传感器及其自动检测第4章
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《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
伏安特性： 伏安特性：
光电特性：输出电流I 检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
（3）主要特性 ） 光谱特性： 硅光电池0.45µm～1.1µm 光谱特性： 硅光电池 ～ 硒光池0.34µm～0.57µm 硒光池 ～
光电特性： 光电特性：
《传感器与自动检测技术》吴旗主编
高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
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《传感器与自动检测技术》吴旗主编
光电管外形图
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（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好 ）特点：灵敏度高、
I0/µA
Φ/lm
光电管的光电特性
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
光电比色温度计光路原理图
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硅光电池1 硅光电池
Rf
I1
U1
硅光电池2 硅光电池
运 算 电 路
显 示 器
Rf
I2
U2
光电
U1 =
I1 • R f
I1
电 Iλ1
U1
Iλ1
U1 I λ1 − K2 / T = = K1e U 2 Iλ 2
光敏二极管、光敏三极管、 光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管
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外形图
（3）主要特性： ）主要特性： 光谱特性： 硅管峰值波长为0.9µm 光谱特性： 硅管峰值波长为 锗管峰值波长为1.5µm 锗管峰值波长为
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被测物
光电元件
1、光源本身就是被测物。 、光源本身就是被测物。 如：光电比色温度计、光照度计等 光电比色温度计、
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温度特性：温度对输出电流影响小， 温度特性：温度对输出电流影响小，由光照度决定 响应时间：二极管 响应时间：二极管10-4s～10-6s、三极管 -3s～10-5s ～ 、三极管10 ～ （4）特点： ）特点： 光电特性线性好、受温度影响小、 光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短 （5）适用场合： ）适用场合： 适用于模拟量测量及要求快速响应的场合 适用于模拟量测量及要求快速响应的场合
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2、光敏电阻 、 （1）原理：内光电效应的光电导效应 ）原理： （2）符号与外形 ）
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（3）特性参数 ） 亮电阻:置于室温、 亮电阻 置于室温、一定光照条件 置于室温 暗电阻:置于室温、 暗电阻 置于室温、全暗条件 置于室温 伏安特性
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光电特性 ：非线性 光谱特性 响应时间： 响应时间： 10-1s～10-3s ～ 温度特性: 温度特性 温度影响甚大，温度上升， 温度影响甚大，温度上升， 光敏电阻的光谱特性 暗电流增大， 暗电流增大，灵敏度下降
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4.光电池 光电池 （1）原理：内光电效应的光生伏特效应 ）原理： （2）符号与外形： ）符号与外形：
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常用光学元件有： 常用光学元件有： 反射镜、透镜、 反射镜、透镜、半透半反镜等 提问： 光电效应有哪些？ 提问：1. 光电效应有哪些？这些光电效应对 应哪些光电元件？ 应哪些光电元件？ 2. 这些光电元件有哪些特点？分别适 这些光电元件有哪些特点？ 用哪些场合？ 用哪些场合？
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二、光电式传感器的应用举例
1、光电比色温度计（光源本身是被测物） 、光电比色温度计（光源本身是被测物） 问题的提出：高温测量， 问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与 温度有关。 温度有关。
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§4－1 光电效应及其光电元件 －
一、光电效应 在光线作用下， 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 。 1. 外光电效应 在光线作用下， 在光线作用下， 电子从物体表面逸出 的物理现象 外光电效应动画演示
I λ1 − K2 / T = K1e Iλ 2
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反射镜
目镜
观察者的眼睛
分光镜 光线 1 光线λ
硅光电池1 硅光电池 物镜 被测对象 光阑 半透半反镜 光导棒 光线λ 光线 2 硅光电池2 硅光电池 滤光片
恒光源
被测物
光电元件 4、恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达 、 光电元件上。 光电元件上。 测纸张白度、零件表面粗糙度、 如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速 表等
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特别指出： 特别指出：
光源与光电元件在光谱特性上应基本一致， 光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，即 光源发出的光应该在光电元件接受灵敏度最高的 频率范围内。 频率范围内。 对于模拟量检测，一般要有参比信号， 对于模拟量检测，一般要有参比信号，用来消 除或削弱背景光及温度等因素的影响。 除或削弱背景光及温度等因素的影响。
光敏三极管外形图
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各种光电池外形图
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二、光电元件 1. 光电管 （1）原理：基于外光电效应 ）原理： （2）符号与结构： ）符号与结构： 真空管、 真空管、光电阴极 K和 和 光电阳极 A
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恒光源
被测物
光电元件
2、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物 、恒定光源发出的光通量透过被测物， 吸收一部分后到达光电元件上。 吸收一部分后到达光电元件上。 测液体透明度、 如：测液体透明度、烟尘浓度等
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§4－2 光电式传感器应用 －
光电式传感器的组成： 光电式传感器的组成： 光源、 光源、光学元件和光电元件组成光路 系统，再经转换电路而构成。 系统，再经转换电路而构成。 常用光源有： 常用光源有： 白炽灯、 白炽灯、发光二极管等
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光敏电阻外形图
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光敏二极管外形图
《传感器与自动检测技术》吴旗主编
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恒光源
被测物
光电元件
3、恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部 、 分后照射到光电元件上。 分后照射到光电元件上。 测元件尺寸、 如：测元件尺寸、运动状态等
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2、光电式烟尘浓度计（透射式） 、光电式烟尘浓度计（透射式） 问题的提出： 问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量或 及时发现楼宇火灾， 及时发现楼宇火灾，对烟尘的监 测是必须的。 测是必须的。 原理：恒定光源发出的光通量透过被测物， 原理：恒定光源发出的光通量透过被测物， 由被测物吸收一部分后到达光电元件 上。
频率特性： 频率特性： 硅光电池频率响应高， 硅光电池频率响应高，硒光电池频率响应差
温度特性： 温度特性： 上升， 快速下降， 温度 t 上升，开路电压 U 快速下降， 短路电流 I 缓慢上升。 缓慢上升。
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扫描式光电比色温度计
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原理：根据热辐射定律， 原理：根据热辐射定律，使用光电池进行 非接触测温。 非接触测温。 根据有关的辐射定律， 根据有关的辐射定律，物体在两个特定波 上的辐射强度I 长λ1、λ2上的辐射强度 λ1、Iλ2 之比与该物体 的温度成指数关系。 的温度成指数关系。
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（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应 ）特点：价格便宜、光电特性非线性、 时间长、 时间长、受温度影响大 （5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合 ）适用场合： 3.光敏晶体管 光敏晶体管 （1）原理：内光电效应的光电晶体管效应 ）原理： （2）种类、符号与外形 ）种类、
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一、光电式传感器的应用类型 按其输出量性质可分： 按其输出量性质可分： 模拟输出型光电传感器和数字输出型光 电传感器
按被测物与光电元件和光源之间的关系， 按被测物与光电元件和光源之间的关系， 光电式传感器的应用有以下四种： 光电式传感器的应用有以下四种：
（4）特点： ）特点： 测量短路电流光电特性线性好、 测量短路电流光电特性线性好、受温度影响 小，硅光电池频率响应较好。 硅光电池频率响应较好。 （5）适用场合： ）适用场合： 可用于模拟量测量响应较快的场合
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各种光电管外形图
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2、内光电效应 、 在光线作用下， 在光线作用下，物体电导性能发生变化或产 生一定方向电动势的现象 光电导效应 光敏晶体管效应 光生伏特效应 内光电效应动画演示
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第四章 光电式传感器
本章学习的主要内容： 本章学习的主要内容： 1、光电效应及其光电元件 、 2、光电式传感器的应用 、
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罐装生产流水线动画演示
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伏安特性： 伏安特性：
光电特性：输出电流I 检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
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（3）主要特性 ） 光谱特性： 硅光电池0.45µm～1.1µm 光谱特性： 硅光电池 ～ 硒光池0.34µm～0.57µm 硒光池 ～
光电特性： 光电特性：
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光电管外形图
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（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好 ）特点：灵敏度高、
I0/µA
Φ/lm
光电管的光电特性
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光电比色温度计光路原理图
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硅光电池1 硅光电池
Rf
I1
U1
硅光电池2 硅光电池
运 算 电 路
显 示 器
Rf
I2
U2
光电
U1 =
I1 • R f
I1
电 Iλ1
U1
Iλ1
U1 I λ1 − K2 / T = = K1e U 2 Iλ 2
光敏二极管、光敏三极管、 光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管
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外形图
（3）主要特性： ）主要特性： 光谱特性： 硅管峰值波长为0.9µm 光谱特性： 硅管峰值波长为 锗管峰值波长为1.5µm 锗管峰值波长为
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被测物
光电元件
1、光源本身就是被测物。 、光源本身就是被测物。 如：光电比色温度计、光照度计等 光电比色温度计、
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温度特性：温度对输出电流影响小， 温度特性：温度对输出电流影响小，由光照度决定 响应时间：二极管 响应时间：二极管10-4s～10-6s、三极管 -3s～10-5s ～ 、三极管10 ～ （4）特点： ）特点： 光电特性线性好、受温度影响小、 光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短 （5）适用场合： ）适用场合： 适用于模拟量测量及要求快速响应的场合 适用于模拟量测量及要求快速响应的场合
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2、光敏电阻 、 （1）原理：内光电效应的光电导效应 ）原理： （2）符号与外形 ）
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（3）特性参数 ） 亮电阻:置于室温、 亮电阻 置于室温、一定光照条件 置于室温 暗电阻:置于室温、 暗电阻 置于室温、全暗条件 置于室温 伏安特性
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光电特性 ：非线性 光谱特性 响应时间： 响应时间： 10-1s～10-3s ～ 温度特性: 温度特性 温度影响甚大，温度上升， 温度影响甚大，温度上升， 光敏电阻的光谱特性 暗电流增大， 暗电流增大，灵敏度下降
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4.光电池 光电池 （1）原理：内光电效应的光生伏特效应 ）原理： （2）符号与外形： ）符号与外形：
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常用光学元件有： 常用光学元件有： 反射镜、透镜、 反射镜、透镜、半透半反镜等 提问： 光电效应有哪些？ 提问：1. 光电效应有哪些？这些光电效应对 应哪些光电元件？ 应哪些光电元件？ 2. 这些光电元件有哪些特点？分别适 这些光电元件有哪些特点？ 用哪些场合？ 用哪些场合？
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二、光电式传感器的应用举例
1、光电比色温度计（光源本身是被测物） 、光电比色温度计（光源本身是被测物） 问题的提出：高温测量， 问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与 温度有关。 温度有关。
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§4－1 光电效应及其光电元件 －
一、光电效应 在光线作用下， 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 。 1. 外光电效应 在光线作用下， 在光线作用下， 电子从物体表面逸出 的物理现象 外光电效应动画演示
I λ1 − K2 / T = K1e Iλ 2
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反射镜
目镜
观察者的眼睛
分光镜 光线 1 光线λ
硅光电池1 硅光电池 物镜 被测对象 光阑 半透半反镜 光导棒 光线λ 光线 2 硅光电池2 硅光电池 滤光片
恒光源
被测物
光电元件 4、恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达 、 光电元件上。 光电元件上。 测纸张白度、零件表面粗糙度、 如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速 表等
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特别指出： 特别指出：
光源与光电元件在光谱特性上应基本一致， 光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，即 光源发出的光应该在光电元件接受灵敏度最高的 频率范围内。 频率范围内。 对于模拟量检测，一般要有参比信号， 对于模拟量检测，一般要有参比信号，用来消 除或削弱背景光及温度等因素的影响。 除或削弱背景光及温度等因素的影响。
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二、光电元件 1. 光电管 （1）原理：基于外光电效应 ）原理： （2）符号与结构： ）符号与结构： 真空管、 真空管、光电阴极 K和 和 光电阳极 A
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恒光源
被测物
光电元件
2、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物 、恒定光源发出的光通量透过被测物， 吸收一部分后到达光电元件上。 吸收一部分后到达光电元件上。 测液体透明度、 如：测液体透明度、烟尘浓度等
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§4－2 光电式传感器应用 －
光电式传感器的组成： 光电式传感器的组成： 光源、 光源、光学元件和光电元件组成光路 系统，再经转换电路而构成。 系统，再经转换电路而构成。 常用光源有： 常用光源有： 白炽灯、 白炽灯、发光二极管等
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光敏电阻外形图
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被测物
光电元件
3、恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部 、 分后照射到光电元件上。 分后照射到光电元件上。 测元件尺寸、 如：测元件尺寸、运动状态等
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2、光电式烟尘浓度计（透射式） 、光电式烟尘浓度计（透射式） 问题的提出： 问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量或 及时发现楼宇火灾， 及时发现楼宇火灾，对烟尘的监 测是必须的。 测是必须的。 原理：恒定光源发出的光通量透过被测物， 原理：恒定光源发出的光通量透过被测物， 由被测物吸收一部分后到达光电元件 上。
频率特性： 频率特性： 硅光电池频率响应高， 硅光电池频率响应高，硒光电池频率响应差
温度特性： 温度特性： 上升， 快速下降， 温度 t 上升，开路电压 U 快速下降， 短路电流 I 缓慢上升。 缓慢上升。
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原理：根据热辐射定律， 原理：根据热辐射定律，使用光电池进行 非接触测温。 非接触测温。 根据有关的辐射定律， 根据有关的辐射定律，物体在两个特定波 上的辐射强度I 长λ1、λ2上的辐射强度 λ1、Iλ2 之比与该物体 的温度成指数关系。 的温度成指数关系。
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（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应 ）特点：价格便宜、光电特性非线性、 时间长、 时间长、受温度影响大 （5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合 ）适用场合： 3.光敏晶体管 光敏晶体管 （1）原理：内光电效应的光电晶体管效应 ）原理： （2）种类、符号与外形 ）种类、
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一、光电式传感器的应用类型 按其输出量性质可分： 按其输出量性质可分： 模拟输出型光电传感器和数字输出型光 电传感器
按被测物与光电元件和光源之间的关系， 按被测物与光电元件和光源之间的关系， 光电式传感器的应用有以下四种： 光电式传感器的应用有以下四种：
（4）特点： ）特点： 测量短路电流光电特性线性好、 测量短路电流光电特性线性好、受温度影响 小，硅光电池频率响应较好。 硅光电池频率响应较好。 （5）适用场合： ）适用场合： 可用于模拟量测量响应较快的场合
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2、内光电效应 、 在光线作用下， 在光线作用下，物体电导性能发生变化或产 生一定方向电动势的现象 光电导效应 光敏晶体管效应 光生伏特效应 内光电效应动画演示
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第四章 光电式传感器
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