光电式传感器光电编码器(课堂PPT)
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《光电式传感器》PPT课件
光电式传感器
.
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅 硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
2020/12/6
.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
2020/12/6
25 50 75 100 125 150
.
极 间 电 压 （ V）
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
.
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅 硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
2020/12/6
.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
2020/12/6
25 50 75 100 125 150
.
极 间 电 压 （ V）
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
光电式传感器的组成原理ppt课件
光线强弱 影响放大倍数
光线增强 PN导通 负电压输入
I
光线增强 短路电路
增大
U0 2I RF
应用
光学量：光强、光照度、辐射、气体成分 几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误 差 力学量：应变、速度、加速度、振动、流量、密度 生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记
光电管研究光电效应
1.在光源灯固定L的情况下，画出光电管的伏安特性曲线 2.光源灯距离为L’（ L’>L）时的伏安特性曲线
光电式数字转速表
c ZTN 60
光电比色计
用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
受检样品
凸透镜 光源 凸透镜 标准样品
光电池
滤色
差值
滤色
差动放大器 显示仪表
光电池
光电式带材跑偏检测器
烟尘浊度监测仪
BG4
+12V
光电池触发电路
C2 C1 R1
+12V W
R4
R2
18 7
2 5G23
6
3 R3 4
5 C3 R5
-12V
光电池放大电路
路灯自动控制器
220V
CJD-10
路灯
8V C1 200μF
200Cμ2 F
R7 10kΩ
R1 470kΩ
R2 200kΩ
R3 10kΩ
R4
R5
100μF
4.3kΩ
平行 光源
烟道
光电 探测
放大
显示
刻度 校正
报警器
太阳能电池
调节控制器
阻塞二极管
太阳 电池 方阵
直 流 负 载
逆 变 器
《光电式传感器》课件
光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01
光电式传感器优秀优秀课件
如图9-2为光电倍增管的典型结构。它是一个除在玻璃 泡内装入光电阴极和光电阳极外，还装有若干个光电倍增 极，且在光电倍增极上涂以在电子轰击下可发射更多次级 电子的材料，倍增极的形状及位置要正好能使轰击进行下 去，在每个倍增极间均依次增大加速电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
光电编码器基础知识培训 PPT课件
7
Confidential and internal use only
UVW ASIC ABZ ASIC
正在发光的LED、 Lens组合件
码盘
8
Confidential and internal use only
111870-0002 LED、Lens组合件
ABZ ASIC 整体放大图
ASIC的局部放大图
5
Confidential and internal use only
增量信号：
由A，B，Z等信号组成可以反 应出当前编码器的运行状态。
如：在单位时间内，用户接受 到的脉冲数就反应出了编码器运行 的速度，包括速率和方向。
磁极信号（UVW信号）：
由U、V、W等信号组成可以代 替电机中的电刷切换电机的磁极电 流方向。用来控制电机的运行。
•从机械结构分 •1组合式 2无轴承(M series) 3封闭式
21
Confidential and internal use only
3 编码器的主要技术参数 脉冲 精度 时针方向 电源电压 消耗电流
电压输出 集电极开路 驱动器输出 信号协议 互补输出 绝缘阻抗 响应频率 启动力拒 径向跳动 轴向串动 端面跳动 时针方向 最大机械转速
19
Confidential and internal use only
20
Confidential and internal use only
2 编码器的主要分类
•从工作原理分 •1光电式 2磁电式 3机械式
•从信号分 •1增量式(F10 F14 F18) •2绝对式(AC58)
•从轴形式分 •1空心轴(F series) 2实心轴(RI41 RI58 76)
光电式传感器——光电编码器 PPT
光电编码器转速测量动画演示
绝对式光电编码器
M法测速（适合于高转速场合） m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s 时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ：
n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
转速测量
编码器每转产 生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则 转速（r/min)为: n = 60m1/（NT）
x＝t/360×
x
位置反馈
在数控机床中的应用
通过测量滚 珠丝杠的角位
移，间接获得
工作台的直线 位移x，构成位 置半闭环伺服 系统。
绝对式光电编码器
数控机床位置检测装置的分类
绝对式光电编码器
在伺服电机中的应用
伺服电机
编码器
应用方面：
•转子磁极位置测量 •角位移测量 •转速测量
绝对式光电编码器
转速测量
一转（360）
C
绝对式光电编码器
•绝对式编码器按照角 度直接进行编码，直 接用数字代码表示。
•绝对式光电编码器的编 码盘由透明及不透明区组 成，编码盘上码道的条数 就是数码的位数。
• 这种编码器的特点不是要计数器，而是在转轴的任意位置 都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
绝对式光电编码器
1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝； 5－光电元件
光敏元件所产 生的信号A、B 彼 此 相 差 90 相 位，用于辨向。 当码盘正转时， A信号超前B信 号90； 当码盘反转脉冲）
在码盘里圈，还有一条
狭缝C，每转能产生一个脉
冲，该脉冲信号又称“一
转信号”或零标志脉冲，
C
智能传感器技术之光电编码器课件
随着材料科学和制造工艺的进步，光电编码器的精度和可靠性将 得到进一步提升，能够满足更严格的应用需求。
智能化与集成化
智能传感器技术将与光电编码器进一步融合，实现编码器的智能化 和集成化，提高其自适应和自我诊断能力。
无线连接与远程监控
通过无线通信技术，光电编码器将能够实现远程监控和数据传输， 提高设备管理和维护的便捷性。
光电转换原理的核心在于光敏元件的响应特性，即在不同光照条件下，光敏元件 能够产生相应的电信号。
信号处理原理
信号处理原理是指对获取的原始电信号进行处理，以提取出 所需的信息。在光电编码器中，信号处理电路负责对光电转 换电路输出的电信号进行处理。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、整形电路等，用于 对原始电信号进行放大、滤波和整形，以便后续的解码和计 数。
工作原理
光电编码器主要由光源、光敏元件、光电码盘和信号处理电路组成。当码盘转 动时，光敏元件接收到的光线会发生变化，从而产生电信号，经过信号处理电 路处理后输出相应的数字或脉冲信号。
光电编码器的分类与特点
分类
根据码盘的不同，光电编码器可分为 绝对式和增量式两种。绝对式编码器 具有唯一对应的输出码，而增量式编 码器则输出脉冲信号。
CHAPTER 03
光电编码器的性能指标
分辨率与精度
分辨率
光电编码器能够检测到的最小角度变 化量，通常以度（°）或弧度（rad） 为单位。分辨率越高，检测角度变化 的能力越强。
精度
光电编码器实际测量的角度值与真实 角度值的偏差程度。精度越高，测量 结果越准确。
工作环境要求
工作温度
光电编码器正常工作的环 境温度范围，通常为20°C至70°C。
采用屏蔽电缆、远离干扰源等措施，减少信 号干扰。
智能化与集成化
智能传感器技术将与光电编码器进一步融合，实现编码器的智能化 和集成化，提高其自适应和自我诊断能力。
无线连接与远程监控
通过无线通信技术，光电编码器将能够实现远程监控和数据传输， 提高设备管理和维护的便捷性。
光电转换原理的核心在于光敏元件的响应特性，即在不同光照条件下，光敏元件 能够产生相应的电信号。
信号处理原理
信号处理原理是指对获取的原始电信号进行处理，以提取出 所需的信息。在光电编码器中，信号处理电路负责对光电转 换电路输出的电信号进行处理。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、整形电路等，用于 对原始电信号进行放大、滤波和整形，以便后续的解码和计 数。
工作原理
光电编码器主要由光源、光敏元件、光电码盘和信号处理电路组成。当码盘转 动时，光敏元件接收到的光线会发生变化，从而产生电信号，经过信号处理电 路处理后输出相应的数字或脉冲信号。
光电编码器的分类与特点
分类
根据码盘的不同，光电编码器可分为 绝对式和增量式两种。绝对式编码器 具有唯一对应的输出码，而增量式编 码器则输出脉冲信号。
CHAPTER 03
光电编码器的性能指标
分辨率与精度
分辨率
光电编码器能够检测到的最小角度变 化量，通常以度（°）或弧度（rad） 为单位。分辨率越高，检测角度变化 的能力越强。
精度
光电编码器实际测量的角度值与真实 角度值的偏差程度。精度越高，测量 结果越准确。
工作环境要求
工作温度
光电编码器正常工作的环 境温度范围，通常为20°C至70°C。
采用屏蔽电缆、远离干扰源等措施，减少信 号干扰。
光电式传感器课件PPT
4
9.1.2 光电式传感器的基本形式
光电传感器可用来测量光学量或已转换为光学 量的其他被测量，输出电信号。测量光学量时， 光电器件作为敏感元件使用；测量其他物理量 是，作为转换元件使用。
由光路及电路两大部分组成 1）光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 2）电路部分完成从光信号到电信号的转换
5
四种基本形式 ▲▲
按测量光路组成来看，光电传感器分为： 透射式、反射式、辐射式、开关式
发光元件
窗 光敏元件 壳体
（d）
导线
6
（1）透射式光电传感器 ①工作原理：利用光源发出一恒定光通量的光，并使之穿过
被测对象，其中部分光被吸收，而其余的光则到达光敏元 件上，转换为电信号输出。根据被测对象吸收光通量的多 少就可确定出被测对象的特性，光敏器件上输出的光电流 是被测对象所吸收光通量的函数。 ②用途：测量液体、气体、固体的透明度、浑浊度等参数。
7
（2）反射式光电传感器 ①工作原理：将恒定光源发出的光投射到被测对
象上，用光电器件接受其反射光通量，反射光 通量的变化反映出被测对象的特性。 ②应用：通过光通量变化的大小，可以反映出被 测物体的表面光洁度；通过光通量的变化频率， 可以反映出被测物体的转速。
8
（3）辐射式光电传感器 工作原理：利用光电器件接收被测对象辐 射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参 量（例如温度）的高低有关。
光窗 （a)结构
Uo （b)测量电路
15
（2）外光电效应型光电器件主要性能：光电器件的 性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时 间、峰值探测率和温度特性等来描述。▲▲
①光电管的伏安特性 ：在一定的光照下，对光电器件的 阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电 管的伏安特性。
9.1.2 光电式传感器的基本形式
光电传感器可用来测量光学量或已转换为光学 量的其他被测量，输出电信号。测量光学量时， 光电器件作为敏感元件使用；测量其他物理量 是，作为转换元件使用。
由光路及电路两大部分组成 1）光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 2）电路部分完成从光信号到电信号的转换
5
四种基本形式 ▲▲
按测量光路组成来看，光电传感器分为： 透射式、反射式、辐射式、开关式
发光元件
窗 光敏元件 壳体
（d）
导线
6
（1）透射式光电传感器 ①工作原理：利用光源发出一恒定光通量的光，并使之穿过
被测对象，其中部分光被吸收，而其余的光则到达光敏元 件上，转换为电信号输出。根据被测对象吸收光通量的多 少就可确定出被测对象的特性，光敏器件上输出的光电流 是被测对象所吸收光通量的函数。 ②用途：测量液体、气体、固体的透明度、浑浊度等参数。
7
（2）反射式光电传感器 ①工作原理：将恒定光源发出的光投射到被测对
象上，用光电器件接受其反射光通量，反射光 通量的变化反映出被测对象的特性。 ②应用：通过光通量变化的大小，可以反映出被 测物体的表面光洁度；通过光通量的变化频率， 可以反映出被测物体的转速。
8
（3）辐射式光电传感器 工作原理：利用光电器件接收被测对象辐 射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参 量（例如温度）的高低有关。
光窗 （a)结构
Uo （b)测量电路
15
（2）外光电效应型光电器件主要性能：光电器件的 性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时 间、峰值探测率和温度特性等来描述。▲▲
①光电管的伏安特性 ：在一定的光照下，对光电器件的 阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电 管的伏安特性。
光电式传感器(1)(8)幻灯片PPT
n
Ci 2i11
i1
（3）码盘转动中，CK变化时，所有Cj( j<K)应 同时变化。
二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘 制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只 要有—个码道提前或延后改变，就可能造成输 出的粗大误差。
消除粗大误差方法： 双读数头法，循环码代替二进制码 双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。 当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有 困难。
在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半 导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动， 进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。
图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生
若所转移的电荷通过外界得到，则其可以具备延时、 信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。
4.3 电荷耦合器件
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2 CCD图像传感器 4.3.3 图像传感器的应用
测量精度或控制精度等重要指标
硅光电池的温度特性(照度1000lx)
(5)稳定性
当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理 时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定
影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
4．1．6 光电式传感器的应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
光电池的短路电流
外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下 的电流值。
负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽
(3)频率响应
指输出电流随调制光频率变化的关系
硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换
(4)温度特性
开路电压和短路电流随温度变化的关系。 关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到
Ci 2i11
i1
（3）码盘转动中，CK变化时，所有Cj( j<K)应 同时变化。
二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘 制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只 要有—个码道提前或延后改变，就可能造成输 出的粗大误差。
消除粗大误差方法： 双读数头法，循环码代替二进制码 双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。 当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有 困难。
在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半 导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动， 进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。
图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生
若所转移的电荷通过外界得到，则其可以具备延时、 信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。
4.3 电荷耦合器件
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2 CCD图像传感器 4.3.3 图像传感器的应用
测量精度或控制精度等重要指标
硅光电池的温度特性(照度1000lx)
(5)稳定性
当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理 时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定
影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
4．1．6 光电式传感器的应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
光电池的短路电流
外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下 的电流值。
负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽
(3)频率响应
指输出电流随调制光频率变化的关系
硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换
(4)温度特性
开路电压和短路电流随温度变化的关系。 关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。 光子是具有一定能量的微粒，是以光速 运动的粒子流。每一个光子都具有一定 的能量，它的能量大小E与其频率 成正 比。
Eh hc
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9.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
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1－光源；2－透镜；3－编码盘；4－狭缝； 5－光电元件
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导电为“1”，非导电为“0”
DB
RDB
R
二进 格雷 制码
ห้องสมุดไป่ตู้
二进 格雷 制码
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
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在伺服电机中的应用
伺服电机
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编码器
应用方面：
•转子磁极位置测量 •角位移测量 •转速测量
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转速测量
光电编码器转速测量动画演示
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M法测速（适合于高转速场合） m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s 时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ：
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数控机床位置检测装置的分类
类 型 增量式
数字式 绝对式
增量式
模拟式 绝对式
回 增量式光电脉冲编码器、 绝对式光电脉冲编码器 旋转变压器、圆形感应同 多级旋转变压器、三速
转 圆光栅 型
步器、圆形磁尺
圆形感应同步器
直 计量光栅、激光干涉光 多通道投射光栅 线栅 型
直线型感应同步光栅
三速直线型感应同步器、 绝对值式磁尺
3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
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单圈
多圈
分辨率 2n
8位=256 10位=1024 21位=2097152
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A B
90 A B
光敏元件所产 生的信号A、B 彼 此 相 差 90 相 位，用于辨向。 当码盘正转时， A信号超前B信 号90； 当码盘反转时， B信号超前A信 号90。
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在码盘里圈，还有一条
狭缝C，每转能产生一个脉
冲，该脉冲信号又称“一
转信号”或零标志脉冲，
n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
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转速测量
编码器每转产 生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则 转速（r/min)为: n = 60m1/（NT）
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T法测速（适合于低转速场合）
编码器输 出脉冲
m2
时钟脉冲fc
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两 个 相 邻 脉 冲 之 间 的 脉 冲 数 为 3000 ， 时 钟 频 率 fc 为 1MHz ，则转速（r/min)为 ：
光电编码器
——光电式传感器
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光电式传感器： 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。 其工作原理基于光电效应。
发光原件： 发光二极管等
光电原件： 光电二极管，光电三极管，光敏电阻等
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光电编码器：是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量或 转动角度转换成 脉冲 或 数字量 的传感器。
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转速应用举例
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增量式 光电编码器
优点：原理构造简单、易于实现；机 械平均寿命长，可达到几万小时以上； 分辨率高；抗干扰能力较强，信号传 输距离较长，可靠性较高。
缺点：它无法直接读出转动轴的绝对 位置信息。
主要用于测速
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绝对式 光电编码器
优点：可以直接读出角度坐标的绝对 值；没有累积误差；电源切除后位置 信息不会丢失；编码器的精度取决于 位数；最高运转速度比增量式光电编 码器高。
7－转轴
8－零位标记槽
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7
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8
＝360°／条纹数
＝360°／1024 ＝0.352°
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输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应
一个分辨角，对脉冲进行计数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N
如： ＝0.352，脉冲N＝1000， 则： ＝ 0.352×1000＝ 352
它是相对于某个基准点l2－－的均LE匀D相光分源对布透位光槽置的增编码量盘，不能够直接检测出轴
3－光栏板上狭缝
光栏板上的两个狭缝距离是码
的绝对位置信息。
4－sin信号接收器 5－cos信号接收器
盘上的两个狭缝距离的（m +1/4） 倍，m 为正整数，并设置了两组光
6－零位读出光电元件
敏元件A、B，又称为sin、cos元件。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N 位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。
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t为丝杠转动一整圈，工作台的位移
x＝t/360×
x
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位置反馈
在数控机床中的应用
通过测量滚 珠丝杠的角位
移，间接获得
工作台的直线 位移x，构成位 置半闭环伺服 系统。
缺点：结构复杂，价格高，光源寿命 短等。
主要用于角度控制、定位、测长。
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预习 光光栅栅位位移移传传感感器器 内容
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C
作为测量的起始基准。
一转（360）
C
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•绝对式编码器按照角 度直接进行编码，直 接用数字代码表示。
•绝对式光电编码器的编 码盘由透明及不透明区组 成，编码盘上码道的条数 就是数码的位数。
• 这种编码器的特点不是要计数器，而是在转轴的任意位置
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都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
增量式编码器
信号性质
绝对式编码器
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脉冲 二进制编码
电信号
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拉线式编码器
主轴编码器
主轴编码器
多圈编码器
轴式编码器
套式编码器
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增量式编码器
绝对式编码器
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每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，它能够产生
与位移增量等值的脉冲信号。
n = 60fc /（Nm2 ） =60×106/（1024×3000）=19.53 r/min
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转速测量
编码器每转产生 N 个脉冲，用已知 频率fc作为时钟，填 充到编码器输出的 两个相邻脉冲之间 的 脉 冲 数 为 m2 ， 则 转速(r/min)为：
n = 60fc / （Nm2 ）