传感器原理与应用yyq3

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1、传感器原理与应用（三）三、发射类传感器1．光电传感器(1)原理和组成光电传感器是将被测量转换为光的变化，再将光的变化转换成电信号的传感器。光电传感器在一般由发送器、接收器和检测电路组成。发送器里装有发光二极管、激光二极管等发光元件，对准目标发射连续光束或经过调制的脉冲光束。接收器里装有光电二极管、光电三极管等光敏元件。在接收器的前面，装有透镜、光圈等光学元件。在接收器的后面是检测电路，用以滤出有效信号并进行信号处理。有的光电传感器还有反射板、光导纤维等结构元件。(2)光电元件现在应用的主要是半导体光电元件。常用光电元件有光敏电阻、光电池和光敏晶体管

2、。①光敏电阻硫化镉等半导体在光子轰击下，电子由价带进入导带，导电性明显增强，电阻率明显下降。应用这些材料可制成光敏电阻。在无光线照射的情况下，光敏电阻为兆欧级电阻（暗阻）；在有光线照射的条件下，光敏电阻的阻值在数千欧以下（亮阻）。图54光敏电阻的特性光敏电阻的特性见图54。(a)是伏安特性。它表明随着照度的增加，光电流明显增大，且线性良好。(b)是光照特性。它光电流与光通量城非线性，宜用作开关元件。(c)是光谱特性。光谱特性呈峰状。其原因是波长增大时光子能量降低使灵敏度降低，而波长减小时部分不能到达光敏电阻也使灵敏度降低。(d)是频率特性。它表明灵

3、敏度随脉冲频率升高而下降，光敏电阻也有惰性。(e)是光谱温度特性。她表明温度升高时特性左移。这是由于温度升高时暗阻下降，光电流减小，灵敏度降低的缘故。光敏电阻具有体积小、制造简单、性能稳定、成本低的特点。②光电池是在光子轰击下电子扩散增强，能产生电动势的半导体元件，常见的有硅光电池和硒光电池。其光谱特性、频率特性与光敏电阻相似。其光照特性见图55(a)、温度特性见图55(b)。图中，U为输出电压、I为输出电流、F为照度、T温度。光电池的特点是性能稳定、光谱宽、效率高。图55光电池的特性③光敏晶体管是根据光子轰击能减小PN结阻挡层厚度制成的光电元件，

4、包括光敏二极管和光敏三极管。对于光敏二极管；无光时正向电流极小，而有光时正向电流显著增大。对于光敏三极管，无光时不导通；有光时，出现基极电流，三极管导通。其特性与光敏电阻相似。光敏三极管的伏安特性见图56。图56光敏三极管的伏安特性(3)光电检测传感器这类传感器将被测量转换成连续变化的光电流进行检测。其光源的照度均匀恒定。所用光电元件的光照特性应有良好的单值性和线性。其主要类型有：①辐射式 如图57(a)所示，被测物体本身是光辐射源，由它释出的光射向光电元件，有光电元件的输出进行检测。属于这一类的应用有光电高温计、光电比色高温计、红外侦察、红外遥感

5、、天文探测、防火报警等。②吸收式 如图57(b)所示，被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。属于这一类的应用有液体、气体的透明度、混浊度的检测，其他成分、液体成分分等。③反射式 如图57(c)所示，恒定光源释出的光投射到被测物体，再从其表面反射到光电元件上，根据反射的光通量检测被测物表面性质和状态。属于这一类的应用有零件表面光洁度、表面缺陷、表面位移的检测等。④遮光式如图57(d)所示，被测物位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物阻档光通量的多少来测定被测物位移、转速、振动等参数。⑤时差测

6、距式是将恒定光源发出的光投射于目标物，经目标物反射至光电元件，根据发射与接收之间的时间差测出距离。光电测距仪属于这种装置。图57光电检测传感器1-被测物；2-光源；3-光电元件光电式数字转速表的工作原理见图58。图58(a)表示转轴上涂黑白两种颜色的工作方式。当电机转动时，反光与不反光交替出现，光电元件间断地接收反射光信号，输出电脉冲。经放大整形电路转换成方波信号，由数字频率计测得电机的转速。图58(b)为电机轴上安装一带齿的调制盘。其工作原理与图58(a)相同。图58光电式数字转速表(4)光电开关①槽型光电开关将一个光发射器装在槽的一侧，将一个接

7、收器装在槽的对侧。光发射器发出红外光或可见光，在无阻碍的情况下接收器能收到光信号。当被检测物体从槽中通过时，光线被遮挡，光电开关便动作，并输出开关控制信号，切断或接通电路。②对射式光电开关相当于一个将光发射器和光接收器分离安装的槽型光电开关。其检测距离可达数米到数十米。③反光板反射式光电开关将光发射器和光接收器装在同一个装置内，在其前方装一块反光板，利用反射光制成的光电开关。④扩散反射式光电开关也是将光发射器和光接收器装在同一个装置内，但前方没有反光板。正常情况下接收不到反射光。当检测物通过时，把光部分反射回来起控制作用。(5)光电耦合器光电耦合器

8、由发光二极管和光敏三极管组成（图59），用以传递信号并屏蔽干扰。图59光电耦合器(6)光纤传感器光纤传感器是应用光导纤维传