光電式傳感器

1、光電式傳感器9/2/20221第1頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一4.7 光電傳感器 4.7.1 光電效應(yīng)及光電器件 光電傳感器是將光量轉(zhuǎn)換為電量。光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。 光照射在物體上可以看成是一連串的具有一定能量的光子轟擊這些物體的表面；光子與物體之間的聯(lián)接體是電子。所謂光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電效應(yīng)可分成外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類。9/2/20222第2頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 1905年德國物理學家愛因斯坦用光量子學說解釋了光電發(fā)射效應(yīng)，并為此而獲得1921年諾貝爾物理

2、學獎。 9/2/20223第3頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一一.外光電效應(yīng) 在光線照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也叫光電發(fā)射效應(yīng)。其中，向外發(fā)射的電子稱為光電子，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的物質(zhì)稱為光電材料。 根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：一個電子只能接受一個光子的能量。因此要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子能量大于該物體的表面逸出功A。各種不同的材料具有不同的逸出功A，因此對某特定材料而言，將有一個頻率限o(或波長限o)，稱為“紅限”。當入射光的頻率低于o時(或波長大于o)，不論入射光有多強，也不能激發(fā)電子；當入射頻率高于o時，不管它多么微弱也會使被照射的物體

3、激發(fā)電子，光越強則激發(fā)出的電子數(shù)目越多。紅限波長可用下式求得： c_光速;h_普朗克常數(shù) 動畫9/2/20224第4頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電效應(yīng)的規(guī)律是： 任何一種金屬都有一個_頻率, 入射光的頻率必須_這個頻率, 才能產(chǎn)生光電效應(yīng); (2) 光電子的最大初動能與 無關(guān), 只隨著 的增大而增大; (3) 入射光照射到金屬上時, 光電子的發(fā)射幾乎是_; (4) 產(chǎn)生光電效應(yīng)時, 光電流的強度與 成正比. 極限大于入射光的強度入射光頻率瞬時的入射光的強度9/2/20225第5頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一基于外光電效應(yīng)的光電器件屬于

4、光電發(fā)射型器件，有光電管、光電倍增管等。光電管有真空光電管和充氣光電管。 1. 光電管 光電管受光照發(fā)射電子 光電管陽極A通過RL與電源連接在管內(nèi)形成電場。光電管的陰極K受到適當?shù)恼丈浜蟊惆l(fā)射光電子，這些光電子在電場作用下被具有一定電位的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流。電阻RL上產(chǎn)生的電壓降正比于空間電流，其值與照射在光電管陰極K上的光成函數(shù)關(guān)系。如果在玻璃管內(nèi)充入惰性氣體(如氬、氖等)即構(gòu)成充氣光電管。由于光電子流對惰性氣體進行轟擊，使其電離，產(chǎn)生更多的自由電子，從而提高光電變換的靈敏度。9/2/20226第6頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 紫外光電管外形 當

5、入射紫外線照射在紫外管陰極板上時，電子克服金屬表面對它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外管多用于紫外線測量、火焰監(jiān)測等。 紫外線9/2/20227第7頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一在玻璃管內(nèi)除裝有光電陰極和光電陽極外，尚裝有若干個光電倍增極。光電倍增極上涂有在電子轟擊下能發(fā)射更多電子的材料。光電倍增極的形狀及位置設(shè)置得正好能使前一級倍增極發(fā)射的電子繼續(xù)轟擊后一級倍增極。在每個倍增極間均依次增大加速電壓。設(shè)每級的培增率為，若有n級，則光電倍增管的光電流倍增率將為n。 2.光電倍增管因為采用了二次發(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光

6、電探測器中，具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點9/2/20228第8頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電倍增管典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。側(cè)窗型光電倍增管（R系列）是從玻璃殼的側(cè)面接收入射光，端窗型光電倍增管（CR系列）則從玻璃殼的頂部接收射光。 9/2/20229第9頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一二.內(nèi)光電效應(yīng)在光線照射下，物體內(nèi)的電子不能逸出物體表面，而使物體的電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)分為：光電導效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)

7、1.光電導效應(yīng)：半導體材料受到光照時會產(chǎn)生電子-空穴對，使其導電性能增強，光線愈強，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻(光電導型)和光敏二、三極管 。 9/2/202210第10頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一1）光敏電阻結(jié)構(gòu)原理光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性， 純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般

8、希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好， 此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐以下。 9/2/202211第11頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光敏電阻是一種光電效應(yīng)半導體器件，應(yīng)用于光存在與否的感應(yīng)（數(shù)字量）以及光強度的測量（模擬量）等領(lǐng)域。它的體電阻系數(shù)隨照明強度的增強而減小，容許更多的光電流流過。這種阻性特征使得它具有很好的品質(zhì)：通過調(diào)節(jié)供應(yīng)電源就可以從探測器上獲得信號流，且有著很寬的范圍。9/2/202212第12頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光敏電阻演示 當光敏電阻受到光照時，光生電子空穴對增

9、加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）9/2/202213第13頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一2)光敏二極管和光敏三極管光敏晶體管通常指光敏二極管和光敏三極管，它們的工作原理也是基于內(nèi)光電效應(yīng)，和光敏電阻的差別僅在于光線照射在半導體PN結(jié)上，PN結(jié)參與了光電轉(zhuǎn)換過程。將光敏二極管的PN 結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，可以直接受到光照射。光照射到光敏二極管的PN結(jié)時，電子-空穴對數(shù)量增加，光電流與照度成正比。 9/2/202214第14頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光敏二極管的結(jié)構(gòu)和普通二極管相似，只是它的PN結(jié)裝在管殼頂部，光線通過透

10、鏡制成的窗口，可以集中照射在PN結(jié)上，光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)。PN結(jié)可以光電導效應(yīng)工作，也可以光生伏特效應(yīng)工作。處于反向偏置的PN結(jié)，在無光照時具有高阻特性，反向暗電流很小。當光照時，結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對，在結(jié)電場作用下，電子向N區(qū)運動，空穴向P區(qū)運動，形成光電流，方向與反向電流一致。光的照度愈大，光電流愈大。由于無光照時的反偏電流很小，一般為納安數(shù)量級，因此光照時的反向電流基本上與光強成正比。光敏二極管9/2/202215第15頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一紅外發(fā)射、接收對管外形 紅外發(fā)射管紅外接收管9/2/202216第16頁，共91頁，2022年

11、，5月20日，17點38分，星期一光敏二極管的反向偏置接法 在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當于普通二極管的反向飽和漏電流。當光照射在二極管的PN結(jié)（又稱耗盡層）上時，在PN結(jié)附近產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量也隨之增加，光電流也相應(yīng)增大，光電流與照度成正比。 光敏二極管接線圖 9/2/202217第17頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光敏三極管有兩個PN結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光敏二極管具有更高的靈敏度。其結(jié)構(gòu)如圖所示。 當光敏三極管按圖b)所示的電路連接時，它的集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置。無光照時僅有很小的穿透電流流過

12、，當光線通過透明窗口照射集電結(jié)時，和光敏二極管的情況相似，將使流過集電結(jié)的反向電流增大，這就造成基區(qū)中正電荷的空穴的積累，發(fā)射區(qū)中的多數(shù)載流子(電子)將大量注人基區(qū)，由于基區(qū)很薄，只有一小部分從發(fā)射區(qū)注入的電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，而大部分電子將穿過基區(qū)流向與電源正極相接的集電極，形成集電極電流IC。這個過程與普通三極管的電流放大作用相似，它使集電極電流IC是原始光電流的(l+)倍。這樣集電極電流IC將隨入射光照度的改變而更加明顯地變化。光敏三極管多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外形與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。9/2/202218第18頁，共91頁，202

13、2年，5月20日，17點38分，星期一光敏三極管外形 9/2/202219第19頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一2. 光生伏特效應(yīng)：半導體材料受到光照后產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)型器件是自發(fā)電式的，是有源器件。常用的光生伏特器件有光電池。9/2/202220第20頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光生伏特效應(yīng)是光照引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。當PN結(jié)兩端沒有外加電場時，在PN結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)仍然存在著內(nèi)建結(jié)電場，其方向是從N區(qū)指向P區(qū)，如圖所示。當光照射到結(jié)區(qū)時，光照產(chǎn)生的電子空穴對在結(jié)電場作用下，電子推向N區(qū)，空穴推

14、向P區(qū)；電子在N區(qū)積累和空穴在P區(qū)積累使PN結(jié)兩邊的電位發(fā)生變化，PN結(jié)兩端出現(xiàn)一個因光照而產(chǎn)生的電動勢，這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。由于它可以像電池那樣為外電路提供能量，因此常稱為光電池。因此光生伏特型光電器件是自發(fā)電式的，屬有源器件。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件，硒和硅是光電池常用的材料，也可以使用鍺。 PN結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖 9/2/202221第21頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一也稱硅太陽能電池，它是用單晶硅制成，在一塊N型硅片上用擴散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個大面積的P-N結(jié)，P層做得很薄,從而使光線能穿透到P-N結(jié)上。硅太陽能電池具

15、有輕便、簡單，不會產(chǎn)生氣體或熱污染，易于適應(yīng)環(huán)境。因此凡是不能鋪設(shè)電纜的地方都可采用太陽能電池，尤其適用于為宇宙飛行器的各種儀表提供電源。 硅光電池9/2/202222第22頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電池外形光敏面9/2/202223第23頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一能提供較大電流的大面積光電池外形9/2/202224第24頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電池在動力方面的應(yīng)用太陽能賽車太陽能電動機模型太陽能硅光電池板9/2/202225第25頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電

16、池在動力方面的應(yīng)用（續(xù)）太陽能發(fā)電9/2/202226第26頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電池在動力方面的應(yīng)用（續(xù)）光電池在人造衛(wèi)星上的應(yīng)用9/2/202227第27頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一太陽能廣告屏/太陽能廣告牌/太陽能廣告燈箱 9/2/202228第28頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一主要用于道路十字路口、道路變窄、路面障礙、事故易發(fā)路口等危險路段，通過LED的閃爍發(fā)光，提醒司機行車注意，控制車速行駛。工作原理是利用太陽能電池白天將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存在可充電電池中，發(fā)光時LED將電能轉(zhuǎn)化為光能，實

17、現(xiàn)太陽能黃閃燈的閃爍發(fā)光，從而起到引導交通的作用。 9/2/202229第29頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一4.7.2 光電式傳感器的形式 工作原理：首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號。分類：按其接收狀態(tài)可分為模擬式光電傳感器和脈沖光電傳感器。 1. 脈沖式光電傳感器(開關(guān)式） 脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài),也就是“通”、“斷”的開關(guān)狀態(tài),所以也稱為光電元件的開關(guān)運用狀態(tài)。這類傳感器要求光電元件靈敏度高,而對光電特性的線性要求不高。主要用于零件或產(chǎn)品的自動計數(shù)、光控開關(guān)、電子計算機的光電輸入設(shè)備、光電

18、編碼器及光電報警裝置等方面。9/2/202230第30頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一2. 模擬式光電傳感器模擬式光電傳感器的工作原理是基于光電元件的光電特性,其光通量是隨被測量而變,光電流就成為被測量的函數(shù),故又稱為光電傳感器的函數(shù)運用狀態(tài)光電傳感器。這一類光電傳感器有如下幾種工作方式。被測物體位于恒定光源與光電元件之間,根據(jù)被測物對光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測定被測參數(shù)。如測量液體、氣體的透明度、混濁度,對氣體進行成分分析,測定液體中某種物質(zhì)的含量等。恒定光源發(fā)出的光投射到被測物體上,被測物體把部分光通量反射到光電元件上,根據(jù)反射的光通量多少測定被測物表面狀態(tài)

19、和性質(zhì)。例如測量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。9/2/202231第31頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一被測物體位于恒定光源與光電元件之間,光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮去其一部分,使作用在光電元件上的光通量減弱,減弱的程度與被測物在光學通路中的位置有關(guān)。利用這一原理可以測量長度、厚度、線位移、角位移、振動等。被測物體本身就是輻射源，它可以直接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用在光電元件上。光電高溫計、比色高溫計、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。這種方式也可以用于防火報警和構(gòu)成光照度計等。9/2/202232第32頁，共91頁，2022年，5月20日

20、，17點38分，星期一4.7.3 光電式傳感器的常用光源 光源是許多光電傳感器的重要組成部分，要使光電傳感器很好地工作，除了合理選用光電元件外，還必須配備合適的光源。發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機械強度高等優(yōu)點，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設(shè)備中。鎢絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、

21、相干性好等優(yōu)點，是很理想的光源。9/2/202233第33頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一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的光電器件。 光電耦合器中的發(fā)光元件通常是半導體的發(fā)光二極管，光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管或光耦合器等。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又可分為用于實現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測有無物體的光電開關(guān)。4.7.4 光電耦合器件9/2/202234第34頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一1. 光電耦合器光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料

22、封裝兩種。光電耦合器實際上是一個電量隔離轉(zhuǎn)換器，它具有抗干擾性能和單向信號傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無觸點開關(guān)及固態(tài)繼電器等場合.9/2/202235第35頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一圖4-116 工作原理與輸入輸出特性a）工作原理 b）輸入輸出特性 c）同相輸出 光耦合器用于隔離用途以提高傳感器的抗干擾能力時， 與 必須是不同電源，光耦合器兩邊的參考“地”不能連在一起，見圖4-116a、c，否則起不了提高抗干擾能力的作用。9/2/202236第36頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光電耦合器的一個重要特性是其輸入

23、端相聯(lián)接的電路可以和其輸出端的電路完全隔開，并且在這兩個電路之間可以安全地存在成百上千伏的電位差而不會對光電耦合器的工作產(chǎn)生不利影響。 光電耦合器的另一個重要特性是用IF控制I，信號的傳遞是單向的。特性9/2/202237第37頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一應(yīng)用1）用于電平轉(zhuǎn)換 由于各種集成電路所用的電源電壓是不同的，如在一個系統(tǒng)中用二種材料的集成電路芯片，則需要進行電平的轉(zhuǎn)換。另外各種傳感器的電源電壓有時也難于與集成電路相同，故進行電平轉(zhuǎn)換有時是必要的。 右圖是PMOS電路電平轉(zhuǎn)到TTL電路電平的電路圖。該電路中，輸入是22伏到0伏的脈沖，輸出是0伏到5伏的脈沖，

24、前后電路完全是隔離的。9/2/202238第38頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一2）用于邏輯門電路 圖（a）為兩個光電耦合器組成的與門電路，如果在輸入端A和B同時輸入高電平“1”，則兩個發(fā)光二極管GY1和GY2都發(fā)光，兩個光敏三極管GG1，和GG2都導通，在輸出端C就呈現(xiàn)高電平“1”。在輸入端A或B中只要有一個為低電平“0”，則其中有一個光敏三極管不導通，輸出端C就為“0”，故為與門電路。 9/2/202239第39頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一圖（b）為與非門電路，它的原理與圖(a)相似，但輸出端不同，圖（b）從集電極輸出，當兩個輸入端A

25、和B都為高電平1”時，輸出為低電平“0”，故為與非門電路。9/2/202240第40頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一圖（c）為或門電路，它從發(fā)射極輸出，輸入端A或B中有一個或兩個為高電平“1”，則有一個或兩個光敏三極管被照亮而導通，輸出為高電平“1”，故為或門電路。9/2/202241第41頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一圖（d）的原理與圖(c)相似，但從集電極輸出,輸入端A或B中有一個或兩個為高電平“1”，輸出就為低電平“0”，故為或非門電路。9/2/202242第42頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一3）起隔離作用

26、右圖用邏輯電路的信號來觸發(fā)可控硅SCR，可按硅的負載為電感性的開關(guān)電路，采用光電耦合器后，負載所產(chǎn)生的尖峰噪聲不會反饋到邏輯電路。光電耦合器是近年來發(fā)展起來的新型器件，應(yīng)用范圍和生產(chǎn)量正在急劇增加。由于它具有獨特的優(yōu)點，可組成各種各樣的電路，因而可應(yīng)用在測量儀器、精密儀器、工業(yè)和醫(yī)用電子儀器自動控制、遙控和遙測、各種通信裝置、計算機系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)電子設(shè)備等廣闊領(lǐng)域。9/2/202243第43頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一2. 光電開關(guān)光電開關(guān)是一種利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉(zhuǎn)換，同時加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“開”、“關(guān)”信號的

27、器件。光電開關(guān)的特點是小型、高速、非接觸，而且與TTL、MOS等電路容易結(jié)合。圖(a)所示的是一種透射式的光電開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的。當不透明的物體位于或經(jīng)過它們之間時，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，這樣起到檢測作用。光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖9/2/202244第44頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一(a) 透射式的光電開關(guān) (b) 反射式的光電開關(guān)光電開關(guān)結(jié)構(gòu)圖圖5(b)所示是一種反射式的光電開關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某一角度相交，交點一般即為待測物所在處。當有物體經(jīng)過時，接收元件將接收到從物體表面反射的光，沒有物體時

28、則接收不到。9/2/202245第45頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電開關(guān)的特點是小型、高速、非接觸，而且與TTL、 MOS等電路容易結(jié)合。 光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測裝置。可在自動控制系統(tǒng)中用作物體檢測， 產(chǎn)品計數(shù)， 料位檢測，尺寸控制， 安全報警及計算機輸入接口等。 光電開關(guān)的特點及應(yīng)用9/2/202246第46頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一透射式光電開關(guān)示意圖遮斷報警9/2/202247第47頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一透射式光電開關(guān)原理ObjectRece

29、iver 透射式光電開關(guān)由相互分離且相對安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當被檢測物體位于發(fā)射器和接受器之間時，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開關(guān)信號。被檢測物體光發(fā)射器光接收器9/2/202248第48頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電開關(guān)在 流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口透射式光電開關(guān)（計數(shù)）9/2/202249第49頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光幕 兩個柱形結(jié)構(gòu)相對而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。接收器9/2

30、/202250第50頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕應(yīng)用 當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號，起保護、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報警）9/2/202251第51頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度測量9/2/202252第52頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一三維尺寸檢測寬度 測量長度 測量高度 測量 光幕應(yīng)用（續(xù)）9/2/202253第53頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕應(yīng)用（續(xù)）木材外形截面積檢測9/2/202254第54頁，共91頁，2022年，5月2

31、0日，17點38分，星期一光幕應(yīng)用（續(xù)）糾偏 光幕可檢測出帶材在卷曲過程中的偏移，經(jīng)控制器和執(zhí)行機構(gòu)使帶材向正確的方向運動（糾偏）。9/2/202255第55頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕用于自動收費系統(tǒng)的車輛檢測紅外線車輛分離器:專為公路自動收費系統(tǒng)的車輛分離檢測和分類檢測而設(shè)計 ；用于判斷車輛的結(jié)束從而計算整車重量；完全消除跟車現(xiàn)象，將半掛車、全掛車、單車可靠分離，保證檢測數(shù)據(jù)與車輛的一一對應(yīng)關(guān)系。光幕應(yīng)用（續(xù)）9/2/202256第56頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕應(yīng)用（續(xù)）鍛壓機床的安全區(qū)域設(shè)置 及入侵報警9/2/20

32、2257第57頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光幕應(yīng)用（續(xù)）安全區(qū)示警9/2/202258第58頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一反射型光電開關(guān) 反射型光電開關(guān)分為兩種情況：反射鏡反射型及被測物漫反射型（簡稱散射型）。 反射鏡反射型光電開關(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（波動方向嚴格一致的光）反射回去，提高抗干擾能力。 9/2/202259第59頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一

33、定區(qū)域反射式光電開關(guān)原理 定區(qū)域式光電開關(guān)有一個非常確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號。檢測距離檢測距離9/2/202260第60頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一反射型光電開關(guān)及反射鏡外形三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身9/2/202261第61頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一反射鏡反射型光電開關(guān)工作原理 反射鏡反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對安裝配合使用。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的偏振光。反射板反射

34、鏡被測物體偏振光發(fā)射光9/2/202262第62頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一被測物漫反射型光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線 漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當被測物體經(jīng)過該光電開關(guān)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號。額定距離9/2/202263第63頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用9/2/202264第64頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一反射型光電開關(guān)外形電源指示信號指示9/2/202265第65頁，共91頁，2

35、022年，5月20日，17點38分，星期一反射型光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器9/2/202266第66頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電開關(guān)應(yīng)用透明度測量、控制質(zhì)量檢測9/2/202267第67頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）加工控制9/2/202268第68頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一 光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機械手定位9/2/202269第69頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）商標方向檢測9/2/202270第70頁，共91頁，2022年，5月2

36、0日，17點38分，星期一光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動化包裝線及安全裝置中作光控制和光探測裝置?？稍谧钥叵到y(tǒng)中用作物體檢測、產(chǎn)品計數(shù)、料位檢測、尺寸控制、安全報警及計算機輸入接口等用途。 4.7.5 常見光電傳感器及應(yīng)用案例1：光電測速模型原理：在被測轉(zhuǎn)速的電機上固定一個調(diào)制盤，將光源發(fā)出的恒定光調(diào)制成隨時間變化的調(diào)制光。光線每照射到光電器件上一次，光電器件就產(chǎn)生一個電信號脈沖，經(jīng)放大器整形后記錄。9/2/202271第71頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電測速模型的兩種形式9/2/202272第72頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一光電

37、式轉(zhuǎn)速表 光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測物數(shù)十毫米外非接觸地測量其轉(zhuǎn)速。 n =60( f /z ) 9/2/202273第73頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一水泵轉(zhuǎn)速測量9/2/202274第74頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一案例2.透射式光電傳感器及在煙塵濁度監(jiān)測上的應(yīng)用透射式光電傳感器是將發(fā)光管和光敏三極管等，以相對的方向裝在中間帶槽的支架上。當槽內(nèi)無物體時，發(fā)光管發(fā)出的光直接照在光敏三極管的窗口上，從而產(chǎn)生大的電流輸出，當有物體經(jīng)過槽內(nèi)時則擋住光線，光敏管無輸出，以此可識別物體的有無。適用于光電控制、光電計量等電路

38、中，可檢測物體的有無、運動方向、轉(zhuǎn)速等方面。透射型BYD3M.TDT光電傳感器使用示意圖 9/2/202275第75頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一防止工業(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，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測、自動顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道在傳輸過程中的變化大小來檢測的。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增加，到達光檢測器的光減少。因此光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。吸收式煙塵濁度監(jiān)測系統(tǒng)組成框圖 9/2/202276第76頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38

39、分，星期一 光電式濁度計和含沙量測量將裝有濁水的試管插入儀器中9/2/202277第77頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一案例3.光電式帶材跑偏檢測器帶材跑偏檢測器用來檢測帶型材料在加工中偏離正確位置的大小及方向,從而為糾偏控制電路提供糾偏信號,主要用于印染、送紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過程中。光電式帶材跑偏檢測器原理如圖所示。光源發(fā)出的光線經(jīng)過透鏡1會聚為平行光束,投向透鏡2,隨后被會聚到光敏電阻上。在平行光束到達透鏡2的途中,有部分光線受到被測帶材的遮擋,使傳到光敏電阻的光通量減少。 帶材跑偏檢測器工作原理9/2/202278第78頁，共91頁，2022年，5月20日，17

40、點38分，星期一帶材糾偏系統(tǒng) 帶材走偏時，邊緣經(jīng)常與傳送機械發(fā)生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成廢品。當帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓Uo為零；當帶材左偏時，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。 9/2/202279第79頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一當帶材左偏時，遮光面積減少，光敏電阻1阻值減少，電橋失去平衡。差動放大器將這一不平衡電壓加以放大，輸出電壓為負值，它反映了帶材跑偏的方向及大小。反之，當帶材右偏時，為正值。輸出信號一方面由顯示器顯示出來，另一方面被送到執(zhí)行機構(gòu)，為糾偏控制系統(tǒng)提供糾偏信號。左圖為測量電路簡圖。1、2是同型號的光敏電阻

41、。1作為測量元件裝在帶材下方，2用遮光罩罩住,起溫度補償作用。當帶材處于正確位置(中間位)時，由1、2、3、4組成的電橋平衡，使放大器輸出電壓為0。測量電路 R29/2/202280第80頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一用容積法計量包裝的成品，除了對重量有一定誤差范圍要求外，一般還對充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。下圖為借助光電檢測技術(shù)控制充填高度的原理。當充填高度偏差太大時，光電接頭沒有電信號，即由執(zhí)行機構(gòu)將包裝物品推出進行處理。 圖：利用光電檢測技術(shù)控制充填高度利用光電開關(guān)還可以進行產(chǎn)品流水線上的產(chǎn)量統(tǒng)計、對裝配件是否到位及裝配質(zhì)量進行檢測，例如灌裝時瓶蓋是否壓上、商標是否漏貼，以及送料機構(gòu)是否斷料等。 案例4.包裝充填物高度檢測9/2/202281第81頁，共91頁，2022年，5月20日，17點38分，星期一案例5：光電鼠標就是利用