光电计数器的设计与制作

（3）主要特性 ➢光谱特性： 硅光电池0.45μm～1.1μm 硒光池0.34μm～0.57μm
➢光电特性：
➢频率特性： 硅光电池频率响应高，硒光电池频率响应差
➢温度特性： 温度 t 上升，开路电压 U 快速下降， 短路电流
I 缓慢上升。
（4）特点： 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。
（5）适用场合：
可用于模拟量测量响应较快的场合
光电池在动力方面的应用 太阳能赛车
太阳能 硅光电池板
太阳能电动机模型
光电池在动力方面的应用（续） 光电池在人造卫星上的应用
光电式传感器应用
光电式传感器的组成： 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。
➢ 常用光源有： 白炽灯、发光二极管等
I2ຫໍສະໝຸດ Baidu
U1 运
Rf
算
电
路
显 示 器
U2
半透半反镜 光源 聚光透镜
光电池2
光电式烟尘浓度计原理图
反射镜
被测烟尘
光电三极管1
+UCC
U1 运
显
算
示
器 +UCC
器
U2
半透半反镜 光源 聚光透镜
光电三极管2
光电式烟尘浓度计原理图
3、光电式边缘位置检测器（遮挡式）
➢问题的提出：带型材料在生产过程中偏离正
确的位置如何进行纠偏控制。
（3）特性参数 ➢亮电阻:置于室温、一定光照条件 ➢暗电阻:置于室温、全暗条件 ➢伏安特性
➢光电特性 ：非线性
➢光谱特性
➢响应时间： 10-1s～10-3s
➢温度特性:
温度影响甚大，温度上升， 暗电流增大，灵敏度下降
光敏电阻的光谱特性
（4）特点：价格便宜、光电特性非线性、响应 时间长、受温度影响大
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） ➢ 问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与
温度有关。
扫描式光电比色温度计
➢ ➢ 原理：根据热辐射定律，使用光电池进行 非接触测温。
根据有关的辐射定律，物体在两个特定波
长λ1、λ2上的辐射强度Iλ1、Iλ2 之比与该物体 的温度成指数关系。
➢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10-4s～10-6s、三极管10-3s～10-5s
（4）特点： 光电特性线性好、受温度影响小、响应时间短 （5）适用场合： 适用于模拟量测量及要求快速响应的场合
4.光电池 （1）原理：内光电效应的光生伏特效应 （2）符号与外形：
U1 U2
I1 I2
K1eK2 /T
2、光电式烟尘浓度计（透射式）
➢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，对烟尘的监 测是必须的。
➢ ➢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。
光电式烟尘浓度检测动画演示
反射镜
被测烟尘
光电池1
Rf
I1
➢ ➢常用光学元件有： 反射镜、透镜、半透半反镜等
提问：1. 光电效应有哪些？这些光电效应对 应哪些光电元件？
2. 这些光电元件有哪些特点？分别适 用哪些场合？
一、光电式传感器的应用类型
➢ 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， 光电式传感器的应用有以下四种：
内光电效应动画演示
光敏电阻外形图
光敏二极管外形图
光敏三极管外形图
各种光电池外形图
二、光电元件 1. 光电管 （1）原理：基于外光电效应 （2）符号与结构：
真空管、光电阴极 K和 光电阳极 A
光电管外形图
（3）特点：灵敏度高、光电特性线性较好
I0/μA
Φ/lm
光电管的光电特性
2、光敏电阻 （1）原理：内光电效应的光电导效应 （2）符号与外形
被测物
光电元件
1、光源本身就是被测物。 如：光电比色温度计、光照度计等
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 吸收一部分后到达光电元件上。
如：测液体透明度、烟尘浓度等
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。 如：测元件尺寸、运动状态等
3. 光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里对测量 要求不高（用于控制）。
4、光电式转速表（反射式）
➢问题的提出：传统测量转速的弊端，光电式转 速的优点。
➢ ➢ 原理：恒定光源发出的光通量经被测物反射 后到达光电元件上。采用数字输出型 测量转速 。
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。 如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速 表等
特别指出：
➢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。
➢ ➢ 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。
（5）适用场合：常用于对测量要求不高的场合 3.光敏晶体管 （1）原理：内光电效应的光电晶体管效应 （2）种类、符号与外形
光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管
外形图
（3）主要特性： ➢光谱特性： 硅管峰值波长为0.9μm 锗管峰值波长为1.5μm
➢伏安特性： ➢光电特性：输出电流Ie和光照度Ee呈线性关系
I1 I2
K1eK2 / T
反射镜
目镜
观察者的眼睛 分光镜 光线λ1
物镜
光阑
被测对象 半透半反镜 光导棒
光线λ2
硅光电池1 滤光片
硅光电池2
光电比色温度计光路原理图
硅光电池1
Rf
I1
硅光电池2
I2
U1 运
Rf
算
电
路
显 示 器
U2
光电比色温度计电路原理框图
U1 －I1•Rf 而 I1正比于Iλ1 所以 U1正比于Iλ1
➢ ➢原理：恒定光源发出的光通量经过被测物遮
挡一部分后，另一部分照射到光电元 件上。
被测带材 暗
光源
透镜
光敏电阻
亮
光电式边缘位置检测器光路图
遮光罩
补偿用光敏电阻
测量用光敏电阻
R1
Ucc Rf
R2
R Uo
R3
RP
R Rf
光电式边缘位置检测器测量电路图
注意问题：
1. 起始时，光路一半遮挡一半透过； 2. 桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻；
罐装生产流水线动画演示
光电效应及其光电元件
一、光电效应 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，
电子从物体表面逸出 的物理现象
外光电效应动画演示
各种光电管外形图
2、内光电效应 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