1、4/20/20221第第7 7章章 光电传感器光电传感器一、光电效应及光电元件一、光电效应及光电元件 二、光电元件的基本应用电路二、光电元件的基本应用电路 三、光电传感器的应用三、光电传感器的应用 四、光电开关及光电断续器四、光电开关及光电断续器 4/20/20222 1905年德国物年德国物理学家爱因斯坦用理学家爱因斯坦用光量子学说光量子学说解释了解释了光电发射效应光电发射效应，并，并为此而获得为此而获得1921年年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。4/20/20223 一、光电效应及光电元件一、光电效应及光电元件 用光照射某一物体，可以看作物体用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为受
2、到一连串能量为hf 的光子的轰击，组的光子的轰击，组成这物体的成这物体的材料吸收光子能量材料吸收光子能量而发生相而发生相应应电效应电效应的物理现象称为的物理现象称为光电效应光电效应。 外光电效应：外光电效应：在光线的作用在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象下能使电子逸出物体表面的现象称为称为外光电效应外光电效应。基于外光电效应的光电元件基于外光电效应的光电元件有紫有紫外光电管、光电倍增管、光电摄外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。像管等。 4/20/20224 紫外管外形紫外管外形 当入射紫外当入射紫外线照射在紫外管线照射在紫外管阴极板上时，电阴极板上时，电子克服金属表面子克服金属表面对它
3、的束缚而逸对它的束缚而逸出金属表面，形出金属表面，形成电子发射。紫成电子发射。紫外管多用于紫外外管多用于紫外线测量、火焰监线测量、火焰监测等。测等。 紫外线紫外线4/20/20225光敏电阻光敏电阻 当光敏电阻受到当光敏电阻受到光照时，光照时， 阻值减小。阻值减小。4/20/20226光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏当光敏电阻受到光电阻受到光照时，照时，光生光生电子电子空穴空穴对增加，对增加，阻阻值减小，电值减小，电流增大。流增大。暗电流（越小越好）暗电流（越小越好）4/20/20227光敏二极管光敏二极管 将光敏二极管的将光敏二极管的PN 结设置在透明管结设置在透明管壳顶部的正下方，光壳顶部
4、的正下方，光照射到光敏二极管的照射到光敏二极管的PN结时，电子结时，电子-空穴空穴对数量增加，光电流对数量增加，光电流与照度成正比。与照度成正比。 4/20/20228光敏二极管外形光敏二极管外形 光敏二极管阵列光敏二极管阵列 包含包含1024个个InGaAs元件元件的线性光电二极管阵列，可用的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。于分光镜。4/20/20229红外发射、接收对管外形红外发射、接收对管外形 红外发射管红外发射管红外接收管红外接收管4/20/202210PIN光电二极管光电二极管 PIN光电二极管是在光电二极管是在P区和区和N区之间插入一层电阻区之间插入一层电阻率很大的率很大的I层，
5、从而减小了层，从而减小了PN结的电容，提高了工作结的电容，提高了工作频率。频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、收管（红外波段）、UHF 频带小信号开关频带小信号开关、中波频带中波频带到到1000MHZ之间电流控制、可变之间电流控制、可变衰减器、各种通信设备收
6、发天线的衰减器、各种通信设备收发天线的高频功率开关切换和高频功率开关切换和RF领域的高领域的高速开关等。特殊结构的速开关等。特殊结构的PIN二极二极 管还可用于管还可用于测量紫外线测量紫外线或射线等或射线等。4/20/202211APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）光敏二极管（雪崩光敏二极管） 硅雪崩光电二极管是采用硅雪崩光电二极管是采用n+p-p+型结构的可见型结构的可见光和近红外探测器，它具有高响应度，高信噪比，光和近红外探测器，它具有高响应度，高信噪比，高响应速度等特点，可广泛应用于微光信号检测、高响应速度等特点，可广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息长距离
7、光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。传输和光电对抗系统。GD3250系列硅雪崩光电二极管的特性参数系列硅雪崩光电二极管的特性参数 参数参数单位单位GD3250-AGD3250-BGD3250-C光敏面直径光敏面直径mm0.20.50.8工作电压工作电压V100150100150150250暗电流暗电流nA152535响应度响应度V/w606060上升时间上升时间ns134噪声等效功率噪声等效功率 Pw/Hz1/20.050.070.09结电容结电容pF11.52使用温度范围使用温度范围 -20+40-20+40-20+40封装形式封装形式 TO型型 光纤型光纤型TO型型T
8、O型型4/20/202213光敏二极管的反向光敏二极管的反向偏置接法偏置接法 在没有光照时，由在没有光照时，由于二极管反向偏置，所于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时以反向电流很小，这时的电流称为的电流称为暗电流暗电流，相，相当于普通二极管的反向当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射饱和漏电流。当光照射在二极管的在二极管的PNPN结（又称结（又称耗尽层）上时，在耗尽层）上时，在PNPN结结附近产生的电子附近产生的电子- -空穴空穴对数量也随之增加，光对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电电流也相应增大，光电流与照度成正比。流与照度成正比。 4/20/202214 光敏二极管的反向偏置接
9、光敏二极管的反向偏置接线（参考上页图）及光电特性线（参考上页图）及光电特性演示演示 在没有光照时，由于二在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。（暗电流）很小。 当当光照增加光照增加时，时，光电流光电流I与光照度成正与光照度成正比关系。比关系。 光敏光敏二二极管的极管的反向偏反向偏置接法置接法UO+光照光照4/20/202215光敏三极管光敏三极管 光敏三极管有两光敏三极管有两个个PN结结。与普通。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，有引出
10、线，只有正负（只有正负（c、e）两个引脚，两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。上很难区别。 4/20/202216光敏三极管外形光敏三极管外形 4/20/202217光敏三极管内部结构光敏三极管内部结构 a) 内部组成内部组成 b)管芯结构管芯结构 c）结构简化图结构简化图 1集电极引脚集电极引脚 2管芯管芯 3外壳外壳 4玻璃聚光镜玻璃聚光镜 5发射极引脚发射极引脚 6N+ 衬底衬底 7N型集电区型集电区 8SiO2保护圈保护圈 9集电结集电结 10P型基区型基区 11N型发射区型发射区 12发射结发射结 4/20/202218硅光敏晶体
11、管的光谱特性硅光敏晶体管的光谱特性 电磁波频谱电磁波频谱4/20/202219光敏晶闸管光敏晶闸管 光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a、阴极、阴极k和门极和门极g 。它的顶部有一个玻璃透镜它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。负极，门极可悬空。当有一定照度的光信号通过当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的玻璃窗口照射到正向阻断的PN结上时，将产生门结上时，将产生门极电流极电流，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为导通导通状
12、态状态。导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维。导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维持导通。要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须持导通。要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流小于其使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流小于其维持电流。维持电流。光敏晶闸管的特点是：光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得导通电流比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率大，多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。可用于工业自动检测控制。4/20/202220光敏晶闸管外形光敏晶闸管外形光敏面光敏面4/20/202221基于光生伏特效应的光电
13、元件基于光生伏特效应的光电元件 光电池光电池 在在N型衬底上制造一薄层型衬底上制造一薄层P型层作为光型层作为光照敏感面，就构成最简单的照敏感面，就构成最简单的光电池光电池。当入射。当入射光子的能量足够大时，光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光型区每吸收一个光子就产生一对光生电子子就产生一对光生电子空穴对，空穴对， 光生电光生电子子空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到动被拉到N型区，空穴留在型区，空穴留在P区，所以区，所以N区带区带负电，负电，P区带正电。区带正电。如果光照是连续的如果光照是连续的，经，经短暂的时间，短暂的时间，PN结两侧就有一个结两侧就
14、有一个稳定的光生稳定的光生电动势输出电动势输出。 4/20/202222光电池光电池外形外形光敏面光敏面4/20/202223能提供较大电流的能提供较大电流的大面积光电池大面积光电池外形外形4/20/202224其他其他光电池及在照度测量中的应用光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆形光电池柔光罩下面为圆形光电池4/20/202225光电池在动力方面的应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能电动机模型太阳能太阳能 硅光电池板硅光电池板4/20/202226光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）太阳能发电太阳能发电4/20/202227光电池在动力
15、方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用光电池在人造卫星上的应用4/20/202228光电池的光电特性光电池的光电特性 一个典型的硅光电池的光电特性一个典型的硅光电池的光电特性 11开路电压曲线开路电压曲线 22短路电流曲线短路电流曲线 开路电压为开路电压为 对数特性对数特性短路电流为短路电流为 线性特性线性特性4/20/202229二、光电元件的基本应用电路二、光电元件的基本应用电路 1、光敏电阻的基本应用电路、光敏电阻的基本应用电路 a）U与光照变化趋势相同的电路与光照变化趋势相同的电路 b）U与光照变化趋势相反的电路与光照变化趋势相反的电路 4/20/2022
16、302 2、光敏三极管光控继电器电路、光敏三极管光控继电器电路 当无光照时，当无光照时，V1截止，截止，I =0，则，则V2处于什处于什么状态？继电器么状态？继电器KA吸合还是释放？如果将吸合还是释放？如果将V1与与R b2位置上下对调，其结果如何？位置上下对调，其结果如何？ 4/20/2022313、光电池的应用电路、光电池的应用电路 光电池短路电流测量电路光电池短路电流测量电路 I/U 转换电路的输出电压转换电路的输出电压Uo与光电流与光电流I成正成正比。若光电池用于微光测量时，比。若光电池用于微光测量时，I可能较小，则可能较小，则应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器应增加一级放大电路
17、，并在第二级使用电位器RP微调总的放大倍数。微调总的放大倍数。 4/20/202232三、光电传感器的应用三、光电传感器的应用 1 1、光源本身是被测物的应用实例、光源本身是被测物的应用实例 光的照度光的照度E的单位是的单位是lx（勒勒克斯），它是常克斯），它是常用的光度学单位用的光度学单位之一，它表示受之一，它表示受照物体被照亮程照物体被照亮程度的物理量，可度的物理量，可以用照度计来测以用照度计来测量。量。 光电池光电池（外加柔（外加柔光罩）光罩）4/20/202233红外线辐射温度计：红外线辐射温度计： 红外辐射温度计既可用于高温测量，红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度
18、测量，所以是辐又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。射温度计的发展趋势。 市售的红外辐射温度计的温度范围可市售的红外辐射温度计的温度范围可以从以从-30 -30 3000 3000 ，中间分成若干个不，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。同的规格，可根据需要选择适合的型号。4/20/202234红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅激光仅 用于瞄准用于瞄准4/20/202235红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 红外线辐射温度计红外线辐射温度计用于食品温度测量用于食品温度测量4/20/202236红外线辐射温度计红外线辐射温度计在非接触体温测量
19、中的应用在非接触体温测量中的应用耳温仪耳温仪4/20/202237红外线辐射温度计用于人体额温测量红外线辐射温度计用于人体额温测量4/20/202238 红外线辐射温度计在红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用非接触温度测量中的应用集成集成IC 温度测量温度测量4/20/202239红外线辐射温度计在非接触温度测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）中的应用（续）利用红色激光瞄准被测利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）物（冷藏牛奶和面食）4/20/202240红外线辐射温度计在非接触温度测量中的红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）应用（续）利用红色激光瞄准被利用红色激
20、光瞄准被测物（电控柜、天花测物（电控柜、天花板内的布线层）板内的布线层）温度温度 采集系统采集系统4/20/202241比色式温度传感器温度非接比色式温度传感器温度非接触测量中的应用触测量中的应用 比色式温度传感器：比色式温度传感器：采用比色式（双采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准玻璃影响，能瞄准 , ,测量小目标，可不考测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不虑距离系数
21、，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。需调焦就可准确测量。 比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如，如 : :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。场。4/20/202242热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电传感器在人体检测、报警中的应用 热释电元件热释电元件在红外线检测中得到广泛的在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制
22、等。控制等。 热释电元件外形热释电元件外形 4/20/202243热释电传感器简介热释电传感器简介 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热
23、辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等机自动记录动物或人的活动等等 可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品。或自
24、动化控制装置。的新产品。或自动化控制装置。4/20/202244热释电传感器的内部电路热释电传感器的内部电路两块反向两块反向串联的热串联的热释电晶片释电晶片场效应管场效应管4/20/202245热释电传感器工作原理热释电传感器工作原理 热释电晶片表面必须罩上一块由一组平热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜菲涅尔透镜，每一透，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个，晶片
25、上的两个反向串联的热释电单元将反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲输出一串交变脉冲信号信号。当然，如果人体静止不动地站在热释。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是电元件前面，它是“视而不见视而不见”的。的。 4/20/202246菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透镜热释电晶片热释电晶片4/20/202247菲涅尔透镜外形菲涅尔透镜外形 传感器不加菲涅尔传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离透镜时，其检测距离小于小于2m，而加上该透，而加上该透镜后，其检测距离可镜后，其检测距离可增加增加3倍以上。倍以上。4/20/202248热释电套件热释电套件4/20/202249热释电热释电
26、报警器报警器菲涅尔透镜菲涅尔透镜设定按钮设定按钮高分贝喇叭高分贝喇叭4/20/202250热释电热释电 报警器（续）报警器（续）菲涅尔透镜菲涅尔透镜 5mm接插件接插件4/20/202251热释电热释电 报警器（续）报警器（续） 吸顶式吸顶式 热释电报警器热释电报警器4/20/202252热释电热释电 传感器应用传感器应用热释电传感器用热释电传感器用于自动亮灯，于自动亮灯，当然也可以用当然也可以用于防盗于防盗热释电传感器热释电传感器的感应范围的感应范围4/20/202253热释电感应灯热释电感应灯热释电热释电传感器传感器4/20/202254自动感应灯自动感应灯 4/20/202255热释电传
27、感器在智能空调中的应用热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测智能空调能检测出屋内是否有人，微出屋内是否有人，微处理器据此自动调节处理器据此自动调节空调的出风量，以达空调的出风量，以达到节能的目的。到节能的目的。 空调中，热释电传感器的菲涅尔空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。是静止着还是走动着。上下范围上下范围左右范围左右范围4/20/202256、被测物吸收光通量的应用实例、被测物吸收光通量的应用实例 光电式浊度计和光电式浊度计和含沙量测量含沙量
28、测量将装有浊水的试管将装有浊水的试管插入仪器中插入仪器中4/20/202257光电式浊度计工作原理光电式浊度计工作原理 1 1恒流源恒流源 22半导体激光器半导体激光器 33半反半透镜半反半透镜 44反射镜反射镜 55被测水样被测水样 6 6、99光电池光电池 7 7、1010电流电流/ /电压转换器电压转换器 88标准水样标准水样 参比通道参比通道 4/20/202258 烟雾报警器外形烟雾报警器外形 无烟雾时，光敏无烟雾时，光敏元件接收到元件接收到LED发射发射的恒定红外光。而在的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三分红
29、外光，使光敏三极管的输出信号减弱，极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，经阀值判断电路后，发出报警信号。发出报警信号。 烟雾烟雾报警报警4/20/202259无线无线烟雾报警器内部结构烟雾报警器内部结构 可发出高分贝可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器笛鸣声的蜂鸣器4/20/202260无线火灾烟雾传感器无线火灾烟雾传感器 无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在伏层叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅为警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工微安，报警发射时工作电流为作电流为20毫安。当探
30、测到初期明火或者烟雾达到毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。警信息传递出去。 无线发射器的报警距离在空旷无线发射器的报警距离在空旷地可以达到地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可米，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到以达到20米。米。4/20/202261、被测物体反射光通量的应用实例、被测物体反射光通量的应用实例
31、 在没有烟雾在没有烟雾时，由于红外对时，由于红外对管相互垂直，烟管相互垂直，烟雾室内又涂有黑雾室内又涂有黑色吸光材料，所色吸光材料，所以红外以红外LED发出发出的红外光无法到的红外光无法到达红外光敏三极达红外光敏三极管。管。 当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。光电流输出。 反射式烟雾报警器反射式烟雾报警器 4/20/202262 光电式转速表光电式转速表 光电式光电式转速表属于转速表属于
32、反射式光电反射式光电传感器，它传感器，它可以在距被可以在距被测物数十毫测物数十毫米外非接触米外非接触地测量其转地测量其转速。速。 n =60( f /z ) 4/20/202263水泵水泵转速测量转速测量4/20/202264光电式转速表外形光电式转速表外形 4/20/202265色标传感器色标传感器 色饱和图色饱和图 色标传感器常用于检测色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直来实现色标检测，而不是直接测量颜色。接测量颜色。人眼对各色光的敏感程度人眼对各色光的敏感程度4/20/202266色标
33、传感器的用途色标传感器的用途 现代化工业生产中，颜色检测和颜色现代化工业生产中，颜色检测和颜色识别的应用越来越多。例如，在包装生产识别的应用越来越多。例如，在包装生产中机器要确定哪种产品放在什么颜色的包中机器要确定哪种产品放在什么颜色的包装中、如何保证产品的正面朝向包装盒的装中、如何保证产品的正面朝向包装盒的玻璃纸窗口等等。玻璃纸窗口等等。色标传感器色标传感器常用于检测常用于检测特定色标或物体上的斑点，特定色标或物体上的斑点，它是通过与非它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。接测量颜色。4/20/202267各种色标传感器外形各种色标传
34、感器外形色标传感器色标传感器能识别能识别红、绿、蓝等颜色红、绿、蓝等颜色4/20/202268色标传感器外形（续）色标传感器外形（续）4/20/202269色标传感器在流水线上检测产品的颜色色标传感器在流水线上检测产品的颜色4/20/202270 用多个色标传感器用多个色标传感器测量薄板的颜色测量薄板的颜色4/20/202271产品包装色彩检测、分选产品包装色彩检测、分选4/20/202272光电自动门光电自动门自动门光电传感器自动门光电传感器放大图放大图有效检测区域有效检测区域4/20/202273、被测物遮挡光通量的应用实例、被测物遮挡光通量的应用实例 光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检
35、测器 光电传感器光电传感器 带材走偏带材走偏时，边缘经常时，边缘经常与传送机械发与传送机械发生碰撞，易出生碰撞，易出现卷边，造成现卷边，造成废品。废品。 当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压Uo为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带材跑偏的方向及大小。材跑偏的方向及大小。 4/20/202274光电式带材跑偏光电式带材跑偏检测控制器原理检测控制器原理1 被测带材被测带材 2卷取电机卷取电机 3卷取辊卷取辊 4液压缸液压缸 5活塞活塞 6滑台滑台 7光电检测装置光电检测装置
36、8光源光源 9、10透镜透镜 11-光敏电阻光敏电阻R1 12遮光罩遮光罩 指针将偏向左边还是右边？指针将偏向左边还是右边？4/20/202275四、光电开关及光电断续器四、光电开关及光电断续器 从原理上讲，光电开关及光电断续器没从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏由红外线发射元件与光敏接收元件组成，接收元件组成，只是只是光电断续器是整体结构光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。关的检测距离可达几米至几十米。 4/20/2022761、光电开关的
37、结构和分类、光电开关的结构和分类 光电开关可分为光电开关可分为遮断型和反射型遮断型和反射型两大两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。收不到红外线而产生一个负脉冲信号。 遮断型光电开关的检测距离一般可达十几遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。米，对所有能遮断光线的物体均可检测。 4/20/202277 光电开关外形光电开关外形4/20/202278
38、遮断型光电开关示意图遮断型光电开关示意图遮断报警遮断报警4/20/202279遮断式光电开关原理遮断式光电开关原理ObjectReceiver 遮断式光电开关遮断式光电开关由相互分离且相对安由相互分离且相对安装的光发射器和光接装的光发射器和光接受器组成。当被检测受器组成。当被检测物体位于发射器和接物体位于发射器和接受器之间时，光线被受器之间时，光线被阻断，接受器接受不阻断，接受器接受不到红外线而产生开关到红外线而产生开关信号。信号。被检测物体光发射器光接收器4/20/202280光电开关在光电开关在 流水线上的应用流水线上的应用送料器定区域式光电开关定区域式光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运行方向流
39、水线运行方向罐装高度检测罐装高度检测储料仓储料仓落料口落料口遮断式光电开关遮断式光电开关（计数）（计数）4/20/202281光幕光幕 两个柱两个柱形结构相对形结构相对而立，每隔而立，每隔数十毫米安数十毫米安装一对发光装一对发光二极管和光二极管和光敏接收管，敏接收管，形成光幕，形成光幕，当有物体遮当有物体遮挡住光线时，挡住光线时，传感器发出传感器发出报警信号。报警信号。接收器接收器4/20/202282 光幕应用光幕应用 当有物当有物体遮挡住光体遮挡住光线时，传感线时，传感器发出报警器发出报警信号，起保信号，起保护、预警等护、预警等作用。作用。光线被遮断（报警）光线被遮断（报警）4/20/20
40、2283 光幕应用（续）光幕应用（续）产品高度测量产品高度测量4/20/202284 光幕应用（续）光幕应用（续）三维尺寸三维尺寸检测检测宽度宽度 测量测量长度长度 测量测量高度高度 测量测量4/20/202285 光幕应用（续）光幕应用（续）木材外形截面积检测木材外形截面积检测4/20/202286光幕应用（续）光幕应用（续）纠偏纠偏 光幕可光幕可检 测 出 带 材检 测 出 带 材在 卷 曲 过 程在 卷 曲 过 程中 的 偏 移 ，中 的 偏 移 ，经 控 制 器 和经 控 制 器 和执 行 机 构 使执 行 机 构 使带 材 向 正 确带 材 向 正 确的 方 向 运 动的 方 向 运
41、 动（纠偏）。（纠偏）。4/20/202287 光幕用于光幕用于自动收费系统的自动收费系统的车辆超高测量车辆超高测量4/20/202288 光幕应用光幕应用锻压机床的锻压机床的 安全区域设置安全区域设置 及入侵报警及入侵报警4/20/202289 光幕应用光幕应用安全区示警安全区示警4/20/202290反射型光电开关反射型光电开关 反射型光电开关分为两种情况：反反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。射型）。 反射镜反射型光电开关采用较为方便反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角的单侧安装方式，但
42、需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。光）反射回去，提高抗干扰能力。 4/20/202291定区域反射式光电开关原理定区域反射式光电开关原理 (发出光有角度发出光有角度) 定区域式光电定区域式光电开关有一个非常确定开关有一个非常确定的检测区域，不经过的检测区域，不经过该区域的被测物体不该区域的被测物体
43、不会引起光电开关产生会引起光电开关产生开关信号。开关信号。检测距离检测距离4/20/202292反射型光电开关及反射镜外形反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜三角反射镜集发射、接收器集发射、接收器于一身于一身4/20/202293反射镜反射镜反射型反射型光电开关光电开关工作原理工作原理 反射镜反射镜反射型反射型光电开光电开关集光发射器和光接受器关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光
44、透镜，只能覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏接受反射镜反射回来的偏振光。振光。反射板反射镜反射镜被测物体偏振光偏振光发射光发射光4/20/202294调制型光电开关原理调制型光电开关原理 光电开关的光电开关的LED多采用中频（多采用中频（40kHz左右）窄脉左右）窄脉冲电流驱动，发射冲电流驱动，发射40kHz调制光脉冲，相应地，接收调制光脉冲，相应地，接收光电元件的输出信号经光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射干扰，又可减小发射LED的功耗。
45、的功耗。 4/20/202295被测物漫反射型光电开关原理被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线 (漫无边际)反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线 漫反射型漫反射型光电开关光电开关集光集光发射器和光接发射器和光接受器于一体。受器于一体。当被测物体经当被测物体经过该光电开关过该光电开关时，发射器发时，发射器发出的光线经被出的光线经被测物体表面反测物体表面反射由接受器接射由接受器接受，于是产生受，于是产生开关信号。开关信号。额定距离额定距离4/20/202296漫反射型漫反射型光电开关的应用光电开关的应用请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备
46、4/20/202297反射型光电开关外形反射型光电开关外形电源电源指示指示信号信号指示指示4/20/202298反射型光电开关外形反射型光电开关外形（续）（续）灵敏度调节电位器灵敏度调节电位器4/20/202299 智能化自学习型光电开关智能化自学习型光电开关 常规反射型光电开关的动作距离是不变的常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开
47、关面前时，按下线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待阈值开关数秒，待“学习学习”指示灯闪亮停止后，指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次种改变时，只需再次“学习学习”，而不必调节机，而不必调节机械安装螺丝。械安装螺丝。4/20/2022100 智能化光电开关的自学习过程示意图智能化光电开关的自学习过程示意图阈值开关阈值开关学习指示灯学习指示灯
48、设定距离设定距离安装距离安装距离4/20/2022101表面反射率表面反射率 对于漫反射式光电开关发出的光线需对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。光电开关的发射光线。4/20/2022102光电开关应用（续）光电开关应用（续）透明度测量、控制透明度测量、控制质量检测质量检测4/20/202210
49、3 光电开关应用（续）光电开关应用（续）加工控制加工控制4/20/2022104 光电开关应用（续）光电开关应用（续）机械手定位机械手定位4/20/2022105光电开关应用（续）光电开关应用（续）商标方向检测商标方向检测4/20/20221062、光电断续器光电断续器 光电断续器可分为遮断型和反射型两种。光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的是标准的U字型结构。其发射器和接收器做在字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽型槽的两边，并形成一光轴
50、，两者能可靠地对准，的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过U U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。较适合高速检测。4/20/2022107反射式反射式 光电断续器光电断续器 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。
