吉林大学：《机电一体化》课程电子教案（PPT教学课件）第二章 传感器及测量系统（2.7-2.8）

第二章传感器及测量系统(2) 吉林大学机械电子工程学科 赵丁选

第二章 传感器及测量系统（2） 吉林大学 机械电子工程学科 赵丁选

27光电传感器 在车辆自动控制过程中充当着重要的角色 分类:光束传感器、反射传感器、散射传感器 原理:通过发射器发出可见、不可见或红外光,被 接收器所接收,并转换成电信号。 特点 (1)无接触检测,减少了被测物及探头的磨损,确保 品的使用寿命与安全操作 (2)被测物的材料不受限制,可测玻璃、塑料、木质及 液体等各种的被测材料。 (3)长距离检测,反射传感器的检测距离可达10m (4)反应速度快,其反应能力在50μs之内。 2021年2月21日 27光电传感器 2

2021年2月21日 2.7 光电传感器 2 2.7光电传感器 ◼ 在车辆自动控制过程中充当着重要的角色 ◼ 分类：光束传感器、反射传感器、散射传感器 ◼ 原理：通过发射器发出可见、不可见或红外光，被 接收器所接收，并转换成电信号。 ◼ 特点： (1)无接触检测，减少了被测物及探头的磨损，确保产 品的使用寿命与安全操作。 (2)被测物的材料不受限制，可测玻璃、塑料、木质及 液体等各种的被测材料。 (3)长距离检测，反射传感器的检测距离可达１０ｍ。 (4)反应速度快，其反应能力在50μs之内

(5)可分辨颜色。高精度检测,利用奇特的视觉系统和精确 的电子线路可以实现对物体的精确测量 光电传感器分为亮通型与暗通型两类 27.1光电器件 分类:光电发射器、光电探测器 27.1.1光电发射器件 1)热辐射光源:如白炽灯。光谱连续、价格便宜 (2)气体放电光源:如氙灯光源等。气体超高压放电发光 特点:效率高,发热少。 (3)电致发光器:PN结发光(发光二极管)。特点:功率 低,驱动电压低,效率高,可直接调制,小型化等 2021年2月21日 27光电传感器 3

2021年2月21日 2.7 光电传感器 3 (5)可分辨颜色。高精度检测，利用奇特的视觉系统和精确 的电子线路可以实现对物体的精确测量。 ◼ 光电传感器分为亮通型与暗通型两类。 2.7.1光电器件 ◼ 分类：光电发射器、光电探测器 2.7.1.1 光电发射器件 (1)热辐射光源：如白炽灯。光谱连续、价格便宜 (2)气体放电光源：如氙灯光源等。气体超高压放电发光。 特点：效率高，发热少。 (3)电致发光器：PN结发光（发光二极管）。特点：功率 低，驱动电压低，效率高，可直接调制，小型化等

(4)激光器: a.氦氖激光器: 特点:输出连续,频率稳定,相干性与方向性极强, 居各类激光之首。但效率低体积大,电源复杂 b半导体激光器: 特点:效率相当高,容易调制,体积小,结构简单, 抗振性能好,但方向性差,PN结掺杂影响大。 2.7.1.1光电探测器件 原理:光电探测器件是利用物体的光电效应。 分类:光电导效应,光伏效应和光电子发射效应三种 2021年2月21日 27光电传感器 4

2021年2月21日 2.7 光电传感器 4 (4)激光器： a.氦氖激光器： ◼ 特点：输出连续，频率稳定，相干性与方向性极强， 居各类激光之首。但效率低体积大，电源复杂。 b.半导体激光器： ◼ 特点：效率相当高，容易调制，体积小，结构简单， 抗振性能好，但方向性差，PN结掺杂影响大。 2.7.1.1 光电探测器件 ◼ 原理：光电探测器件是利用物体的光电效应。 分类：光电导效应，光伏效应和光电子发射效应三种

1光电导器件(光敏电阻) 注意:光敏电阻必须在适当的波长光照射下,电阻才会改 变 光照 电极 符号 光电材料 图2-7-1光敏电阻的原理图 2-7-2CdS、CdSe光谱响应曲线 2021年2月21日 27光电传感器

2021年2月21日 2.7 光电传感器 5 1.光电导器件(光敏电阻) 注意：光敏电阻必须在适当的波长光照射下，电阻才会改 变。 图2-7-1光敏电阻的原理图 2-7-2 CdS、CdSe光谱响应曲线

2光伏效应器件(光电二极管与光敏三极管) 原理:利用光照在半导体器件上产生伏特效应而制成 的器件,应用极广。 )光电二极管 原理:在光的照射下,光电二极管产生光电流。注意: 光电流向光电二极管的反方向流动 伏安特性:见图2-7-3(a) 等效电路:电流源与二极管的并联,如图2-7-3(b)所示 光谱特性:如图2-7-4。 2021年2月21日 27光电传感器 6

2021年2月21日 2.7 光电传感器 6 2.光伏效应器件(光电二极管与光敏三极管) ◼ 原理：利用光照在半导体器件上产生伏特效应而制成 的器件，应用极广。 (1)光电二极管 ◼ 原理：在光的照射下，光电二极管产生光电流。注意： 光电流向光电二极管的反方向流动。 ◼ 伏安特性：见图2-7-3（a）。 ◼ 等效电路：电流源与二极管的并联，如图2-7-3(b)所示 ◼ 光谱特性：如图2-7-4

oc】 U =】, 0.20.4a.60"L,1.2l.4L6,82.0 b) A(Uml 图2-7-3光电二极管伏安特性图2-7-4光电二极管光谱响应曲线 2)光电三极管 工作原理:①光电转换,其功能同光电二极管;②光 电流放大,将光电流放大几十部至几百倍 分类:无基极引线、有极基引线两种。 a)无基极引线光电管——靠光的注入代替基极的信号输入, 并将集电结产生的光电流放大。 2021年2月21日 27光电传感器 7

2021年2月21日 2.7 光电传感器 7 (2)光电三极管 ◼ 工作原理：①光电转换，其功能同光电二极管；②光 电流放大，将光电流放大几十部至几百倍。 ◼ 分类：无基极引线、有极基引线两种。 a)无基极引线光电管——靠光的注入代替基极的信号输入， 并将集电结产生的光电流放大。 图2-7-3光电二极管伏安特性 图2-7-4光电二极管光谱响应曲线

b)有基极引线光电管—设置基极的主要目的是为了预置 个基极电流 优点 ①减小了光电三极管发射极的电阻,可以改善弱光下的响 应时间; ②使光电三极管的交流放大系数进入线性区,这对调制光 的检测特别有利。 (3)光电池 分类:硅光电池(最受欢迎)、硒光电池、硫化镉光 电池、氧化亚铜光电池、砷化钾光电池等。 硅光电池:性能稳定,光谱范围宽;频率特性好;换 能效率高;能耐高能辐射等。 2021年2月21日 27光电传感器 8

2021年2月21日 2.7 光电传感器 8 b)有基极引线光电管——设置基极的主要目的是为了预置 一个基极电流 ◼ 优点： ① 减小了光电三极管发射极的电阻，可以改善弱光下的响 应时间； ② 使光电三极管的交流放大系数进入线性区，这对调制光 的检测特别有利。 (3)光电池 ◼ 分类：硅光电池（最受欢迎）、硒光电池、硫化镉光 电池、氧化亚铜光电池、砷化钾光电池等。 ◼ 硅光电池：性能稳定，光谱范围宽；频率特性好；换 能效率高；能耐高能辐射等

1500X 0.4 100lx 0.3 0.1 U 20004000600080001090 a)图形符号 b)光电輪出特性 1x) 图2-7-5光电三极管输出特性图 2-7-6硅光电池光照特性曲线 2021年2月21日 27光电传感器

2021年2月21日 2.7 光电传感器 9 图2-7-5光电三极管输出特性图 2-7-6硅光电池光照特性曲线

272光束传感器 特点:发射器与接收器分开。 发射器 接受器 图2-7-7光束传感的电气结构图 2021年2月21日 27光电传感器 10

2021年2月21日 2.7 光电传感器 10 2.7.2光束传感器 ◼ 特点：发射器与接收器分开。 图2-7-7光束传感的电气结构图