光电式传感器的基本知识教学.ppt

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1、 一、光电传感器的基本概念、主要特点和工作原理一、光电传感器的基本概念、主要特点和工作原理第一节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识二、常用光源及光二、常用光源及光电电式式传传感器种感器种类类 一、光电传感器的基本概念、主要特点和工作原理一、光电传感器的基本概念、主要特点和工作原理常见的光电元件有真空光电元件和半导体光电元件两大类。常见的光电元件有真空光电元件和半导体光电元件两大类。作作为为光光电电式式传传感感器器的的检检测测对对象象有有可可见见光光、不不可可见见光光，其其中中，不不可可见见光光有有紫紫外外线线、近近红红外外线线等等。另另外外，光光的的不不同同波波长长对对光光电

2、电式式传传感感器器的的影影响响也也各各不不相相同同。因因此此要要根根据据被被检检测测光光的的性性质质，即即光的波长和响应速度来选用相应的光电式传感器。光的波长和响应速度来选用相应的光电式传感器。第一节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识 光光电电效效应应：光光电电材材料料（或或物物质质）在在吸吸收收了了光光能能后后而而发发生生相相应电效应的物理现象。光能的计算公式为应电效应的物理现象。光能的计算公式为E=h 式中：式中：h为普朗克常数（为普朗克常数（h=6.6310 34 J s）光波（或光波群）频率（光波（或光波群）频率（Hz）光电效应通常分为三类：光电效应通常分为三类：第一

3、节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识 流流明明：光光通通量量的的单单位位，所所有有的的灯灯都都以以流流明明表表征征输输出出光光通通量量的大小。的大小。勒勒克克司司：照照度度的的单单位位，照照度度表表征征受受照照物物体体被被照照程程度度的的物物理理量量。若若受受照照面面积积为为 A，它它所所接接受受到到的的光光通通量量为为 ，则则照照度度被被定定义为：义为：E=d /dA，所以，所以 1 lx=1 lm/m2。第一节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识 1常用光源常用光源二、常用光源及光电式传感器种类二、常用光源及光电式传感器种类（1）自然光源）自然光源太阳光、

4、月光等自然界存在的光线。太阳光、月光等自然界存在的光线。（2）热辐射光源）热辐射光源热热物物体体都都会会向向空空间间发发出出一一定定的的光光辐辐射射，基基于于这这种种原原理理的的光光源称为热辐射光源。源称为热辐射光源。（3）电致发光器件）电致发光器件发光二极管发光二极管固固体体发发光光材材料料在在电电场场激激发发下下产产生生的的发发光光现现象象称称为为电电致致发发光光，它是将电能直接转换成光能的过程。它是将电能直接转换成光能的过程。第一节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识 2常用光电式传感器种类常用光电式传感器种类（4）气体放电光源）气体放电光源电电流流通通过过气气体体会会产

5、产生生发发光光现现象象，利利用用这这种种原原理理制制成成的的光光源源称称为为气气体体放放电电光光源源。低低压压汞汞灯灯、氢氢灯灯、钠钠灯灯、镉镉灯灯、氦氦灯灯等等是是光谱仪器中常用的光源，统称光谱灯。光谱仪器中常用的光源，统称光谱灯。（5）激光器）激光器激激光光器器是是“光光受受激激辐辐射射放放大大器器”的的缩缩写写。它它能能量量高高度度集集中中，方向性好，频率单纯，相干性好，是很理想的光源。方向性好，频率单纯，相干性好，是很理想的光源。主主要要有有光光电电管管、光光电电倍倍增增管管、光光敏敏电电阻阻、光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管、光光敏敏晶晶闸闸管管、集集成成光光电电传传感感器

6、器、光光电电池池、图图像像传传感感器等。器等。第一节第一节 光电式传感器的基本知识光电式传感器的基本知识 一、光电管、光电倍增管一、光电管、光电倍增管第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性二、光敏二、光敏电电阻阻三、光敏晶体管三、光敏晶体管四、光四、光电电池池 一、光电管、光电倍增管一、光电管、光电倍增管1光电管光电管光光电电管管的的外外形形如如图图所所示示。当当入入射射光光照照射射到到阴阴极极 K 上上时时，每每个个光光子子就就把把它它的的能能量量传传递递到到阴阴极极表表面的一个自由面的一个自由电电子，使子，使电电子的能量增加到子的能量增加到 h。当当电电子子获获得得

7、的的能能量量大大于于阴阴极极材材料料的的逸逸出出功功 A 时时，自自由由电电子子就就可可以以克克服服金金属属表表面面束束缚缚而而逸逸出出，形成电子发射。这种逸出的电子成为光电子。形成电子发射。这种逸出的电子成为光电子。1阳阳极极 A，2 阴阴极极 K，3 石石英英玻玻璃璃外外壳壳，4 抽抽气气管管蒂蒂，5 阳阳极极引引脚脚，6 阴极引脚。阴极引脚。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 光电子的逸出金属表面的初速度光电子的逸出金属表面的初速度 由能量守恒定律得由能量守恒定律得式中，式中，m电子质量，电子质量，A阴极金属材料的逸出功，阴极金属材料的逸出功，入射光频率。入射

8、光频率。红限：红限：要要使使阴阴极极金金属属表表面面有有电电子子逸逸出出，入入射射光光的的频频率率 要要大大于于某某一最低限度这个最低限度的频率称为红限。一最低限度这个最低限度的频率称为红限。当当 h A 时，光通量时，光通量 逸出的电子数目逸出的电子数目 光电流光电流I。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 光光电电管管正正常常工工作作时时，阳阳极极电电位位高高于于阴阴极极电电位位，光光电电管管符符号号及及测测量量电电路路如如右右图所示。图所示。光电流：光电流：在在入入射射光光频频率率大大于于红红限限的的前前提提下下，当当光光电电管管阳阳极极加加上上适适当当电电压压

9、（几几十十 V）时时，从从阴阴极极表表面面逸逸出出的的电电子子被被具具有有正正电电压压的的阳阳极极所所吸吸引引，在在光光电电管管中中形形成成的的电电流。流。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 2光电倍增管光电倍增管（1）光电倍增管）光电倍增管阴极室和若干发射极组成的二次发射倍增系统。阴极室和若干发射极组成的二次发射倍增系统。把把微微弱弱的的光光输输入入转转换换成成电电子子，并并使使电电子子获获得得倍倍增增的的电电真真空空器件。器件。（2）光电倍增管的构成）光电倍增管的构成第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（3）结构）结构如如上上图图所所示

10、示的的光光电电倍倍增增管管结结构构示示意意图图。与与光光电电管管不不同同的的是是，在在它它的的阴阴极极与与阳阳极极之之间间设设置置许许多多二二次次发发射射电电极极 D1，D2，D3，它们又称为第一倍增极、第二倍增极，它们又称为第一倍增极、第二倍增极第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（4）工作原理）工作原理光光电电子子激激发发二二次次发发射射电电子子，被被阳阳极极所所收收集集。若若每每级级的的二二次次发发射射倍倍增增率率为为 m，共共有有 n 级级（9 11 级级），则则光光电电倍倍增增管管阳阳极极得得到到的的光光电电流流比比普普通通光光电电管管大大 mn 倍。倍。右

11、图所示为光电倍增管的基本电路。右图所示为光电倍增管的基本电路。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 当当用用于于测测量量稳稳定定的的辐辐射射通通量量时时，电电路路往往往往将将电电源源正正端端接接地地，电电容容 C1，C2，Cn 和和输输出出隔隔离离电电容容 Co 都都可可以以省省去去，输出可以直接与放大器输入端连接。输出可以直接与放大器输入端连接。当当入入射射光光通通量量为为脉脉冲冲量量时时，则则应应将将电电源源的的负负端端接接地地，输输出出端端应应接接入入隔隔离离电电容，同时各倍增极的并联电容亦应接入。容，同时各倍增极的并联电容亦应接入。第二节第二节 光电式传感器及

12、其基本特性光电式传感器及其基本特性 二、光敏电阻二、光敏电阻1工作原理和结构工作原理和结构又称光导管，均质半导体光电元件。又称光导管，均质半导体光电元件。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在在半半导导体体光光敏敏材材料料两两端端装装上上电电极极引引线线，将将其其封封装装在在带带透透明明窗窗的的管管壳壳内内就就构构成成光光敏敏电电阻阻，如如图图（a）所所示示。为为了了增增加加灵灵敏敏度度，常常将将两两电电极极做做成成梳梳状状，如如图图（b）所所示示，图图形形符符号号如如图图（c）所示。）所示。结构结构第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本

13、特性 工作原理工作原理构构成成光光敏敏电电阻阻的的材材料料有有金金属属的的硫硫化化物物、硒硒化化物物、碲碲化化物物等等半导体。半导体。当当光光照照射射到到光光电电导导体体上上时时，若若这这个个光光电电导导体体为为本本征征半半导导体体材材料料，而而且且光光辐辐射射能能量量又又足足够够强强，光光导导材材料料价价带带上上的的电电子子将将激激发发到到导导带带上上去去，从从而而使使导导带带的的电电子子和和价价带带的的空空穴穴增增加加，致致使使光光导导体体的的电电导导率率变变大大。为为实实现现能能级级的的跃跃迁迁，入入射射光光的的能能量量必必须须大大于光导材料的禁带宽度。于光导材料的禁带宽度。第二节第二节

14、 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 抗干扰措施抗干扰措施为为了了避避免免外外来来干干扰扰，光光敏敏电电阻阻外外壳壳的的入入射射孔孔用用一一种种能能透透过过所所要要求求光光谱谱范范围围的的透透明明保保护护窗窗（例例如如玻玻璃璃）。有有时时用用专专门门的的滤滤光光片片作作保保护护窗窗。为为了了避避免免灵灵敏敏度度受受潮潮湿湿的的影影响响，因因此此将将电电导导体体严密封装在壳体中。严密封装在壳体中。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 2光敏电阻的基本特性和主要参数光敏电阻的基本特性和主要参数（1）暗电阻和暗电流）暗电阻和暗电流置置于于室室温温、全全暗暗条条

15、件件下下测测得得的的稳稳定定电电阻阻值值称称为为暗暗电电阻阻，此此时流过电阻的电流称为暗电流。时流过电阻的电流称为暗电流。（2）亮电阻和亮电流）亮电阻和亮电流置置于于室室温温、在在一一定定光光照照条条件件下下测测得得的的稳稳定定电电阻阻值值称称为为亮亮电电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（3）伏安特性）伏安特性光光照照度度不不变变时时，光光敏敏电电阻阻两两端端所所加加电电压压与与流流过过电电阻阻的的光光电电流流关关系系称称为为光光敏敏电电阻阻的的伏伏安安特特性性。如如下下图图所所示示。从从图图中中

16、可可知知，伏安特性近似直线。伏安特性近似直线。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（4）光电特性）光电特性在在光光敏敏电电阻阻两两极极间间电电压压固固定定不不变变时时，光光照照度度与与亮亮电电流流间间的的关关系系称称为为光光电电特特性性，如如下下图图所所示示。光光敏敏电电阻阻的的光光电电特特性性呈呈非非线线性。性。（a）光照）光照/电阻特性电阻特性 （b）光照）光照/电流特性电流特性第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（5）光谱特性）光谱特性光光敏敏电电阻阻对对不不同同波波长长的的入入射射光光，其其对对应应光光谱谱灵灵敏敏度度不不相相同同，而

17、且各种光敏电阻的光谱响应峰值波长也不相同。而且各种光敏电阻的光谱响应峰值波长也不相同。光光敏敏电电阻阻受受光光照照后后，光光电电流流并并不不立立刻刻升升到到最最大大值值，而而要要经经历历一一段段时时间间（上上升升时时间间）才才能能达达到到最最大大值值。同同样样，光光照照停停止止后后，光光电电流流也也需需要要经经过过一一段段时时间间（下下降降时时间间）才才能能恢恢复复到到其其暗暗电电流流值，这段时间称为响应时间。值，这段时间称为响应时间。（6）响应时间）响应时间（7）温度特性）温度特性温度温度，暗，暗电电阻和灵敏度阻和灵敏度。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 三、光

18、敏晶体管三、光敏晶体管1光敏二极管光敏二极管光光敏敏二二极极管管的的 PN 结结装装在在管管壳壳的的顶顶部部，可可以以直直接接受受到到光光的的照照射。射。当当有有光光照照射射时时，形形成成与与光光照照度度成成正正比比的的比比无无光光时时大大得得多多的的反向电流即光电流。反向电流即光电流。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 其其结结构构和和工工作作原原理理如右图所示。如右图所示。（a）外外形形图图，（b）内内部部组组成成 ，（c）管管芯芯结结构构，（d）结结构构简化图，（简化图，（e）图形符号。）图形符号。1负极引脚负极引脚2 管芯管芯3 外壳外壳4 玻璃聚光镜玻璃聚

19、光镜5 正极引脚正极引脚6 N 型衬底型衬底7 SiO2 保护圈保护圈8 SiO2 透明保护层透明保护层9 铝引出电极铝引出电极10 P 型扩散层型扩散层11 PN 结结12 金引出线金引出线第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 光光敏敏二二极极管管在在电电路路中中通通常常处处于于反向偏置状态，如右图所示。反向偏置状态，如右图所示。2光敏三极管光敏三极管光光敏敏三三极极管管有有两两个个 PN 结结，从从而而可可以以获获得得电电流流增增益益。它它具具有比光敏二极管更高的灵敏度，有比光敏二极管更高的灵敏度，第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 其

20、其结结构构、等等效效电电路路图图形形符符号号及及应应用用电电路路分分别别如如下下图图（a）、（b）、（c）、（d）所所示示。光光线线通通过过透透明明窗窗口口照照射射在在集集电电结结上上，当当电电路路按按图图（d）连连接接时时，集集电电结结反反偏偏，发发射射结结正正偏偏。有有光光照照射射时时其其工工作作过过程程与与普普通通三三极极管管的的放放大大作作用用相相类类似似，集集电电极极电电流原始光流原始光电电电电流的流的 倍。倍。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 光光敏敏晶晶闸闸管管（LCR）又又称称为为光光控控晶晶闸闸管管，如如右右图图所所示示。其其顶顶部部有有一一个个

21、透透明明玻玻璃璃透透镜镜，能能把把光光线线集集中中照照射射到到 J2 上。上。3光敏晶闸管光敏晶闸管应应用用时时光光敏敏晶晶闸闸管管的的阳阳极极接接正正极极，阴阴极极接接负负极极，控控制制极极通通过过电电阻阻 RG 与与阴阴极极相相接接。在在光光照照射射下下，J2 产产生生控控制制电电流流使使晶晶闸闸管管导导通通，调调节节 RG 可可使使晶晶闸闸管在管在设设定的照度下定的照度下导导通。通。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（1）光谱特性）光谱特性4光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性光光敏敏晶晶体体管管在在入入射射光光照照度度一一定定时时，输输出出的的光光电电流

22、流（或或相相对对灵灵敏敏度度）随随光光波波波波长长的的变变化化而而变变化化。一一种种晶晶体体管管只只对一定波长的入射光敏感。如图所示。对一定波长的入射光敏感。如图所示。不不管管是是硅硅管管还还是是锗锗管管，当当入入射射光光波波长长超超过过一一定定值值时时，波波长长，相，相对对灵敏度灵敏度。不不同同材材料料的的光光敏敏晶晶体体管管，其其光光谱谱响响应应峰峰值值波波长长也也不不相相同同。硅管：硅管：1.0 m 左右，锗管：左右，锗管：1.5 m 左右。左右。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（2）伏安特性）伏安特性光光敏敏三三极极管管在在不不同同照照度度下下的的伏伏安安

23、特特性性，就就像像普普通通三三极极管管在在不不同同基基极极电电流流下下的的输输出出特特性性一一样样，如如图图所所示示。改改变变光光照照就就相相当当于改变普通三极管的基极电流。于改变普通三极管的基极电流。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（3）光电特性）光电特性指指外外加加偏偏置置电电压压一一定定时时，光光敏敏晶晶体体管管的的输输出出电电流流和和光光照照度度的关系。的关系。光光敏敏二二极极管管光光电电特特性性的的线线性性通通常常较较好好，光光敏敏三三极极管管的的电电流流放放大大倍倍数数在在小小电电流流和和大大电电流流时时都都会会下下降降的的。如如图图下下所所示示，曲曲

24、线线 1、曲曲线线 2 分分别别是是某某种种型型号号的的光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管的的光光电电特特性。性。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（4）温度特性）温度特性温温度度变变化化对对亮亮电电流流的的影影响响较较小小，但但对对暗暗电电流流的的影影响响相相当当大大，并并且且是是非非线线性性的的，这这将将给给微微光光测测量量带带来来误误差差，如如下下图图所所示示。1输出电流，输出电流，2暗电流。暗电流。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（5）频率特性）频率特性光光敏敏晶晶体体管管受受调调制制光光照照射射时时，相相对对灵灵敏敏度

25、度与与调调制制频频率率的的关关系系称称为为频频率率特特性性。如如右右图图所所示示。减减少少负负载载电电阻阻能能提提高高响响应应频频率率，但但输输出降低。出降低。工工业业用用的的硅硅光光敏敏二二极极管管的的响响应应时时间间为为 10-7 10-5 s 左左右右，光敏三极管的响应时间比相应的二极管约慢一个数量级。光敏三极管的响应时间比相应的二极管约慢一个数量级。（6）响应时间）响应时间第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 四、光电池四、光电池光光电电池池的的工工作作原原理理是是基基于于光光生生伏伏特特效效应应，当当光光照照射射到到光光电电池上时，可以直接输出光电流。池上时

26、，可以直接输出光电流。常常用用的的光光电电池池有有两两种种，一一种种是是金金属属-半半导导体体型型，另另一一种种是是 PN 结型。现以硅光电池为例说明光电池的结构及工作原理。结型。现以硅光电池为例说明光电池的结构及工作原理。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 1光电池的结构及工作原理光电池的结构及工作原理在在 N 型型衬衬底底上上渗渗入入 P 型型杂杂质质形形成成一一个个大大面面积积的的 PN 结结，作作为为光光照照敏敏感感面面。光光子子能能量量大大于于硅硅的的禁禁带带宽宽度度，P 型型区区每每吸吸收收一一个个光光子子就就产产生生一一对对光光生生电电子子-空空穴对，

27、并形成由表及里扩散的自然穴对，并形成由表及里扩散的自然趋趋势势。PN 结结内内电电场场使使扩扩散散到到 PN 结结附附近近的的电电子子-空空穴穴对对分分离离，光光生生电电子子被被推推向向 N 区区，光光生生空空穴穴被被留留在在 P 区区，从从而而使使 N 区区带带负负电，电，P 区带正电，形成光生电动势。区带正电，形成光生电动势。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 2光电池的基本特性光电池的基本特性光光电电池池对对不不同同波波长长的的光光有有不不同同的的灵灵敏敏度度。右右图图 1硅硅光光电电池池，2硒光电池。硒光电池。硅硅光光电电池池的的负负载载电电阻阻不不同同，输

28、输出出电电压压和和电电流流也也不不同同。1 负负载载开开路路时时的的特特性性曲曲线线，2 负负载载短短路路时时的特性曲线。的特性曲线。（1）光谱特性）光谱特性（2）光电池的光电特性）光电池的光电特性第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性（3）光电池的温度特性）光电池的温度特性光光电电池池的的开开路路电电压压和和短短路路电电流流随随温温度度变变化化的的关关系系称称为为温温度度特特性性。从从右右图图中中可可以以看看出出，光光电电池池的的光光电电压压随随温温度度变变化化有有较较大大变变化化，温温度度 电电压压，而而光电流随温度变化很小。光电流随温度变化很小。（4）光电池的频率

29、特性）光电池的频率特性频频率率特特性性是是指指输输出出电电流流与与入入射射光光的的调调制制频频率率之之间间的的关关系系。当入射光的调制频率太高时，光电池的输出光电流将下降。当入射光的调制频率太高时，光电池的输出光电流将下降。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 3 短路电流的测量短路电流的测量运运算算放放大大器器的的开开环环放放大大倍倍数数 Aod，所所以以 UAB0，A 点点为为 0 电电位位（虚虚地地）。光光电电池池的的负负载载电电阻阻值值为为 0，产产生生的的光光电电流流为为短短路路电电流流。根根据据运运算算放放大大器器的的“虚虚断断”性性质质，则则输输出出电电

30、压压 Uo 为为从从上上式式可可知知，该该电电路路的的输输出出电电压压 Uo 与与光光电电流流 I 成成正正比比，从从而达到电流而达到电流/电压转换关系。电压转换关系。第二节第二节 光电式传感器及其基本特性光电式传感器及其基本特性 第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 二、光二、光电电比色比色计计一、高温比色温度一、高温比色温度仪仪三、光三、光电电式式带带材跑偏材跑偏检测检测装置装置四、物体四、物体长长度及运度及运动动速度的速度的检测检测 光光电电式式传传感感器器属属于于非非接接触触式式测测量量，通通常常由由光光源源、光光学学通通路路和光电元件三部分组成。和光电元件三部分组成。按

31、按照照被被测测物物、光光源源、光光电电元元件件三三者者之之间间的的关关系系，通通常常有有如如下图下图 4 种类型。种类型。（a）被测物为光源）被测物为光源 （b）被测物吸收光通量）被测物吸收光通量 （c）被测物为可反射表面）被测物为可反射表面 （d）被测物遮蔽光通量）被测物遮蔽光通量1被测物被测物 2光电元件光电元件 3恒光源恒光源第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 一、高温比色温度仪一、高温比色温度仪式中，式中，K1，K2为与为与 1、2 及物体的温度有关的常数。及物体的温度有关的常数。物物体体在在两两个个特特定定波波长长 1、2 上上的的辐辐射射强强度度 、之之比比与与该物

32、体的温度成指数关系该物体的温度成指数关系只要测出只要测出 与与 之比，就可算得出物体的温度之比，就可算得出物体的温度 T。理理论论基基础础：第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 可可以以使使用用光光电电池池制制作作非非接接触触测测温温的的高高温温比比色色温温度度仪仪。下下图图为高温比色温度仪的原理图。为高温比色温度仪的原理图。1高温物体高温物体 2物镜物镜 3半反半透镜半反半透镜 4反射镜反射镜 5目镜目镜 6观察者的眼睛观察者的眼睛 7光阑光阑8光导棒光导棒 9分光镜分光镜 10、12滤光片滤光片 11、13硅光电池硅光电池 14、15电流电流/电压转换器电压转换器测测温原理：

33、温原理：第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 二、光电比色计二、光电比色计光光电电比比色色计计原原理理图图如如下下图图所所示示，1光光源源，2 透透镜镜，3 滤滤色色片片，4 标标准准样样品品，5 被被测测样样品品，6、7 光光电池，电池，8 差动放大器，差动放大器，9 指示仪表。指示仪表。第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 三、光电式带材跑偏检测装置三、光电式带材跑偏检测装置带带材材跑跑偏偏检检测测装装置置是是用用来来检检测测带带型型材材料料在在加加工工过过程程中中偏偏离离正确位置的大小与方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。正确位置的大小与方向，从而为纠偏控制

34、电路提供纠偏信号。工作原理：工作原理：带带材材走走偏偏时时，其其边边沿沿与与传传送送机机械械发发生生接接触触摩摩擦擦，造造成成带带材材卷卷边边、撕撕边边或或断断裂裂，出出现现废废品品，同同时时也也可可能能损损坏坏传传送送机机械械。因因此此，在在生生产产过过程程中中必必须须有有带带材材跑跑偏偏纠纠正正装装置置。光光电电式式带带材材跑跑偏偏检测装置由光电式边沿位置传感器、测量电桥和放大电路组成。检测装置由光电式边沿位置传感器、测量电桥和放大电路组成。第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 光电式带材跑偏检测装量光电式带材跑偏检测装量原理示意原理示意图图如上如上图图所示。所示。第三节第三

35、节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 如右图所示，光电式边沿位置传感器如右图所示，光电式边沿位置传感器的白炽灯发出的光线经透镜的白炽灯发出的光线经透镜 9 会聚为平行会聚为平行光线投射到透镜光线投射到透镜 10，由透镜，由透镜 10 会聚到光会聚到光敏电阻敏电阻 11 上。上。第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 右图是测量电路简图。右图是测量电路简图。R1、R2 为同型号的光敏电阻，为同型号的光敏电阻，R1 作作为测量元件安置在带材边沿的下为测量元件安置在带材边沿的下方，方，R2 用遮光罩罩住，起温度用遮光罩罩住，起温度补偿作用。补偿作用。RP 为微调电桥的平为微调电桥的平

36、衡电阻。衡电阻。第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 四、物体长度及运动速度的检测四、物体长度及运动速度的检测利用光电元件检测运动物体的速度，如下图所示。利用光电元件检测运动物体的速度，如下图所示。第三节第三节 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 本章小结本章小结2流流明明：是是光光通通量量的的单单位位，所所有有的的灯灯都都以以流流明明表表征征输输出出光通量的大小。光通量的大小。勒勒克克司司：是是照照度度的的单单位位，它它表表征征受受照照物物体体被被照照程程度度的的物物理理量量。若若受受照照面面积积为为A，它它所所接接受受到到的的光光通通量量为为，则则照照度度被被定定义义为：为

37、：E=d/dA，所以，所以 1 lx=1 lm/m2。1光光电电效效应应的的分分类类：外外光光电电效效应应、内内光光电电效效应应、光光生生伏伏特效应。特效应。3光敏光敏电电阻的伏安特性近似直阻的伏安特性近似直线线；光；光电电特性呈非特性呈非线线性。性。本章小结本章小结5光光电电池池的的工工作作原原理理是是基基于于光光生生伏伏特特效效应应，当当光光照照射射到到光电池上时，可以直接输出及光电流。光电池上时，可以直接输出及光电流。4光光敏敏晶晶体体管管包包括括光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管、光光敏敏晶晶闸闸管，它管，它们们的工作原理是基于内光的工作原理是基于内光电电效效应应。6常常用用的的光光电电池池有有两两种种，一一种种是是金金属属-半半导导体体型型，另另一一种种是是 PN 结结型。型。7光光电电式式传传感感器器属属于于非非接接触触式式测测量量，通通常常由由光光源源、光光学学通路和光通路和光电电元件三部分元件三部分组组成。成。