光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警反射型光電開(kāi)關(guān)

反射型光電開(kāi)關(guān)分為兩種情況：

反射鏡反射型

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)

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。

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，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來(lái)的偏振光。反射板反射鏡被測(cè)物體偏振光發(fā)射光被測(cè)物漫反射型光電開(kāi)關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測(cè)物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線

漫反射型光電開(kāi)關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過(guò)該光電開(kāi)關(guān)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。額定距離漫反射型光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用漫反射型光電開(kāi)關(guān)外形電源指示信號(hào)指示表面反射率

對(duì)于漫反射式光電開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線需要被檢測(cè)物表面將足夠的光線反射回接收器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率及粗糙程度將決定接收器接收到光線強(qiáng)度，被檢測(cè)物體的表面還應(yīng)盡量垂直于光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射光線。光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用（續(xù)）透明度測(cè)量、控制質(zhì)量檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用（續(xù)）商標(biāo)方向檢測(cè)正常情況下，兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)都感應(yīng)到商標(biāo)紙而輸出高電平。如果商標(biāo)紙沒(méi)有對(duì)齊，那么將有一個(gè)或同時(shí)檢測(cè)不到商標(biāo)紙而無(wú)高電平輸出

光電斷續(xù)器

工作原理與光電開(kāi)關(guān)的相同，但其光電發(fā)射器、接收器放置于一個(gè)體積很小的塑料殼體中，所以兩者能可靠地對(duì)準(zhǔn)。分為遮斷型和反射型2種。1—發(fā)光二極管2—紅外光3—光電元件4—槽5—被測(cè)物光電斷續(xù)器外形光電斷續(xù)器外形紅色光柱齒盤(pán)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，光電斷續(xù)器就輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)脈沖頻率的測(cè)量或脈沖計(jì)數(shù)，即可獲得齒盤(pán)轉(zhuǎn)速和角位移。光電斷續(xù)器的應(yīng)用請(qǐng)寫(xiě)出轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系式n=？n

測(cè)速也可以采用反射式：只要用白紙畫(huà)上黑道的圓紙貼在旋轉(zhuǎn)體上即可。其測(cè)量電路與透射式相同感煙傳感器(火災(zāi)報(bào)警器的一部分)產(chǎn)品:光電開(kāi)關(guān)光敏電阻相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器條形碼掃描器光纖傳感器是20世紀(jì)70年代末期迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型的傳感器。特點(diǎn)：1、以光作為傳輸?shù)慕橘|(zhì)，由石英晶體等絕緣材料制作，具有良好的絕緣性和抗電磁干擾能力。適于強(qiáng)電系統(tǒng)測(cè)試。2、傳輸損耗低，靈敏度高，適于精密測(cè)量。3、光纖可以任意彎曲，柔性好，耐水性、耐腐蝕、耐高溫，環(huán)境適應(yīng)好。

光纖傳感器

光纖傳感器

光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖(FiberOptic)，光纖是用石英玻璃或塑料等光透射率高的電介質(zhì)材料制作的極細(xì)的纖維，在結(jié)構(gòu)上是由纖芯、包層和護(hù)套三部分組成。100~200μm包層玻璃纖維尼龍外層涂敷層纖芯外層直徑1mm光的反射、折射

當(dāng)一束光線以一定的入射角θ1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時(shí)，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過(guò)分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。

光在光纖中的全反射

光纖的傳輸原理光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。

只要滿足全反射條件，光線仍繼續(xù)前進(jìn)。可見(jiàn)這里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的光纖傳感器外形

各種裝飾性光導(dǎo)纖維光纖傳感器的分類光纖傳感器以光學(xué)量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以光信號(hào)為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光纖輸送光信號(hào)的一種傳感器。光纖傳感器主要由光源、光纖、光檢測(cè)器和附加裝置組成。

光纖傳感器可以分為兩大類:一類是功能型（傳感型）傳感器;另一類是非功能型（傳光型）傳感器。

功能型光纖傳感器

用光纖本身對(duì)外界被測(cè)對(duì)象具有敏感能力和檢測(cè)功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測(cè)對(duì)象作用下，如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)攜帶了被測(cè)信息。非功能型光纖傳感器

傳光型光纖傳感器的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測(cè)對(duì)象的調(diào)制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。專用的光纖連接頭及光纖插座

光纖與電光轉(zhuǎn)換元件耦合時(shí)，兩者的軸心必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)并固定，可使用專用的連接頭及光纖插座來(lái)完成。光纖式光電開(kāi)關(guān)反射型遮斷型反射鏡反射型光纖式光電開(kāi)關(guān)光纖式光電開(kāi)關(guān)應(yīng)用標(biāo)志孔電路板標(biāo)志檢測(cè)

當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過(guò)標(biāo)志孔時(shí)，若無(wú)反射，說(shuō)明電路板方向放置正確。

光纖耦合器傳輸光纖出射光纖圖像傳感器

圖像傳感器是利用光傳感器的光-電轉(zhuǎn)換功能,將其感光面上的光信號(hào)圖像轉(zhuǎn)換為與之成比例關(guān)系的電信號(hào)圖像的一種功能器件.結(jié)構(gòu):在單晶硅襯底上布設(shè)若干光敏單元與移位寄存器應(yīng)用：CCD圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于生活、天文、醫(yī)療、電視、傳真、通信以及工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

電荷耦合器件（簡(jiǎn)稱CCD），它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的圖象傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件，它以電荷作為信號(hào),基本功能是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量,尤其適用于圖像識(shí)別技術(shù)。

在P型硅襯底上生長(zhǎng)一層SiO2(120nm),再在SiO2層上沉積金屬鋁構(gòu)成MOS結(jié)構(gòu)，它是CCD器件的最小工作單元。CCD光敏元顯微照片當(dāng)向SiO2表面的電極加正偏壓時(shí)，P型硅襯底中形成耗盡區(qū)（勢(shì)阱），耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。其中的少數(shù)載流子（電子）被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi)。CCD讀出移位寄存器的數(shù)據(jù)面顯微照片（二）CCD圖像傳感器的分類

1.線陣CCD外形

2.面陣CCD

面陣CCD能在x、y兩個(gè)方向都能實(shí)現(xiàn)電子自掃描，可以獲得二維圖像。

數(shù)碼相機(jī)景物CCD彩色圖像傳感器放大器取景器電路A/D轉(zhuǎn)換器ASIC集成電路存儲(chǔ)卡CPU鏡頭數(shù)字?jǐn)z像機(jī)光電型傳感器綜合訓(xùn)練習(xí)題

1.光敏電阻的工作原理：光敏電阻上可以加

電壓，也可以加

電壓。加上電壓后，無(wú)光照射光敏電阻時(shí)，由于光敏電阻的

，電路中只有

的電流，稱

電流；有光照射光敏電阻時(shí)，其因

，電路中電流也就

，稱

電流。據(jù)

的大小，即可推算出入射光

的大小。2.光敏二極管的結(jié)構(gòu)與普通

類似，它是在

電壓下工作的。3.光敏二極管的工作原理：光敏二極管的材料和結(jié)構(gòu)與

相似，工作時(shí)加

電壓。無(wú)光照射光敏二極管時(shí)，電路中僅有很小的

電流，相當(dāng)于二極管截止；當(dāng)有光照射光敏二極管時(shí)，光子激發(fā)出

對(duì)，其中

載流子的

運(yùn)動(dòng)使電流大大地增加，形成

電流，相當(dāng)于光敏二極管導(dǎo)通。

電流隨著

的增加而線性地增加。4.光敏三極管的接法也是

反偏、

正偏。有光照射時(shí)的

電流相當(dāng)于普通三極管的

電流。5.在光線作用下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（）A、外光電效應(yīng)B、內(nèi)光電效應(yīng)C、光電發(fā)射D、光生伏特效應(yīng)6.光敏電阻的性能好、靈敏度高，是指給定電壓下（）A、暗電阻大B、亮電阻大C、暗電阻與亮電阻差值大D、暗電阻與亮電阻差值小7.光敏電阻適于作為（）A、光的測(cè)量元件B、光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)元件C、加熱元件D、發(fā)光元件8、光控晶閘管的門(mén)級(jí)電流（）產(chǎn)生。A、陽(yáng)極B、陰極C、電壓信號(hào)D、光照信號(hào)9、光電耦合器是（）和（）組成，以（）作為傳輸?shù)拿浇?，?shí)現(xiàn)（）的轉(zhuǎn)換。10.光敏二極管工作時(shí)，其上（）A、加正向電壓B、加反向電壓C、不需加電壓D、加正向、反向電壓都可以11.光敏三極管的結(jié)構(gòu)，可以看成普通三極管的（）用光敏二極管代替。A、集電極B、發(fā)射極C、集電結(jié)D、發(fā)射結(jié)12.硅光電池的光電特性中，光照度與其成線性關(guān)系。13.通常把光電效應(yīng)分為三類：___________、_____________和_____________。14、光纖的傳輸原理是基于光的（）。15、根據(jù)光纖在傳感器中的作用不同將光纖式傳感器分為（）、（）。16、紅外探測(cè)器種類很多，常見(jiàn)的有兩大類（）、（）。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：

1。紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。

2。紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào),冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。

3。紅外線熱釋電傳感器探測(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。

4。紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感,而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感.在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：

本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。

缺點(diǎn)：

◆容易受各種熱源、光源干擾◆被動(dòng)紅