专题十一 光电式传感器（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版 讲练测

专题十一 光电式传感器（讲义）-《传感器及应用》第2版 专题复习讲练测 [考纲要求] 1.熟悉光电效应的原理，了解光与物质之间的相互作用过程，包括光电效应的发现、原理和表述方法。 2.理解光电元件的概念和分类，包括光电二极管、光电三极管、光电二极管阵列等，并能够解释其特性和工作原理。 3.掌握光电式传感器的应用类型，包括光电开关、光电编码器、光电传感器等，理解其工作原理和应用场景。 4.熟悉光电式传感器在工业自动化、机器人、检测仪器等领域中的应用举例，如反射式光电传感器用于物体检测、激光测距传感器用于测量距离等。 5.具备解决光电式传感器应用问题的能力，包括选择合适的光电元件和传感器类型，搭建光电测量系统，进行数据处理和分析等。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1. 光电效应 光电效应就是在光线作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象，通常可分为外光电效应和内光电效应两种类型。 (1) 外光电效应在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象称为外光电效应，也 称光电发射效应。 (2)内光电数应 在光线作用下外物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象称为内光电效应，它又可分为北电导效应、光敏晶体管效应和光生伏特效应。 2.光电元件及其特性 （1） 光电管 以外光电效应原理制作的光电管的真空管、光电阴板K和光电阳极 A组成。当一定频率的光照射到北电阴极时，阴极发射的电子在电场作用下被阳极所吸引，光电管电路中形成电流，称为光电流。 （2）光敏电阻 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应的北电导效应。在半导体光敏材料的两端装上电极引线，将其封在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻。 光敏电阻的特性和参数如下： 暗电阻：置于室温、全暗条件下的稳定电阻值称为暗电阻。 亮电阻：置于室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻。 伏安特性 ：光敏电阻两端所加的电压和流过光敏电阻的电流间的关系称为伏安特性。 光电特性：在兆敏电阻两极间电压固定不变时，光照度与亮电流间的关系称为光电特性。 光谱待性 ：人射光波长不同时，光敏电阻的灵敏度也不同。人射光波长与光敏器件相对灵敏度间的关系称为光谱特性。 响应时间： 光敏电阻受光照后，光电流需要经过一段时间（上升时间）才能达到其稳定值。 温度特性： 光敏电阻受温度影响基大，温度上开，暗电流增大，灵敏度下降。 （3）光敏晶体管 光敏晶体管是光敏二极管、光敏三极管和光敏晶闸管的总称。 光敏品体管的基本特性： 光谱特性：光敏晶体管硅管的峰值波长为0.9 μm左右，锗管的峰值波长为1.5 μm左右。 伏安特性：光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就像一般三极管在不同的基极电流时的输出特性一样。 光电特性：光敏晶体管的输出电流和照度之间关系可近似地看作线性关系。 温度特性：错光敏晶体管的温度变化对输出电流的影响较小，主要由光照度所决定，而暗电流随温度变化很大，所以在使用时应在线路上采取措施进行温度补偿。 响应时间： 硅和错光敏二极管的响应时间分别为10°s和10 s左右，光敏三极管的响应时间比相应的二极管约慢一个数量级。 （4）光电池 光电池的工作原理是基于内光电效应的光生伏特效应。它的种类很多，有硅、硒、硫化铉、啼化镉等，其感光灵敏度随材料和工艺方法的不同而有差异，目前应用最广泛的是硅光电池，它具有性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高等优点，但对光的响应速度还不够高。 3. 光电式传感器的应用类型： 光辐射本身是被测物，由被测物发出的光通量到达光电元件上。光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如光电比色温度计、光照度计等。 ②恒光源发出的光通量穿过被测物，部分被吸收后到达光电元件上。吸收量决定于被测物的某些参数，如测液体、气体透明度、混浊度的光电比色计等。 ③恒光源发出的光通量到达被测物，再从被测物体反射出来投射到光电元件上。 ④从恒光源发射到光电元件的光通量遇到被测物被遮挡了一部分，由此改变了照射到光电元件上的光通量。光电元件的输出反映了被测物尺寸等参数如振动测量、工件尺寸测量等。 4.光电式传感器的应用举例 1）光电比色温度计 光电比色温度计是根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温的一个典型例子。根据有关的热辐射定律，物体在两个特定波长上的辐射强度之比与该物体的温度成指数关系。 2）光电式烟尘浓度计 工厂烟囱烟尘的排放是环境污染的重要来源，为了控制和减少烟尘的排放量，对烟尘的监测是必要的。 3）光电式转速表 光电式转速表有反射式和透射式两种，它可以在距被测物数十毫米处非接触地测量其转速。由于光电器件的动态特性较好，所以可以用于高转速的测量而又不影响被测物的转动。 4）光电式边缘位置检测器 光电式边缘位置检测器是用来检测带形材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向