必威体育精装版光电传感器学习教学课件PPT.ppt

光电传感器 转换原理：光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。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。 组成:一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 特点：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。 4)光谱特性 对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。各种材料的光谱特性如图6-1-8所示。从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。 5)频率特性 当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。图6-1-9给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铊高的多。但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。 当光敏三极管按图6-1-12b所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置，无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注人基区，由于基区很薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流。这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流是原始光电流的(l+β )倍。这样集电极电流将随入射光照度的改变而更加明显地变化。 四、光电池 光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。光电池的种类很多，有硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓光电池等，其中应用最广泛的是硅光电池，因为它有一系列优点，例如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高，能耐高愠辐射等。另外，由于硒光电池的光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以很多分析仪器、测量仪表也常用到它。下面着重介绍硅光电池。 4)频率特性 光电池的频率特性是指输出电流与入射光调制频率的关系。 当入射光照度变化时，由于光生电子—空穴对的产生和复合都需要一定时间，因此入射光。调制频率太高时，光电池输出电流的变化幅度将下降。硅光电池的频率特性较好，工作频率的上限约为数万赫兹，而硒光电池的频率特性较差。在调制频率较高的场合，应采用硅光电池，并选择面积较小的硅光电池和较小的负载电阻，进一步减小响应时间，改善频率特性。 由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅0.6V，还不能使下一级晶体管有较大的电流输出，故必须加正向偏压，如图6-1-25a所示。为了减小晶体管基极电路阻抗变化，尽量降低光电池在无光照时承受的反向偏压，可在光电池两端并联一个电阻。或者象图6-1-25b所示的那样利用锗二极管产生的正向压降和光电池受到光照时产生的电压叠加，使硅管e、b极间电压大于0.7V，而导通工作。这种情况下也可以使用硅光电池组，如图6-1-25c所示。 二、光电传感器与光电检测 光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图6-1-21所示。图中，是光源发出的光信号，是光电器件接受的光信号，被测量可以是或者，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。 (一)光电传感器的类型 按照光电传感器中光电元件输出电信号的形式可以将光电传感器分为模拟式和脉冲式两大类。 1．模拟式光电传感器 这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，因此，输出的光电流也是连续变化的，并与被测量呈确定的函数关系，这类传感器通常有以下四种形式。 1)光源本身是被测物，它发出的 光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图6-1-22a所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。 2)恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图6-1-22b所示。可用于测量透明度、混浊度。 3)恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再