机电检测技术 任务2.1 光电接近开关种类及器件选型 子模块2-1接近开关种类及器件选型（光电）(4).doc

教师备课纸 第 页 课 题 子模块2-1接近开关种类及器件选型（光电） 课 型 理实一体化 授 课 班 级 机电16博世 授 课 时 数 2 教 学 目 标 1．理解光电传感器的工作原理。 2.了解基于各种光电效应的光电元件的原理及特性。 3.了解光电传感器在工程实际中应用。 教 学 重 点 1．光电传感器原理。 2．基于各种光电效应的光电元件的原理及特性。 教 学 难 点 光电传感器原理及对应的光电元件 学 情 分 析 结合MPS与FMS课程中所使用的接近开关，引入光电接近开关，掌握接近开关的电路图及接线方法。 教 学 效 果 良好，学生对本课程较感兴趣。 教 后 记 部分光电开关损坏，及时维修。 子模块2-1接近开关种类及器件选型（1） 光电开关的特性、原理及其应用 一、光电开关的原理 ? 图1 电磁波频谱 光电开关是用光电元件作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,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看作是一连串能量为Au的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类： ① 在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。 ② 在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。 ③ 在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。 二、光电元件的介绍 ①、简单介绍光电管（掌握应用领域） 由于材料的逸出功不同，所以不同材料的光电阴极对不同频率的入射光有不同的灵敏度，人们可以根据检测对象是可见光或紫外光而选择不同阴极材料的光电管。目前紫外光电管在工业检测中多用于紫外线测量、火焰监测等，可见光较难引起光电子的发射。 ②、基于内光电效应的光电元件 （一）光敏电阻（掌握特性参数和应用） 1．工作原理 图2 光敏电阻 光照愈强，光生电子-空穴对就越多，阻值就愈低。 2．光敏电阻的特性和参数 （1）暗电阻 置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，通常大于1MΩ。光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电阻减小，暗电流增大，灵敏度下降，这是光敏电阻的一大缺点。 （2）光电特性 在光敏电阻两极电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系称为光电特性。某型号光敏电阻的光电特性如图3所示。 从图中可以得出的结论： 当光照大于100lx时，它的光电特性非线性就十分严重了。 照度定义：E=dΦ/dA，所以1 lx=1 lm/m2。 照度是光源照射在被照物体单位面积上的光通量。 光通量是光源在单位时间内发出的光量总和。 光通量单位：流明（lm） 照度单位：勒克斯（lux） 不同功率白炽灯和不同颗数LED灯及节能灯在不同距离的照度性能试验参数，单位为lx 距离 白炽灯 40W 白炽灯 60W 白炽灯 100W LED 180颗 LED 72颗 节能灯 26W 0.5m 610 815 1542 2155 735 1182 1.0m 124 185 334 589 175 272 1.5m 64 96 179 247 83 129 2.0m 44 65 122 148 51 94 2.5m 29 46 87 101 32 64 解释日常生活中的照度大小：150lx是教育部门要求所有学校课堂桌面所必须达到的标准照度。 用照度计测量：距离为2m时，15W白炽灯的照度为50lx；节能台灯的照度为2000lx；阴天靠窗的照度为2000lx；太阳光直接照射的照度为10000～