光电传感器的类型及应用

1五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型光电传感器可应用于多种非电量的测量，相应的光学系统按其输出量性质可分为两类：第一类光电传感器测量系统是把被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值对应关系。第二类光电传感器测量系统是把被测量转换成断续变化的光电流，系统输出为开关量的电信号。2第一类光电传感器测量系统①光辐射源本身是被测物,如图8-58(a)，被测物发出的光通量射向光电元件。这种形式的光电传感器可用于光电比色高温计中，它的光通量和光谱的强度分布都是被测温度的函数。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型图8-58光电元件的应用形式1—被测物2—光电元件3—恒光源3光电高温比色计：通过测量热辐射体在两个波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪表，称为光电比色温度计。§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型图为光电高温比色计的结构原理。被测对象经物镜1成像与光栏3,经光导棒4投射到分光镜6上,它使长波(红外线)辐射线透过,而使短波(可见光)部分反射。第8章固态传感器4光电高温比色计：通过测量热辐射体在两个波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪表，称为光电比色温度计。§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型透过分光镜的辐射线再经滤光片9将残余的短波滤去被红外光电元件硅光电池10接收,转换成与波长亮度成函数关系的电量输出V1(λ1)；第8章固态传感器5光电高温比色计：通过测量热辐射体在两个波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪表，称为光电比色温度计。§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型由分光镜反射的短波辐射线经滤波片7将长波滤去,而被可见光硅光电池8接收；转换成与波长亮度成函数关系的电量输出V2(λ2)。第8章固态传感器6光电高温比色计：通过测量热辐射体在两个波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪表，称为光电比色温度计。§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型将V1(λ1)、V2(λ2)自动平衡显示纪录仪进行比较得出光电信号比,即可读出被测对象的温度值。)11()ln(1121221CTTC第8章固态传感器T:被测物实际温度；Tc:比色温度；7光电高温比色计：高温计属非接触测量量程为800~2000℃精度为0.5％。优点:测温准确度高，反应速度快，测量范围宽，可测目标小，测量温度更接近真实温度，环境的粉尘，水气，烟雾等对测量结果的影响小。可用于冶金、水泥、玻璃等工业部门。§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型第8章固态传感器8第一类光电传感器测量系统②恒光源是白炽灯(或其他任何光源)见图8-58(b)，光通量穿过被测物，部分被吸收后到达光电元件上。吸收量决定于被测物介质中被测的参数。例如，测量液体、气体的透明度、混浊度的光电比色计。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型图8-58光电元件的应用形式1—被测物2—光电元件3—恒光源9第一类光电传感器测量系统③恒光源发出的光通量到被测物，见图8-58(c)，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上。被测体表面反射条件决定于表面性质或状态，因此，光电元件的输出信号是被测非电量的函数。例如，测量表面粗糙度等仪器中的传感器等第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型图8-58光电元件的应用形式1—被测物2—光电元件3—恒光源10第一类光电传感器测量系统④从恒光源发射到光电元件的光通量遇到被测物，被遮蔽了一部分，见图8-58(d)，由此改变了照射到光电元件上的光通量。在某些测量尺寸或振动等仪器中，常采用这种传感器。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型图8-58光电元件的应用形式1—被测物2—光电元件3—恒光源11第二类光电传感器测量系统:是把被测量转换成断续变化的光电流，系统输出为开关量的电信号。属于这一类的传感器大多用在光电继电器式的检测装置中，如转速表的光电传感器等。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(一)光电传感器的类型12光电传感器在自动检测仪表和自动控制系统中有着广泛的应用应用举例：光电耦合器、光电转速传感器的转速检测中的应用加以介绍。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用131.光电耦合器(1)光电耦合器的结构：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而成的转换元件。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用金属密封塑料密封(a)发光二极管和光敏二(三)极管对准灵敏度↑。(b)管心先装于管脚上，中间用透明树脂固定，起集光作用灵敏度↑。（c）实现波长最佳匹配——第二类光电传感器测量系统14(2)砷化镓发光二极管光电耦合器中的发光元件采用了砷化镓发光二极管，是一种半导体发光器件，和普通二极管一样，管心由一个PN结组成，也具有单向导电的特性。当给PN结加以正向电压后，空间电荷区势垒下降，引起载流子的注入，P区的空穴注入到N区，注入的电子和空穴相遇而产生复合，释放出能量。对于发光二极管来说，复合时放出的能量大部分以光的形式出现。此光为单色光，对于砷化镓发光二极管来说波长为0.94μm左右。随正向电压↑正向电流↑发光二极管产生的光通量↑，其最大值受发光二极管最大允许电流的限制。第8章固态传感器1.光电耦合器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用——第二类光电传感器测量系统15图8-60光电耦合器的组合形式第8章固态传感器(3)光电耦合器的组合形式图8-60(a)所示的形式结构简单、成本低，通常用于50kHz以下工作频率的装置内。图8-60(b)为采用高速开关管构成的高速光电耦合器，适用于较高频率的装置中。1.光电耦合器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用——第二类光电传感器测量系统16(3)光电耦合器的组合形式图8-60(c)的组合形式采用了放大三极管构成的高传输效率的光电耦合器，适用于直接驱动和较低频率的装置中。近年来，也有将发光元件和光敏元件做在同一个半导体基片上，以构成全集成化的光电耦合器。无论哪一种组合形式，都要使发光元件与光敏元件在波长上得到最佳匹配，保证其灵敏度为最高。第8章固态传感器1.光电耦合器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用——第二类光电传感器测量系统17(4)光电耦合器的特性曲线是输入发光元件和输出光敏元件的特性曲线合成的。作为输入元件的砷化镓发光二极管与输出元件的硅光敏三极管合成的光电耦合器的特性曲线如图8-61所示。输入量是直流电流IF输出量也是直流电流IC。图8-61光电耦合器的特性曲线第8章固态传感器1.光电耦合器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用——第二类光电传感器测量系统182.光电转速计在被测转轴上粘贴反光标记，如图8-62所示的系统，光源经过光学系统将一束光照射到被测转轴的端面上，轴每转一周反射光投射到光电元件上的强弱发生一次改变，故光电元件可产生一脉冲信号。此信号经整形放大后送记数器记数，在计数器直接显示转数，从而可得转轴的转速。这里光敏二极管，也可用光电池。光源一般为白炽灯泡。第8章固态传感器§8-2光敏传感器五、光电传感器的类型及应用(二)应用图8-62光电转速计的组成框图——第二类光电传感器测量系统