第7章 光电式传感器
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光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应的原理来感知物体的存在或测量物体的位置、距离等信息。
其工作原理如下:
1. 光电效应:光电效应是指当光线照射到某些物质表面时,能够使物质中的电子获得足够的能量从而从原子或分子中脱离出来。
这些脱离的电子称为光电子。
2. 光电传感器结构:光电式传感器通常由光源、探测器和信号处理电路组成。
光源一般为发光二极管(LED)或激光二极管(LD),用来发射光束。
探测器一般为光敏元件,如光敏电阻、光敏二极管、光电二极管等,用来接收光束。
信号处理电路则用来处理探测器接收到的光强信号,并将其转化为电信号输出。
3. 功能原理:光电式传感器的工作原理可以分为两种不同的方式。
- 光电隔离式:光源和探测器分别位于传感器的两侧,通过
光束在两侧之间的遮挡来感知物体的存在。
当物体遮挡了光束,探测器接收到的光强就会减弱,从而触发传感器输出信号。
这种方式常用于物体检测、计数和测量等应用。
- 反射式:光源和探测器位于同一侧,通过物体对光线的反
射来感知物体的存在或测量物体的位置。
当光束照射到物体上并反射回探测器时,探测器接收到的光强会发生变化,从而触发传感器输出信号。
这种方式常用于物体的位置检测和距离测
量等应用。
总的来说,光电式传感器利用光电效应,通过光源和探测器的组合来感知物体的存在或测量物体的位置、距离等信息。
不同的工作方式可以适用于不同的应用场景。
•第七章光敏传感器•1.光电效应通常分为哪几类?简要叙述之。
与之对应的光电器件有哪些?•2.半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么?3.光电倍增管产生暗电流的原因有哪些?如何降低暗电流?•4.试述光电倍增管的组成及工作原理?•5.简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别?•6.为什么在光照度增大到一定程度后,硅光电池的开路电压不再•随入射照度的增大而增大?硅光电池的最大开路电压为多少?•7.试举出几个实例说明光电传感器的实际应用,并进行工作原理的分析。
答案:一、光电效应分为两类:外光电效应和内光电效应外光电效应:入射光子被物质的表面所吸收,并从表面向外部释放电子的一种物理现象。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。
内光电效应当光照在物体上,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应(如:光敏电阻)和光生伏特效应(如光电池、光电二极管、光电三极管)。
二、、对于不同的本征半导体材料,禁带宽度Eg不同,对入射光的波长或频率的要求也不同,一般都必须满足:7he1.24「hv=T^^-Eg式中v、A分别为入射光的频率和波长。
对于杂质半导体:Ei为杂质电离能三、1、欧姆漏电欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。
欧姆漏电通常比较稳定,对噪声的贡献小。
在低电压工作时,欧姆漏电成为暗电流的主要部分。
在使用光电倍增管时,保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。
2、热发射由于光电阴极材料的光电发射阈值较低,容易产生热电子发射,即使在室温下也会有一定的热电子发射,并被电子倍增系统倍增。
要减小热电子发射,应选用热发射小的阴极材料,并在满足使用的前提下,尽量减小光电阴极的面积,降低光电倍增管温度。
3、残余气体放电光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离,产生正离子和光子,它们也将被倍增,形成暗电流。
这种效应在工作电压高时特别严重,使倍增管工作不稳定。
光电式传感器的结构和功能光电式传感器是一种常用的传感器,它利用光电效应将光信号转化为电信号,从而实现对光照强度的检测和测量。
该传感器的结构和功能十分重要,下面我将为您详细介绍。
一、结构光电式传感器主要由发光器、接收器、滤波器和输出电路等组成。
1. 发光器:发光器通常由发光二极管(LED)组成,它能够将电能转化为光能。
当电流通过LED时,LED会发出特定波长的光线,这些光线被用于照射待测物体。
2. 接收器:接收器通常由光敏电阻或光敏二极管(光电二极管)组成,它能够将光能转化为电能。
当接收器接收到照射物体反射回来的光线时,光敏元件会产生对应的电压或电流信号。
3. 滤波器:滤波器的作用是将非目标波长的光线滤除,只保留目标波长的光线。
通过选择合适的滤波器,可以提高光电式传感器的灵敏度和准确度。
4. 输出电路:输出电路负责将接收到的电信号进行放大、滤波和转换,最终输出一个与光照强度相关的电信号。
这个信号可以被连接到其他电路或设备中进行进一步的处理或控制。
二、功能光电式传感器具有广泛的应用,其功能主要体现在以下几个方面:1. 光照检测:光电式传感器能够检测环境中的光照强度,根据光照强度的变化来判断是否需要进行照明或调节照明强度。
2. 物体检测:通过测量物体反射的光线强度,光电式传感器能够实现对物体的检测。
例如,在自动门控制系统中,光电式传感器可以检测到人或物体的到来,从而触发门的开启或关闭。
3. 颜色识别:光电式传感器可以根据物体反射的光线波长来识别物体的颜色。
这在工业自动化和机器人领域有着重要的应用。
4. 位置测量:光电式传感器可以通过测量物体反射光线的强度来判断物体的位置。
这在自动化控制和机器人导航中具有重要意义。
总结:光电式传感器的结构和功能使其成为现代工业和生活中不可或缺的重要设备。
它能够准确地检测和测量光照强度,并根据需要进行相应的控制和处理。
光电式传感器的应用范围广泛,例如照明系统、自动控制和机器人领域等,为人们的生活带来了便利和高效。
光电式传感器工作原理
光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置。
其工作原理基于光电效应,即当光线照射到光敏元件上时,会引起该元件内部电子的跃迁,从而产生电流或电压。
光电式传感器通常由发射器和接收器两部分组成。
发射器通常是一个光源,它会产生一个特定的光束,并将其照射到待测物体上。
接收器则是光敏元件,它能够接收被物体反射、散射或透过的光束。
当光线照射到待测物体上时,一部分光线会被物体吸收,一部分光线会被物体反射回来。
接收器会接收到被物体反射回来的光线,并将其转化为相应的电信号。
这个电信号可以被放大、处理和解读,从而得到相应的物体信息。
光电式传感器可以应用到各种不同的领域中,如自动控制、检测和测量。
在自动控制中,它可以用来检测物体的位置、颜色、形状等属性,从而实现自动化的控制系统。
在检测和测量中,它可以用来检测流体的液位、物体的距离、物体的速度等参数。
总的来说,光电式传感器通过光电效应将光信号转化为电信号,从而实现对物体进行检测和测量的功能。
其工作原理简单而有效,被广泛应用于各个领域中。
光电式传感器的检测方法光电式传感器是一种常见的传感器类型,它可以利用光电效应来检测目标物体的存在与否、位置或其他特定属性。
在本文中,我们将一步一步地介绍光电式传感器的检测方法。
第一步:确定检测目标在使用光电式传感器进行检测之前,我们首先需要确定我们要检测的目标是什么。
光电式传感器可以用来检测许多不同类型的物体,如金属、木材、纸张等。
根据目标物体的特性,我们可以选择合适的光电式传感器类型。
第二步:选择合适的光电式传感器根据目标物体的特性,我们可以选择合适的光电式传感器。
常见的光电式传感器类型包括对射式传感器、反射式传感器和光纤传感器。
对射式传感器由发光器和接收器组成,其工作原理是通过测量目标物体与传感器之间的光的遮挡程度来进行检测。
反射式传感器则是通过目标物体对发射出去的光进行反射来进行检测。
光纤传感器则通过传输光信号并检测信号的变化来进行检测。
第三步:安装光电式传感器一旦选择了合适的光电式传感器,我们需要将其正确地安装到目标物体的检测位置。
安装的位置和方式会影响传感器的检测性能。
通常情况下,光电式传感器应该被安装在一个适当的高度和角度,以便与目标物体进行有效的交互。
此外,我们还需要确保光电式传感器与外界环境的适应性,例如避免暴露在直接阳光下或湿度较高的环境中。
第四步:调整传感器的参数一旦光电式传感器安装完毕,我们需要根据具体的应用要求来调整传感器的参数。
这些参数包括灵敏度、响应时间、检测距离等。
通过调整这些参数,我们可以使光电式传感器适应不同的工作环境和目标物体的需求。
值得注意的是,在调整传感器参数时,我们需要根据实际情况进行适当的测试和调试,以确保传感器的准确性和稳定性。
第五步:进行测试和校准在光电式传感器安装和参数调整完成后,我们需要进行测试和校准来确保传感器的准确性和可靠性。
通过测试,我们可以验证光电式传感器是否能够准确地检测目标物体的存在与否,以及在不同条件下的工作性能。
如果测试结果不符合要求,我们可以根据实际情况进行校准,以提高传感器的检测性能。
第7章光电式传感器习题1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?当用光照射物体时,物体受到一连串具有能量的光子的轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应(如电阻率变化、发射电子或产生电动势等)。
这种现象称为光电效应。
2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异.给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。
3假如打算设计—种光电传感器,用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮,天明白动熄灭)。
试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。
4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号,然后,测出脉冲频率即可测得转速的数值。
试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图,图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么?5 利用光敏器件制成的产品计数器,具有非接触、安全可靠的特点,可广泛应用于自动化生产线的产品计数,如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。
还可以用来统计出入口入员的流动情况。
试利用光电传感器设计一产品自动计数系统,简述系统工作原理。
产品计数器的工作原理,如图所示。
产品在传送带上运行时,不断地遮挡光源到光敏器件间的光路,使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。
产品每遮光一次,光电脉冲电路便产生一个脉冲信号,因此,输出的脉冲数即代表产品的数目。
该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来一、单项选择题1、晒太阳取暖利用();人造卫星的光电池利用();植物生长利用了();A光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应2、蓝光的波长比红光(),相同光通量的蓝光能量比红光()。
A大 B 小 C长 D短3、光敏二极管属于( B ),光电池属于()。
A外光电效应 B 内光电效应 C光生伏特效应4、光敏二极管在测光电路中应处于()偏置状态,光电池处于偏置状态( )A正向 B反向 C零5、光纤通信中,与出射光纤耦合的光电元件选用()。
第1章传感器特性习题答案:5.答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9.解:10.解:11.解:带入数据拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%。
,,,,,,13.解:此题与炉温实验的测试曲线类似:14.解:15.解:所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16.答:dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正,x>7143Pa时为负,故不能使用。
17.答:⑴20。
C时,0~100ppm对应得电阻变化为250~350kΩ。
V0在48.78~67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ,R3=250kΩ,20。
C时,V0在0~18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV(0ppm)~64.43mV(100ppm)之间变化。
⑶20。
C时,V0为0~18.85mV,30。
C时V0为0~17.79mV,如果零点不随温度变化,灵敏度约降低4.9%。
但相对(2)得情况来说有很大的改善。
18.答:感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入,并保证单位一致,得:感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章应变式传感器概述习题答案9.答:(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变;应变片5、6、7、8感受纵向应变;满量程时:(3)10.答:敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差,可采用自补偿和线路补偿。
11.解:12.解:13.解:①是ΔR/R=2(Δl/l)。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001,所以Δl/l(应变)=0.0005=5*10-4。
光电式传感器工作原理作为一种特殊的传感器,光电式传感器使用光电效应来测量光的强度并将其转化为电信号。
它广泛应用于工业自动化、智能家居、医疗设备等领域,成为现代化社会中不可缺少的一部分。
光电式传感器的工作原理与光电效应有关。
早在19世纪末到20世纪初,物理学家发现了这种现象。
当物质受到辐射能量而发生电离过程时,电子会释放出来,并收集在电极上。
周围环境的电场将会影响这些电子的运动,进而形成电流。
这是光电效应的基本原理。
利用光电效应的原理,光电式传感器可以将光的强度转换成电信号,实现光强的测量。
它主要由三个部分组成:光源、传感器和电路。
传感器通常采用光电二极管或光敏电阻器。
光电二极管是光电式传感器中最常用的元件之一,其原理是将光子能量转换为电子能量。
当光线照射在光电二极管的 PN 结上时,能量就会形成电子空穴对。
由于受到正向偏压作用,电子会流入 P 区,空穴会流入 N 区,形成电流。
这个电流会被一个电路测量,并转换为光强的表达式。
另一个常用的元件是光敏电阻器,其原理是将光的强度转化为电阻的变化。
光敏电阻器由敏感的半导体材料制成,在没有光照的时候,电阻一般较大。
但当有光照射到它的表面时,电阻会显著下降。
这个变化的大小取决于所遇到的光的强度。
这个电阻被连接在一个电路中,其电流大小也可以表达光的强度。
光电式传感器在工业领域中有着非常重要的用途。
例如,在生产线上,光电式传感器可以测量产品的尺寸、颜色和位置,而无需实际接触产品。
它也可以用于自动化仓储和物流系统中,通过测量箱子的位置和方向,确保它们在运输过程中不会偏离路径并到达正确的目的地。
此外,光电式传感器还在医疗设备、汽车制造和生产自动化等领域中得到广泛应用。
随着科技的不断进步和创新,光电式传感器将会有更加广泛的应用,带来更多的效益和方便。
总之,光电式传感器充分利用了光电效应的原理,将光强转化为电信号,实现对光强的测量。
它的应用范围非常广泛,在现代化的工业、科技和医疗领域发挥着重要的作用。
光电式传感器的4种应用形式光电式传感器是一种利用光电效应来实现信号检测和转换的传感器。
它通过光电元件将光能转化为电能,然后再将电能转化为与被测物理量有关的信号,从而实现对被测量的检测和测量。
光电式传感器的应用形式多种多样,可以广泛应用于工业生产、安防监控、医疗健康、环境检测等领域。
下面将分别介绍光电式传感器的四种主要应用形式。
第一种应用形式是接近开关。
光电式传感器可以通过检测物体与传感器之间的距离来实现接近开关的功能。
当被测物体靠近或远离传感器时,光电信号的强度会发生变化,通过检测光电信号的变化即可实现接近开关的控制。
这种应用形式在工业生产中得到广泛应用,例如在流水线上控制物体的进出、在自动门系统中控制门的开关等。
第二种应用形式是测距传感器。
光电式传感器可以利用光的传播速度和探测到光的时间差来测量被测物体与传感器之间的距离。
这种应用形式在机器人导航、无人驾驶等领域具有重要意义。
例如,在无人驾驶汽车中使用光电式传感器来测量与前方物体的距离,以便及时做出避让或制动的决策。
第三种应用形式是光电编码器。
光电式传感器可以利用光电元件对光信号的变化进行检测和计数,从而实现对物体运动的监测和控制。
光电编码器常用于旋转运动的测量和控制,可以精确地测量物体的角度和转速。
在机械制造、自动化控制等领域中,光电编码器被广泛应用于机器人关节的控制、数控机床的位置反馈等方面。
第四种应用形式是光电传感器阵列。
光电式传感器阵列由多个光电元件组成,可以实现对多个位置的物体进行检测和识别。
光电传感器阵列常用于图像传感和图像处理领域,如机器视觉、物体识别和跟踪、人脸识别等。
通过光电传感器阵列可以获取物体的形状、大小、颜色等信息,进而实现对物体的自动识别和分类。
总的来说,光电式传感器的应用形式多种多样,可以根据不同的需求和场景进行选择和组合。
它在工业生产、安防监控、医疗健康、环境检测等领域发挥着重要作用,为人们的生活和工作带来了便利和安全。
光电式传感器的工作原理
光电传感器是一种利用光电效应来感知物体的装置。
它包含一个光源和一个光电二极管(或光敏电阻)。
当光源照射在物体上时,光会被物体反射、散射或吸收。
光电二极管(或光敏电阻)可以感受到这些光的变化。
光电二极管是一种特殊的二极管,它的阳极与阴极之间的电流会随着光照强度的变化而变化。
当光源照射在物体上时,物体会反射一部分光,并且光电二极管会感受到这些反射光的变化。
通过测量光电二极管的电流变化,我们可以确定物体的存在与否,以及物体的位置、形状和颜色等信息。
一种常见的光电传感器是光电开关。
当物体经过光电开关的感应区域时,光电二极管会受到反射光的变化而产生电流变化。
通过监测电流变化,我们可以检测物体的到来并触发相应的操作。
另一种常见的光电传感器是光电编码器。
光电编码器利用光电效应来测量物体的位置和运动。
它包含一个光源和多个光电传感器阵列,当物体经过光电编码器时,光电传感器会记录物体与光源之间光斑的变化。
通过分析光斑的模式和变化,我们可以确定物体的位置和运动状态。
总的来说,光电式传感器的工作原理是利用光电效应来感知物
体,并通过测量光的反射、散射或吸收来获取物体的信息。
它在工业自动化、光电检测、位置测量等领域具有广泛的应用。