2-6光电传感器

光电传感器学习光电效应、光电元件的结构、工作原理、特性以及光电传感器的各种应用。1.光电效应及光电元件光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制系统中应用非常广泛。光电传感器的分类：按光电元件输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为：投射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。透射式：漫反射式：漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上遮光式：脉冲（开关式）光电传感器：光电元件接受的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态。它输出的光电流通常只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。光电传感器工作的物理基础是光电效应。光电效应通常又分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。紫外管外形当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，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。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。紫外线内光电效应：半导体材料受光的照射后，其电导率发生变化的现象称为光导效应，而受光后产生电势的现象称为光生伏特效应。二者统称为内光电效应。基于光导效应的光电器件有光敏电阻，基于光生伏特效应的有光电池、光敏晶体管等。光敏电阻光敏电阻又称光导管。半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能增强，光线越强，阻值越低。光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜做检测光通量变化的元件，常用作开关式光电传感器。光敏电阻——结构光敏电阻是薄膜元件，它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料（金属硫化物、硒化物和锑化物）。目前生产的光敏电阻主要是硫化镉。光敏电阻——主要参数光敏电阻在室温、无光照的全暗条件下，经过一定稳定时间之后，测得的电阻值称为暗电阻，或称暗阻，此时流过光敏电阻的电流称为暗电流。光敏电阻在受到某一光线照射时的电阻值称为亮电阻，或称亮阻，此时流过的电流称为亮电流。亮电流和暗电流之差称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大越好，亮电阻越小越好；即暗电流要小，亮电流要大，这样光电流才可能大，光敏电阻的灵敏度才会高。光敏电阻——光照特性光敏电阻——频率特性光敏电阻——温度特性光敏晶体管光敏晶体管光敏二极管将光敏二极管的PN结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。光敏二极管外形光敏二极管的反向偏置接法在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。光敏晶体管光敏三极管光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。光电特性0光照光电流光敏三极管光敏二极管3000lx4mA请判断灵敏度的高低0.3mAIΦE基于光生伏特效应的光电元件——光电池直接将光能转换成电能的元件在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对，光生电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。光电池外形光敏面能提供较大电流的大面积光电池外形其他光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆形光电池光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用光电式转速表光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。3.光电开关对射型光电开关示意图遮断报警对射式光电开关原理ObjectReceiver遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器反射型光电开关外形电源指示信号指示光电开关应用光电开关来控制液面位的上下限值，当液面位高于或低于上下极限液面位时，光电开关控制电路可使阈门打开或关闭，使液面位的高度保持在上下限之间为利用物体对光的遮挡作用，检测物体的通过个数，或物体是否存在利用光的直线传播性，检验产品是否等高排列将光电开关用在流水生产线上，来检测产品的个数光电传感器应用——条形码扫描笔光电传感器应用——简易感光报警器光电传感器应用——产品计数器光电传感器应用——光电式烟雾报警器光电传感器应用——防盗报警光电传感器应用——公共汽车关门安全指示器红外成像应用自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外线，红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中红外成像应用用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像应用：1、电气装置：可发现接头松动或接触不良，不平衡负荷，过载，过热等隐患。这些隐患可能造成的潜在影响是产生电弧、短路、烧毁、起火。2、变压器：可以发现的隐患有接头松动，套管过热，接触不良（抽头变换器），过载，三相负载不平衡，冷却管堵塞不畅。其影响为产生电弧、短路、烧毁、起火。3、电动机、发电机：可以发现的隐患是轴承温度过高，不平衡负载，绕组短路或开路，碳刷、滑环和集流环发热，过载过热，冷却管路堵塞。其影响为有问题的轴承可以引起铁芯或绕组线圈的损坏；有毛病的碳刷可以损坏滑环和集流环，进而损坏绕组线圈。还可能引起驱动目标的损坏。红外成像应用4、电气设备维修检查，屋顶查漏，节能检测，环保检查，安全防盗，森林防火，无损探伤，质量控制，医疗检查等等也很有效益。5、诊断人体疾病，运用经络学,在人脑的研究工作及在研究疾病治疗方法中的应用;特别是在诊断哮喘病,痹症,腰椎间盘突出症,运动病,恶性肿瘤等病症具有无放射性,一次多脏器全身扫描的非接触测量的优点.是综合确诊人体某种疾病的一种有用手段。6、建筑物外墙的监测。通过表面温度可以为我们提供有关楼宇结构、管道系统、供暖通风及空调系统以及电气系统的许多信息。在透过红外镜头观察时，平日肉眼看不到的问题会突现眼前。使用红外热像仪，可以检测到空气泄漏、水分积累、管道堵塞、墙壁后面的结构特征以及过热的电气线路等，并对数据进行可视化记录归档。通过用这种工具对表面进行扫描，您可以快速发现通常代表潜在问题的温度变化，并以详细的图形报告的形式对数据进行记录。7、红外热成像仪在自然环境方面的应用。监控自然环境，如山体滑坡、火山爆发。