光电式传感器培训-PPT课件.ppt

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1、光电式传感器主要内容光电元件（光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池）红外光传感器光纤传感器光栅传感器激光传感器光电式传感器的工作原理：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电器件的作用是将光信号转变为电电信号。其工作的物理基础是光电效应。光电效应：在光照射下，物体中的电子吸收了入射光子的能量，发生电学效应的现象光电效应的分类：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。外光电效应：在光作用下电子逸出物体表面的现象。光电效应方程发生光电效应入射光的最小频率：对应的最大波长（称红限频率）：要发生光电效应，入射光频率或波长应该满足：内光电效应：光作用使光电

2、器件的电阻率发生变化的现象。如：光敏电阻。光生伏特效应：光作用使物体产生一定方向电动势的现象。如光电池，光敏二极管、光敏三极管。2.1光电元件光电元件通常分为半导体光电元件和真空光电元件。半导体光电元件有：光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏电阻等；真空光电元件有：光电倍增管等。一、光敏二极管1、工作原理：利用光子引起的电子跃迁将光信号转变成电信号，光生电流与光强成正比。用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、光电检测等光敏二极管在在电路中通常处于反向偏置状态，没有光照射时,反向电阻很大,反向电流很小,这反向电流称为暗电流。二极管处于截止状态。当光照射在PN结上时,光子打在PN结附近

3、,使PN结附近产生电子-空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向运动,形成光电流。二极管处于导通状态。光的照度越大,光电流越大。2、光敏二极管的基本特性：光谱特性：光敏二极管在一定照度时，输出的光电流（或用相对灵敏度表示）与入射光波长的关系。1008060402000.51.01.52.0入射光锗硅K/(%)伏安特性：当光照时，反向电流随着光照强度的变化。在不同的照度下，伏安特性曲线几乎平行。光的颜色会随着温度的升高而变化，这种光源的温度就叫该光源的色温。色温1526K光照特性：光电流与照度的关系，线性关系温度特性：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

4、响很大频率特性：光敏管输出的光电流（或相对灵敏度）随频率变化的关系。光敏二极管的频率特性是半导体光电器件中最好的一种。响应特性：硅光敏二极管的上升时间不超过5纳秒，适合用于快速响应或高频调制。3、光敏二极管的应用光电路灯控制电路：无光照时，光敏二极管反向截止，R1上的压降VA很小，T1和T2截止，继电器J不动作，路灯保持亮；有光照时，光敏二极管反向电阻下降，VA上升T1和T2导通，J动作常闭端打开，路灯保持亮。白天灯灭，晚上灯亮，起到自动控制的作用。光强测量电路：由稳压管、光敏二极管和电桥组成测量电路。无光照时，VA很大，FET导通，调整RW使电桥平衡，即指针为0。有光照时，VA下降

5、，R2上电流下降，VB减小；光照不同，VA不同，R2上压降不同，光强可以通过电流计读数显示出来。二、光敏三极管结构与工作原理：大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，会产生电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。光敏三极管的基本特性：类似光敏二极管。光敏三极管的应用脉冲编码器：Vi是电源，V0是输出电压，A和B是光敏二极管的发射端和光敏三极管的接收端。转轴以转速n转动时，辐条树为N的光栅转盘也转动，输出电信号为频率f=nN的脉冲光电数字转速传

6、感器：原理如下图，接收光信号的是光敏二极管或三极管。由脉冲编码器原理，n=f/N，用频率计测出f，就可得到转速n。光电脉冲转换电路如下图其中BG3和BG4组成射极耦合触发器，有光照BG1时使U0为高电位，反之U0为低电位光电式烟尘浓度计：光敏三极管6和7输出电压U1和U2由远算器8算出U1和U2的比值，进一步算出浓度。电子蜡烛：接通电源后，当光敏三极管3DU无光照时可控硅VS触发端G因无触发电流而关断，灯ZD不亮。当点燃火柴并靠近3DU时，其c、e极间电阻迅速降低，VS导通，灯亮。当火柴熄灭后，由于VS有自锁功能，灯一直亮着。若对着气动开关SA1吹气，SA1的动片被吹离触点，切断了灯

7、和VS的电源，灯灭。由于VS有自锁功能，SA1复原接通电源，灯也不会亮，只有再点燃火柴用光照光敏三极管才行。灯就象电子蜡烛。三、光敏电阻1、光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性,是一个电阻器件。制作光敏电阻的材料一般是金属硫化物和金属硒化物，通常采用涂敷、喷涂等方法，在陶瓷基片上涂上半导体薄膜，经烧结而成。光敏电阻的结构：在底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电