传感器与检测技术第5章精选.ppt

* * * * * * * * 5.2.4 光电耦合器 光电耦合器是由一发光元件和一光电元件同时封装在一个外壳内组合成的转换元件。 1．光电耦合器的结构 光电耦合器有两种结构，如图5-18所示。图（a）是金属密封型，它采用金属外壳和玻璃绝缘，其中心装片用环焊保证发光管和光敏管对准，以提高灵敏度；图（b）是塑料封装结构，管芯先装于管角上，中间用透明树脂固定，具有聚光作用，这种结构灵敏度较高。 图5-18 光电耦合器的结构 光电耦合器的发光元件常用砷化镓发光二极管。当PN结加正向电压，引起载流子的相遇、复合而释放出能量，这种能量是以发光的形式表现出来的。 常用的光电耦合器有以下四种组合方式，如图5-19所示。图（a）的结构简单、成本低，常用于50kHz以下的工作装置内。图（b）是高速光电耦合器，用于较高频率装置内。图（c）采用三极管构成高传输效率的光电耦合器，用于较低频率装置中。图（d）是具有高速高效率的光电耦合器，它是用固定功能器件构成的。 随着半导体器件的发展，目前已有将光敏元件和发光元件做在同一半导体基片上的集成光电耦合器。无论哪种结构，为保证灵敏度，发光元件与光电元件在波长上，都要达到最佳匹配。 图5-19 光电耦合器组合方式 2．光电耦合器的应用 光电耦合器输入直流电流，输出也是直流电流，在输入与输出之间没有构成通路，而是靠一种电量转换，将输出回路与输入回路隔离，因此避免了输入回路的干扰进入输出回路。 目前，工业控制中常使用的可编程序控制器使用了光电耦合器作为输入部件，大大提高了抗干扰能力。此外，光电耦合器用于数字逻辑电路的开关信号传输和计算机中二进制的输入、输出信号传输；还可用在逻辑信号驱动电路中，以防止感性负载尖噪声的反馈元件等。 5.3思考题 5.1 以光电管为例，解释光电效应的本质。 5.2 光电传感器在原理上可以分为哪几类？举例说明。 图5-20 光电开关电路图 5.3 图5-20是一个以光敏二极管VD1、反向器CD40106、三极管VT１组成的光电开关电路图，分析电路的工作原理，说明RP和VD2的作用。 5.4 试设计一个光电传感器，测量直线运动物体的速度，画出结构原理图，并说明工作原理。 5.5 试用光电传感器，利用光线的反射作用，设计一个转速测量传感器，并画出测量原理框图。 5.6 图5-21是光电式浊度计原理图，图中1,2组成恒光源，通过半反半透镜3，得到两束光强相同的光束；4是反光镜；5是被测水样；8是标准水样；6,9是光电元件；7,10是I/V转换电路；11是运算器；12是显示器。试分析其测量原理。 图5-21 光电式浊度计原理图 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第5章 光电传感器 5.2　光电传感器的应用 5.3　思考题 5.1　光电效应和光电元件 光电传感器的基本转换原理是将被测量转换成光信号的变化，然后将光信号作用于光电元件而转换成电信号的输出。光电传感器可测量的参数很多，一般情况下具有非接触式测量的特点，并且光电传感器的结构简单，具有很高的可靠性且动态响应极快。随着激光光源、光栅、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器越来越广泛地应用于检测和控制领域。 5.1 光电效应和光电元件 5.1.1 光电效应及分类 光电传感器中能够将光信号转换成电信号输出的元件称为光电元件。光电元件的这种特性就是光电效应。换句话说，光电效应即为光电元件在光能的激发下产生某些电特性的变化。为什么光电元件会产生光电效应呢？当前的物理学界认为，光是分离的能量团（光子）组成的，光子兼有波和粒子的特性。把光看做一个波群，这个波群可认为是一个频率为γ的振荡。当光照射物体时，相当于一连串具有hγ能量的光子轰击物体（h为普朗克恒量6.626×10-34J·s，γ为入射光的频率），由于光子与物质间的连接体是电子，则组成物体的电子吸收光子能量，才能发生相应电特性的变化。 依据光电元件发生电特性变化的不同，光电效应分为三种类型： （1）光照使电子逸出形成光电流的现象称为外光电效应。基于外光电效应的典型光电元件有光电管和光电倍增管等。 （2）光照使物体的导电能力发生变化的现象称为内光电效应。基于内光电效应的典型光电元件有光敏电阻和光敏晶体管等。 （3）光照使物体向外输出固定的电动势的现象称为光生伏特效应。光生伏特效应的典型光电元件有光电池等。 利用各种光电元件制成的光电传感器广泛