模塊5光電式傳感器本模塊學習的主要內容：

1、光電效應及其光電元件2、光電式傳感器的應用罐裝生產流水線動畫一、光電效應1.外光電效應單元1光電效應及其光電元件

在光線作用下，物體吸收光能量而產生相應電效應的一種物理現象。在光線作用下，電子從物體表面逸出的物理現象。外光電效應動畫演示各種光電管外形圖2.內光電效應光電導效應光敏晶體管效應光生伏特效應內光電效應動畫演示在光線作用下，物體電導性能發生變化或產生一定方向電動勢的現象光敏電阻外形圖光敏二極管外形圖光敏三極管外形圖各種光電池外形圖二、光電元件1.光電管（1）原理：基于外光電效應真空管、光電陰極K和光電陽極A（2）符號與結構：光電管外形圖

（3）特點：靈敏度高、光電特性線性較好I0/μAΦ/lm光電管的光電特性

光電倍增管光電倍增管基于外光電效應，并進行二次電子發射，具有極高靈敏度和超快響應時間，可工作在紫外、可見和近紅外光譜區。當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發出光電子。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統，并通過進一步的二次發射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。2.光敏電阻（1）原理：內光電效應的光電導效應（2）符號與外形（3）特性參數暗電阻:置于室溫、全暗條件伏安特性亮電阻:置于室溫、一定光照條件光電特性：非線性光譜特性響應時間：溫度特性:10-1s～10-3s

溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降。光敏電阻的光譜特性（5）適用場合：常用于對測量要求不高的場合（4）特點：價格便宜、光電特性非線性、響應時間長、受溫度影響大3.光敏晶體管（1）原理：內光電效應的光電晶體管效應（2）種類、符號與外形光敏二極管光敏三極管光敏晶閘管外形圖（3）主要特性：光譜特性：硅管峰值波長為0.9μm鍺管峰值波長為1.5μm光敏晶體管工作原理動畫光電特性：輸出電流Ie和光照度Ee呈線性關系伏安特性：溫度特性：溫度對輸出電流影響小，由光照度決定響應時間：二極管10-4s～10-6s、三極管10-3s～10-5s

（5）適用場合：適用于模擬量測量及要求快速響應的場合（4）特點：光電特性線性好、受溫度影響小、響應時間短

4.光電池（1）原理：內光電效應的光生伏特效應（2）符號與外形：光電池工作原理動畫（3）主要特性光譜特性：硅光電池0.45μm～1.1μm硒光池0.34μm～0.57μm光電特性：頻率特性：硅光電池頻率響應高，硒光電池頻率響應差溫度特性：溫度t上升，開路電壓U快速下降，

短路電流I

緩慢上升。（4）特點：（5）適用場合：測量短路電流光電特性線性好、受溫度影響小，硅光電池頻率響應較好。

可用于模擬量測量響應較快的場合。

光電式傳感器的組成：光源、光學元件和光電元件組成光路系統，再經轉換電路而構成。單元2光電式傳感器應用

常用光源有：白熾燈、發光二極管等

常用光學元件有：反射鏡、透鏡、半透半反鏡等提問：1.

光電效應有哪些？這些光電效應對應哪些光電元件？

2.

這些光電元件有哪些特點？分別適用哪些場合？一、光電式傳感器的應用類型

按其輸出量性質可分：模擬輸出型光電傳感器和數字輸出型光電傳感器

按被測物與光電元件和光源之間的關系，光電式傳感器的應用有以下四種：1.光源本身就是被測物（直射式）。如：光電比色溫度計、光照度計等被測物光電元件2.恒定光源發出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電元件上（透射式）。

如：測液體透明度、煙塵濃度等被測物光電元件恒光源

3.恒定光源發出的光通量經過被測物遮擋一部分后照射到光電元件上（遮擋式）。如：測元件尺寸、運動狀態等被測物光電元件恒光源遮擋式光電傳感器工作原理動畫

4.恒定光源發出的光通量經被測物反射后到達光電元件上（發射式）。如：測紙張白度、零件表面粗糙度、光電轉速表等被測物光電元件恒光源反射式光電傳感器工作原理動畫光電顏色識別（反射式）動畫

特別指出：光源與光電元件在光譜特性上應基本一致，即光源發出的光應該在光電元件接受靈敏度最高的頻率范圍內。

對于模擬量檢測，一般要有參比信號，用來消除或削弱背景光及溫度等因素的影響。（1）光電比色溫度計（光源本身是被測物）

問題的提出：高溫測量，物體輻射出的光波與溫度有關。二、光電式傳感器的應用案例掃描式光電比色溫度計1.光電傳感器模擬量檢測

原理：根據熱輻射定律，使用光電池進行非接觸測溫。根據有關的輻射定律，物體在兩個特定波長λ1、λ2上的輻射強度Iλ1、Iλ2

之比與該物體的溫度成指數關系。

光電比色溫度計光路原理圖被測對象物鏡半透半反鏡光闌反射鏡目鏡觀察者的眼睛硅光電池1光導棒分光鏡濾光片硅光電池2光線λ1光線λ2光電比色溫度計電路原理框圖硅光電池1RfRf運算電路顯示器I1I2U1U2硅光電池2而I1正比于Iλ1所以U1正比于Iλ1（2）光電式煙塵濃度計（透射式）

問題的提出：為了控制和減少煙塵的排放量或及時發現樓宇火災，對煙塵的監測是必須的。

原理：恒定光源發出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電元件上。光電式煙塵濃度檢測動畫光電式煙塵濃度計原理圖光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測煙塵光電池1光電池2RfRf運算電路顯示器I1I2U1U2光電式煙塵濃度計原理圖光電三極管2光電三極管1+UCCU1U2+UCC運算器顯示器光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測煙塵（3）光電式邊緣位置檢測器（遮擋式）

問題的提出：帶型材料在生產過程中偏離正確的位置如何進行糾偏控制。

原理：恒定光源發出的光通量經過被測物遮擋一部分后，另一部分照射到光電元件上。光電式邊緣位置檢測器光路圖光源透鏡光敏電阻被測帶材暗亮光電式邊緣位置檢測器測量電路圖

R2R1R3RPRRRfRfUoUcc測量用光敏電阻補償用光敏電阻遮光罩光電式傳感器在帶材糾偏中的應用

光電式傳感器在帶材糾偏中的應用

注意問題：2.橋路及運算放大器組成，接入參比光敏電阻；1.起始時，光路一半遮擋一半透過；3.光敏電阻一般不能作模擬量測量，這里對測量要求不高（用于控制）。光電開關和光電斷續器是光電式傳感器的數字量檢測的常用器件，它們是用來檢測物體的靠近、通過等狀態的光電傳感器。

（1）光電式接近開關

利用被檢測物對光束的遮擋或反射，經相關電路轉化，從而反映被檢測物體的有無或接近程度。光電開關的工作原理2.光電傳感器數字量檢測各種光電開關的工作原理反射式光電液位開關原理動畫光電斷續器的工作原理與光電開關相同，但其光電發射、接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，所以兩者能可靠地對準。它也可分成遮斷式和反射式兩種。

光電斷續器示意圖（2）光電斷續器1-發光二極管；2-紅外光；3-光電元件；4-槽；5-被測物光電斷續器的應用實例光電斷續器的各種應用實例演示圖轉速測量光電斷續器的應用實例光電斷續器轉速測量原理示意圖光電斷續器計數動畫定區域式光電開關咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉光電斷續器加工定位示意圖光電斷續器的應用實例（3）光電式轉速表（反射式）

問題的提出：傳統測量轉速的弊端，光電式轉速的優點。

原理：恒定光源發出的光通量經被測物反射