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传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测学习目标：使学生认识、了解光电传感器；了解光电效应的三种类型和光电传感器的工作原理和特性；能应用光电传感器。学习重点：（1）光电效应的三种类型。（2）常用光电传感器的工作原理。（3）光电传感器的应用。学习难点光电传感器的工作原理。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测＊任务提出：在各种车辆的运转、机械设备的运行中，都需要对转速进行检测。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测资讯光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。光电传感器具有高精度、高分辨率、高可靠性、非接触、响应快和结构简单等特点。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电传感器的工作原理：光照射在物体表面上可看成是物体受到一连串具有一定能量的光子轰击，于是物体中的电子吸收了光子的能量，导致物体的电学性质发生了变化，这种现象就称为光电效应。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测外光电效应：物体在光线作用下，内部电子吸收能量后，逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应：物体在光线作用下，内部载流子浓度增大，使电导率增大的现象称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。半导体光生伏特效应（光伏效应）：物体在光线作用下，产生一定方向电动势的现象称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。真空光电器件半导体光电器件传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电管示意图光电器件光电管：光电管由一个阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃管内，如右图所示。光电管的阴极是接受光的照射，它决定了器件的光电特性。阳极由金属丝做成，用于收集电子。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测工作原理：当阴极受到适当波长的光线照射时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有了电子流，在外电路中便产生了电流。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电管的外形图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电倍增管原理图光电倍增管光电倍增管是在光电管的阳极和阴极之间增加若干个（11～14个）倍增极（二次发射体），来放大光电流。（如下图所示）传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电倍增管的外形图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏电阻光敏电阻是采用半导体材料制成的利用内光电效应（光电导效应）工作的光电器件，又称光导管。光敏电阻在光线的作用下，其电导率增大，电阻值变小。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏电阻的结构1-玻璃；2-光电导层；3-电极；4-绝缘衬底；5-金属壳；6-黑色绝缘玻璃；7-引线传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏电阻工作原理工作时，光敏电阻两电极间加上电压，其中便有电流通过。无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小；当有光照时，由于光电导效应，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加，电流随着光强的增加而变大，实现了光电转换。工作原理示意图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏二极管和光敏三极管传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏二极管的符号和接线光敏二极管工作原理：光敏二极管由于工作在反向状态，无光照时，少数载流子产生暗电流10-8～10-9安培，处于截止状态。有光照时，半导体内受激发产生电子—空穴对，少数载流子浓度大大增加，在反向电压的作用下，形成光电流，处于导通状态。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光敏三极管的符号光敏三极管工作原理：无光照时，集电结反偏，其反向饱和电流Icbo经发射结放大为集射之间的穿透电流Iceo——暗电流。有光照时：集电结附近基区受光照产生激发，增加的少数载流子的浓度，使得集电结反向饱和电流(集电结光电流)大大增加。经发射结放大为集射之间光电流，即光敏三极管的光电流。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测各种光电池的外形图光电池硅光电池是基于光生伏特效应的一种有源器件。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电传感器的组成框图φ1是光源发出的信号，φ2是光电元件接受的光信号，被测量是X1或X2，它们分别使光源本身或光学通路变化，从而使传感器输出的电信号Ｉ变化。X1φ2光源光学通路光电元件X2φ1I传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测决策与计划检测转速，可选用光敏晶体管或光电断续器。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测实施光电断续器是将光电发射器、光电接收器放置于一个体积很小的塑料壳体中，两者能可靠地对准，其外形如图所示。齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器测速传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电断续器1-发光二极管；2-红外光；3-光电元件；4-槽；5-被测物传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光电晶体管测速光电式转速传感器工作原理图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测（a）图为遮断型，在机床转轴上固定一个带孔的转盘，转盘的一边由发光管产生恒定光，透过转盘小孔照射在光敏二极管或光敏三极管上，转换成电信号输出，经放大整形电路输出电脉冲信号，脉冲频率的大小即反映了转速的大小。（b）图为反射型，在待测转速轴上固定一个涂有黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射率，当转轴转动时，反光与不反光交替出现，光敏晶体管通过转盘反射接收光信号，并转换为电脉冲信号。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测检查与评价1、非接触测量，要求被测轴径大于3mm2、当测不是很高的转速时,可以用一个普通的反射式光电开关，对准要测的轴，轴上贴块白标记或黑标记就可以。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测决策与计划检测数控机床的线位移，可选用直线光栅位移传感器。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测实施直线光栅位移传感器，采用光栅常数相等的透射式标尺光栅和指示光栅副。具有精度高，便于数字化处理，体积小，重量轻等特点，适用于机床、仪器做长度测量、坐标显示和数控系统的自动测量等。直线光栅位移传感器结构示意图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测实施直线光栅位移传感器的光源、透镜、指示光栅和光电器件固定在机床床身上，主光栅固定在机床的运动部件上，可往复移动。安装时，指示光栅和主光栅保证有一定的间隙。主光栅和被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。用光电器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距离，也就测得了被测物体的位移量。在机床进给运动中的应用传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测实施当机床工作时，两光栅相对移动便产生莫尔条纹，该条纹随光栅以一定的速度移动，光电器件就检测到莫尔条纹亮度的变化，转换为周期性变化的电信号，通过后续放大、转换处理电路送入显示器，直接显示被测位移的大小。光栅位移传感器的光源一般为钨丝灯泡或发光二极管；光电器件为光电池或光敏三极管。组成框图传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测传感器的安装（1）传感器应尽量安装在靠近设备工作台的床身基面上。（2）根据设备的行程选择传感器的长度，光栅传感器的有效长度应大于设备行程。（3）标尺光栅固定在机床的工作台上，随机床的走刀而动，它的有效长度即为测量范围。如长度超过1.5米，需在标尺中部设置支撑。（4）读数头固定在机床上，安装在标尺光栅的下方，与标尺光栅的间隙控制在1～1.5毫米以内，并尽可能避开切屑和油液的溅落。（5）在机床导轨上要安装限位装置，以防机床工作时标尺撞到读数头。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测光栅位移传感器的检查（1）光栅传感器安装完毕后，接通数显表，移动工作台，观察读数是否变化。（2）在机床上任选一点，来回移动工作台，回到起始点，数显表读数应相同。（3）使用千分表和数显表同时检测工作台的移动值，比对后进行校正，确保数显表测量正确。传感器技术与应用任务15光电传感器用于物位和转速的检测检查与评价1．在使用环境有油污、铁屑等情况时，建议采用防护罩，防护罩应将主尺全部防护。2．应关闭电源后，插拔光栅传感器的电源。3．经常检查安装螺钉是否松动。4．及时清理溅落在光栅传感器表面上的切屑和油液，尽可能外加保护罩，定期清洗光栅表面。5．应避免剧烈震动，以防损坏。6．应避免在严重腐蚀环境中工作。