第10章光电传感器上

能提供较大电流的 大面积光电池外形
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光电池串联，能提高电压； 并联，可以提高输处电流
每一片光电池的最大输出电压约为0.6V， 每平方米，晴天的输出电流约为10A。
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太阳能组件
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其他光电池及在照度测量中的应用
柔光罩下面为圆形光电池
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菲涅尔透镜
菲涅尔透镜
热释电晶片
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菲涅尔透镜外形
传感器不加菲涅尔 透镜时，其检测距离 小于2m，而加上该透 镜后，其检测距离可 增加3倍以上。
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热释电套件
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热释电报警器
菲涅尔透镜
设定按钮
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高分贝喇叭
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热释电报警器（续）
耳温仪
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红外线辐射温度计用于人体额温测量
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红外线辐射温度计在 非接触温度测量中的应用
IC的温 度测量
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红外线辐射温度计在非接触温度 测量中的应用（续）
利用红色激光瞄准被测 物（冷藏牛奶和面食）
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红外线辐射温度计在非接触温度测量中的 应用（续）
第三节
光的照度E 的单位是lx（勒 克斯），它是常 用的光度学单位 之一，它表示受 照物体被照亮程 度的物理量，可 以用照度计来测 量。
光电传感器的应用
光电池 （外加柔 光罩）
—、光源本身是被测物的应用实例
1.红外线辐射温度计：
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测量，所以是辐 射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温 度计的温度范围可以从-30℃～3000℃， 中间分成若干个不同的规格，可根据需要 选择适合的型号。
温度 采集系统
利用红色激光瞄准被测 物（电控柜、天花板内 的布线层）
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红外线辐射温度计在非接触温度测量中的 应用（续）
利用红色激光瞄准被 测物（电控柜、天花 板内的布线层）
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红外线辐射温度计在非接触温度测 量中的应用（续）
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红外线辐射温度计的使用距离与 目标直径、面积的关系
第二节
光电元件的基本应用电路
一、光敏电阻的基本应用电路
a）UＯ与光照变化趋势相同的电路 b）UＯ与光照变化趋势相反的电路
二、光敏二极管应用电路
利用反相 器可将光敏二 极管的输出电 压转换成TTL 电平。
当光照增 加，Ui<（1/2） VDD时，反相器 翻转,输出变为 什么电平？
光敏三极管光控继电器电路
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红外发射、接收对管外形
红外发射管
红外接收管
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光敏二极管的反向偏置接法
在没有光照时，由 于二极管反向偏置，所 以反向电流很小，这时 的电流称为暗电流，相 当于普通二极管的反向 饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结（又称 耗尽层）上时，在PN结 附近产生的电子-空穴 对数量也随之增加，光 电流也相应增大，光电 流与照度成正比。
光照变化产生的电流 称为暗电流
暗电流（越小越好）
光敏二极管
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
光敏二极管外形
光敏二极管阵列
包含1024个InGaAs 元件的线性光电二极管阵 列，可用于分光镜。
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自动感应灯
（参考施特朗公司资料）
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热释电传感器在智能空调中的应用
智能空调能检测 左右范围 出屋内是否有人，微 空调中，热释电传感器的菲涅尔 处理器据此自动调节 空调的出风量，以达 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 到节能的目的。
当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么 状态？继电器KA吸合还是释放？如果将V1与R b2 位置上下对调，请画出电路，并分析工作过程。
五、光电池的应用电路 ——光电池短路电流测量电路
I/U 转换电路的输出电压Uo与光电流IΦ成正 比。若光电池用于微光测量时，IΦ可能较小，则 应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器RP 微调总的放大倍数。
光电池在动力方面的应用
太阳能赛车
太阳能 硅光电池板
太阳能电风扇
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光电池在动力方面的应用（续）
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住宅太阳能供电
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光电池在动力方面的 应用（续）
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嫦娥一号上的光电池板
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光电池的光电特性
开路电压为 对数特性
短路电流为 线性特性
一个典型的硅光电池的光电特性 1—开路电压曲线 2—短路电流曲线
第一节
光电效应及光电元件
用光照射某一物体，可以看作物体 受到一连串能量为hf 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。 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。
2.光电式转速表
光电式 转速表属于 反射式光电 传感器，它 可以在距被 测物数十毫 米外非接触 地测ห้องสมุดไป่ตู้其转 速。
菲涅尔透镜
Φ 5mm 接插件
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热释电报警器（续） 吸顶式 热释电报警器
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热释电报警器 （续）
无线报警式 热释电报警器
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热释电传感器应用
热释电传感器用 于自动亮灯，当然 也可以用于防盗。
热释电传感器 的感应范围
热释电感应灯
热释电
传感器
光敏二极管的反向偏置接 线（参考上页图）及光电特性 演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
光照
—
UO
+
光敏二 极管的 反向偏 置接法
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当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 12
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 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 有引出线，只有正负（C、E）两个引脚，
2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用
热释电元件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 测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的 控制等。 热释电元件外形
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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 红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体广泛用于 红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、 防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比 如：在房间无人时能自动减小空调机的功率；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 机自动记录动物或人的活动……
红外线辐射温度计外形
激光仅 用于瞄准
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红外线辐射温度计外形
红外线辐射温度计 用于食品温度测量
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红外线辐射温度计的使用
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红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用（续）
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红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用
a) 内部组成
硅光敏晶体管
的光谱特性
电磁波频谱
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光敏二极管、三极管的光电特性比较
IΦ
4mA
光 电 流 光敏 三极管 请判断光敏二极管、 三极管的灵敏度 孰高孰低 光敏 二极管 3000lx
0.3mA
光照
E
0
基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池
在N型衬底上制造一薄层P型层作为光 照敏感面，就构成最简单的光电池。当入 射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个 光子就产生一对光生电子-空穴对， 光生 电子-空穴对的的扩散运动使电子通过漂移 运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N 区带负电，P区带正电。如果光照是连续的， 经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的 光生电动势输出。
紫外光电管外形
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 束缚而逸出金属表 面，形成电子发射。 紫外管多用于紫外 线测量、火焰监测 等。
紫外线
光敏电阻
当光敏电阻受到 光照时， 阻值减小。
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光敏电阻 原理演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子-空穴对 增加，阻值 减小，电流 增大。
是静止着还是走动着。
上 下 范 围
二、被测物吸收光通量的应用实例
光电式浊度计和 含沙量测量
将装有浊水的试管 插入仪器中
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光电式浊度计工作原理
参比通道（抵消外界影响）
1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透 4—反射镜 5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器 8—标准水样
2.烟雾报警器外形
（参考南京千里通公司 无线烟雾报警器资料）
报警
无烟雾时，光敏 元件接收到LED发射 的恒定红外光。而在 火灾发生时，烟雾进 入检测室，遮挡了部 分红外光，使光敏三 极管的输出信号减弱， 经阀值判断电路后， 发出报警信号。
烟雾
无线烟雾报警器内部结构
可发出高分贝 笛鸣声的蜂鸣器
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基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池
新型的硅光电池 是在P型衬底上制 造一薄层N型层作 为光照敏感面，效 率更高。N型区每吸 收一个光子就产生 一对光生电子-空穴 对。空穴通过漂移 运动被拉到P型区， 带正电；电子留在 N区，带负电。
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光电池外形
光敏面
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三、被测物体反射光通量的应用实例
1.反射式 烟雾报警器
在没有烟雾 时，由于红外对 管相互垂直，烟 雾室内又涂有黑 色吸光材料，所 以红外LED发出 的红外光无法到 达红外光敏三极 当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对 管。 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 光电流输出。
机械工业出版社 中等职业教育电气类规划教材
《自动检测与转换技术》
第十章 光电传感器
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第十章
光电传感器
在这一章里，卡卡要给大家简单介绍光电 效应，着重讲解光电元件的原理、分类、特 性、电路接线以及光电传感器的应用。 光电传感器的最大特点是非接触测量。
1860 年 ， 英 国 物 理学家麦克斯韦建 立了电磁理论，认 识到光是一种电磁 波 。 1905 年 ， 德 国 物理学家爱因斯坦 用光量子学说解释 了光电发射效应， 并 为 此 而 获 得 1921 年 诺 贝尔 物 理学奖 。
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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 板上。它内部使用一节9伏层叠电池供电，工作在 警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工 作电流为20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90分贝 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 警信息传递出去。 无线发射器的报警距离在空旷 地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可 以达到20米。
所以其外型与光敏二极管相似，从外观
上很难区别。
光敏三极管外形
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光敏三极管内部结构
b)管芯结构 c）结构简化图 1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 8—SiO2保护圈 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区 12—发射结
m
m
m
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红外线辐射温度计的特性参数
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比色计在高温非接触测 量中的应用
红色 黄色 比色式温度传感器抗烟雾、水 蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃 影响，能瞄准 ,测量小目标，可不考 虑距离系数，可以不完全被目标充满， 不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，如 :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦 化和炉窑等应用现场。
您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。或自动化控制装 置。
热释电传感器的内部电路
场效应管
两块反向 串联的热 释电晶片
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 行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透 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 第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个 反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲 信号。当然，如果人体静止不动地站在热释 电元件前面，它是“视而不见”的。