精品中职 《传感器与检测技术 》教学课件项目07 光电式传感器的应用

传感器与检测技术 1 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 项目七 光电式传感器的应用 任务二 热释电红外传感器在报警电路中的应用 目 录 　　1.能识别各类光电式传感器。 　　2.能根据任务要求，正确安装光电式传感器。 　　3.正确完成光电式传感器测量转速的电路接线。 　　4.正确测量转速并且读数正确。 学习重点 项目七 光电式传感器的应用 　　用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串具有能量（每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ，即E=hγ）的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。 　　由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。 　　1.外光电效应 　　在光线的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紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 一、光电效应 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 4 2.内光电效应 　　半导体材料受到光照时，使其导电性能增强，光线越强，阻值越低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。 　　基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。 　　3.光生伏特效应 　　在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为光生伏特效应。具有光生伏特效应的光电器件有硅、硒、砷化镓、氧化铜、锗等材料做成的光电池。 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 一、光电效应 1. 基于外光电效应的光电元件 　　（1）光电管 　　光电管是基于外光电效应原理工作的光电元件。根据爱因斯坦光量子学说，一个光子的能量只能给一个电子，要使电子逸出物体表面，需对其做功A，以克服物体对电子的约束，A称为逸出功。设电子质量为m，逸出物体表面时的速度为υ，则电子的动能为 。按照能量守恒与转换定律：　 　　 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　根据上式电子能否逸出物体表面，取决于光子的能量是否大于该物体的表面逸出功。每种物体都有相对应的光频阈值，称为红限频率，用γ0表示。 　　 　　对于一定的物体，如果入射光的频率高于该物体的红限频率，会使照射的物体有光电子发射出来，光线越强，意味着入射的光子数目越多，逸出的光电子数也就越多。电路中的光电流也越大。反之入射光的频率小于该物体红限频率，光子的能量不足以使物体内的电子逸出，光再强也不会产生光电效应。 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　光电管是一个抽真空或充惰性气体的玻璃管，内部有光阴极K、阳极A，光阴极涂有光敏材料，如图所示。光敏材料的不同导致光阴极对不同频率的入射光灵敏度不同。人们可以根据被测对象是可见光还是紫外光而选择不同的光阴极的光电管。由于可见光很难激发电子逸出，所以现在常用的是紫外光电管。当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　光电管的结构 1—阳极2—光阴极3—玻璃外壳4—底座5—电极引脚6—定位销 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　下图是光电管的符号及测量电路。当光线照射在涂在光阴极的光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产生电子发射。电子被带有正电的阳极吸引，在光电管内形成电子流，电流在回路电阻R上产生正比于电流大小的压降。 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　光电管的符号及测量电路 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　（2）光电倍增管 　　光电管输出较小，实际应用中常采用光电倍增管。光电倍增管的电流是逐级增加的。由于光电倍增管具有放大作用，因此适于做灵敏的弱光探测器。 如图所示在阳极和阴极之间有若干个光电倍增极(又称二次发射极)，涂有光敏物质。 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　光电倍增管的结构和工作原理 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　工作时，这些电极的电位是逐级增高的，当光线照射到光电阴极后，它产生的光电子受第一级倍增极正电位作用，加速并打在这个倍增极上，产生二次发射；由第一倍增极产生的二次发射电子，在更高电位的倍增极作用下，又将加速入射到第二倍增极上，在第二倍增极上又将产生二次发射…，这样逐级前进，一直到达阳极A为止。 二、光电元件 任务一 光电式传感器在转速检测中的应用 　　2.基于内光电效应的光电元件 　　（1）光敏电阻 　　如图（a）所示，在玻璃底板上涂一层对光敏感的半导