光电计数器的设计与制作

广东机电职业技术学院------传感器及应用能力目标：能够选用光电传感器来设计并实现光电自动控制电路实践任务：1）光电传感器的选型2）设计光电自动控制功能的电路3）制作光电自动控制功能的电路广东机电职业技术学院------传感器及应用项目七：光电计数器的设计与制作广东机电职业技术学院------传感器及应用罐装生产流水线动画演示广东机电职业技术学院------传感器及应用一、光电效应1.外光电效应光电效应及其光电元件在光线作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象。在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象外光电效应动画演示广东机电职业技术学院------传感器及应用各种光电管外形图广东机电职业技术学院------传感器及应用2、内光电效应光电导效应光敏晶体管效应光生伏特效应内光电效应动画演示在光线作用下，物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象广东机电职业技术学院------传感器及应用光敏电阻外形图广东机电职业技术学院------传感器及应用光敏二极管外形图光敏三极管外形图广东机电职业技术学院------传感器及应用各种光电池外形图广东机电职业技术学院------传感器及应用二、光电元件1.光电管（1）原理：基于外光电效应真空管、光电阴极K和光电阳极A（2）符号与结构：光电管外形图广东机电职业技术学院------传感器及应用（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好I0/μAΦ/lm光电管的光电特性广东机电职业技术学院------传感器及应用2、光敏电阻（1）原理：内光电效应的光电导效应（2）符号与外形广东机电职业技术学院------传感器及应用（3）特性参数暗电阻:置于室温、全暗条件伏安特性亮电阻:置于室温、一定光照条件广东机电职业技术学院------传感器及应用光电特性：非线性光谱特性响应时间：温度特性:10-1s～10-3s温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降光敏电阻的光谱特性广东机电职业技术学院------传感器及应用（5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应时间长、受温度影响大3.光敏晶体管（1）原理：内光电效应的光电晶体管效应光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管（2）种类、符号与外形广东机电职业技术学院------传感器及应用外形图（3）主要特性：光谱特性：硅管峰值波长为0.9μm锗管峰值波长为1.5μm广东机电职业技术学院------传感器及应用光电特性：输出电流Ie和光照度Ee呈线性关系伏安特性：广东机电职业技术学院------传感器及应用温度特性：温度对输出电流影响小，由光照度决定响应时间：二极管10-4s～10-6s、三极管10-3s～10-5s（5）适用场合：适用于模拟量测量及要求快速响应的场合（4）特点：光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短广东机电职业技术学院------传感器及应用4.光电池（1）原理：内光电效应的光生伏特效应（2）符号与外形：广东机电职业技术学院------传感器及应用（3）主要特性光谱特性：硅光电池0.45μm～1.1μm硒光池0.34μm～0.57μm光电特性：广东机电职业技术学院------传感器及应用频率特性：硅光电池频率响应高，硒光电池频率响应差温度特性：温度t上升，开路电压U快速下降，短路电流I缓慢上升。广东机电职业技术学院------传感器及应用（4）特点：（5）适用场合：测量短路电流光电特性线性好、受温度影响小，硅光电池频率响应较好。可用于模拟量测量响应较快的场合广东机电职业技术学院------传感器及应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能硅光电池板广东机电职业技术学院------传感器及应用光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式传感器的组成：光源、光学元件和光电元件组成光路系统，再经转换电路而构成。光电式传感器应用常用光源有：白炽灯、发光二极管等广东机电职业技术学院------传感器及应用常用光学元件有：反射镜、透镜、半透半反镜等提问：1.光电效应有哪些？这些光电效应对应哪些光电元件？2.这些光电元件有哪些特点？分别适用哪些场合？广东机电职业技术学院------传感器及应用一、光电式传感器的应用类型按其输出量性质可分：模拟输出型光电传感器和数字输出型光电传感器按被测物与光电元件和光源之间的关系，光电式传感器的应用有以下四种：广东机电职业技术学院------传感器及应用1、光源本身就是被测物。如：光电比色温度计、光照度计等被测物光电元件广东机电职业技术学院------传感器及应用2、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物吸收一部分后到达光电元件上。如：测液体透明度、烟尘浓度等被测物光电元件恒光源广东机电职业技术学院------传感器及应用3、恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部分后照射到光电元件上。如：测元件尺寸、运动状态等被测物光电元件恒光源广东机电职业技术学院------传感器及应用4、恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达光电元件上。如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速表等被测物光电元件恒光源广东机电职业技术学院------传感器及应用特别指出：光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，即光源发出的光应该在光电元件接受灵敏度最高的频率范围内。对于模拟量检测，一般要有参比信号，用来消除或削弱背景光及温度等因素的影响。广东机电职业技术学院------传感器及应用1、光电比色温度计（光源本身是被测物）问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与温度有关。二、光电式传感器的应用举例扫描式光电比色温度计广东机电职业技术学院------传感器及应用原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射强度Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。TKeKII/1212广东机电职业技术学院------传感器及应用光电比色温度计光路原理图被测对象物镜半透半反镜光阑反射镜目镜观察者的眼睛硅光电池1光导棒分光镜滤光片硅光电池2光线λ1光线λ2广东机电职业技术学院------传感器及应用光电比色温度计电路原理框图硅光电池1RfRf运算电路显示器I1I2U1U2硅光电池2而I1正比于Iλ1所以U1正比于Iλ1fRIU11－TKeKIIUU/121212广东机电职业技术学院------传感器及应用2、光电式烟尘浓度计（透射式）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量或及时发现楼宇火灾，对烟尘的监测是必须的。原理：恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物吸收一部分后到达光电元件上。广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式烟尘浓度检测动画演示广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式烟尘浓度计原理图光源聚光透镜半透半反镜反射镜被测烟尘光电池1光电池2RfRf运算电路显示器I1I2U1U2广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式烟尘浓度计原理图光电三极管2光电三极管1+UCCU1U2+UCC运算器显示器光源聚光透镜半透半反镜反射镜被测烟尘广东机电职业技术学院------传感器及应用3、光电式边缘位置检测器（遮挡式）问题的提出：带型材料在生产过程中偏离正确的位置如何进行纠偏控制。原理：恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部分后，另一部分照射到光电元件上。广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式边缘位置检测器光路图光源透镜光敏电阻被测带材暗亮广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式边缘位置检测器测量电路图R2R1R3RPRRRfRfUoUcc测量用光敏电阻补偿用光敏电阻遮光罩广东机电职业技术学院------传感器及应用注意问题：2.桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻；1.起始时，光路一半遮挡一半透过；3.光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里对测量要求不高（用于控制）。广东机电职业技术学院------传感器及应用4、光电式转速表（反射式）问题的提出：传统测量转速的弊端，光电式转速的优点。原理：恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达光电元件上。采用数字输出型测量转速。广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式转速测量动画演示广东机电职业技术学院------传感器及应用光电式转速表原理图被测旋转物遮光罩放大整形电路频率计电路显示器时基电路n由透镜、光源、光敏二极管和遮光罩组成－－光电开关反光纸透镜光源光敏二极管透镜广东机电职业技术学院------传感器及应用注意问题：1.选用硅光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；2.数字量测量，不用参比信号。广东机电职业技术学院------传感器及应用红外传感器及其应用10－910－710－510－310－11010－110102103104/m/cm/m宇宙射线射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波极远红外211815129630远红外中红外近红外/m广东机电职业技术学院------传感器及应用1.红外线辐射温度计：红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外测温仪的测温原理是将物体（如钢水）发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体（如钢水）本身的温度相对应，根据转变成电信号大小，可以确定物体（如钢水）的温度。广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计外形激光仅用于瞄准广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计用于食品温度测量广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用耳温仪广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计用于人体额温测量广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用集成IC温度测量广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）广东机电职业技术学院------传感器及应用红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）温度采集系统广东机电职业技术学院------传感器及应用2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。热释电元件外形广东机电职业技术学院------传感器及应用热释电传感器简介热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等……您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。广东机电职业技术学院------传感器及应用热释电传感器的内部电路两块反向串联的热释电晶片场效应管广东机电职业技术学院------传感器及应用热释电传感器工作原理热释电晶片表面必须罩上一块菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。广东机电职