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[工学]光电式传感器
光电传感器是采用光电元件做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,因此在检测和控制领域内得到广泛应用。 电磁波谱 国际单位制的光度单位 光强度: 是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd).1坎德拉表示在 单位立体角内辐射出1流明的光通量. 光照度: 是从光源照射到单位面积上的光通量,以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx). 光通量φ流明Lumen(lm) : 是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量,以φ表示,单位为流明(lumen,简称 lm). 光亮度L尼特Nit: 是指一个表面的明亮程度,以L表示, 即从一个表面反射出来的光通量.不同物体对光有不同的反射系数或吸收系 数.光的强度可用照在平面上的光的总量来度量。 (3) 光电管的光谱特性 光谱特性:光电器件对入射光的光谱具有选择作用,即光电器件对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光电器件的相对灵敏度与入射波长的关系称为光电器件的光谱特性,亦称为光谱响应。光电流(一般以最大值的百分数或相对灵敏度表示)与入射光波长的关系I=F(λ) 当光电器件的光谱特性与光源辐射能量的光谱分布协调一致时,光电传感器的性能较好,效率较高。在检测时,光电器件的最佳灵敏度最好在需要测量的波长处。 (5) 频率特性 频率特性:在同样的电压和同样幅值的光强度下,光电器件输出的光电流I或灵敏度S随入射光强度变化频率f的关系。 I=F1(f)或S=F2(f)。 要求:曲线平直,且频带宽。 1、光源: 白炽灯、气体放电灯、激光器、发光二极管,以及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外线光谱的器件 2、光学通路 作用是对光参数进行选择、调整和处理。 常用的光学元件有:透镜、滤光片、反射镜、光通量调制器、光栅及光导纤维等。 3、光电器件 作用是检测照射其上的光通量。 4、测量电路 对信号进行必要的加工和处理 1、透射式 2、反射式 3、辐射式 4、遮挡式 5、开关式 1、透射式 2、反射式 5.开关式 应用:①开关,②产品计数或测量转速等,③编码。 2.透射式光电传感器及在烟尘浊度监测上的应用 透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等,以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时,发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上,从而产生一定大的电流输出,当有物体经过槽内时则挡住光线,光敏管无输出,以此可识别物体的有无。适用于光电控制、光电计量等电路中,可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。 防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。 烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道在传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少。因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。本应中应用奥托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M-TDT透射式小型光电传感器,其光源(发光器)与接收器不在同一个机壳内,见图7.3.7使用示意图:先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电(12.24)VDC;接着在ON状态设定好发射器的中心位置,然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置;最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。 ? 为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度对光源衰减的影响, 选取可见光作光源(400.700nm波长的白炽光)。光检测器光谱响应范围为400.600nm的光电管,获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度,采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器,对信号进行放大。 刻度校正被用来进行调零与调满刻度,以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成,当运算放大器输出浊度信号超过规定时,多谐振荡器工作,输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。 光源(发光器件) 1. 白炽光源 用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通,一般白炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围:可见光、大量红外线和紫外线,所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点:寿命短而
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