第七讲光电式传感器 主讲教师：张翰文 分黑龙江广播电视大学 HEILONGJIANCI RADIOSTRLEVISION UNIVERSITY
1 第七讲 光电式传感器 主讲教师 ： 张翰文
温故知新 1、压电式传感器的基础知识： 掌握压电效应的基本概念、有源传感器的特点、理解其 特殊的变送过程。 2、几类典型压电式传感器的材料和工作原理： (1)石英晶体式(2)压电陶瓷式(3)高分子压电材料 3、了解压电元件的连接和等效电路 串联、并联、电压源电容串联等效、电荷源电容并联等效 4、熟悉压电式传感器的应用： 适测与力相关的物理量：如各种动态力、机械冲击与振 动等，在声学、医学、力学、加速度、宇航等方面应用非常 广泛
2 1、压电式传感器的基础知识： 掌握压电效应的基本概念、有源传感器的特点、理解其 特殊的变送过程。 2、几类典型压电式传感器的材料和工作原理： （1）石英晶体式（2）压电陶瓷式（3）高分子压电材料 3、了解压电元件的连接和等效电路 串联、并联、电压源电容串联等效、电荷源电容并联等效 4、熟悉压电式传感器的应用： 适测与力相关的物理量：如各种动态力、 机械冲击与振 动等，在声学、 医学、力学、加速度 、宇航等方面应用非常 广泛。 温 故 知 新
本讲内容提要 1、光电式传感器的基础知识： 掌握光电式传感器的基本概念、应用场合和特点，理 解其工作过程。 2、光电效应及所属各类常见的光电式传感器的工作原理： (1)外光电效应-光电管、光电倍增管 (2)内光电效应（光电导效应）-光敏电阻 (光生伏特效应)-光电池、光敏晶体管 3、光电式传感器的测量转换电路(“应用”中介绍) 晶体管开关网络、电压放大器、电流放大器 4、光电式传感器的应用： 数字光照计、智能光控开关、接近开关、计数器、报警器等 3
3 1、光电式传感器的基础知识： 掌握光电式传感器的基本概念、应用场合和特点，理 解其工作过程。 2、光电效应及所属各类常见的光电式传感器的工作原理： （1）外光电效应--光电管、光电倍增管 （2）内光电效应（光电导效应）--光敏电阻 （光生伏特效 应）--光电池、光敏晶体管 3、光电式传感器的测量转换电路（“应用”中介绍） 晶体管开关网络、电压放大器、电流放大器 4、光电式传感器的应用： 数字光照计、智能光控开关、接近开关、计数器、报警器等 本讲内容提要
任务情境： 设计一种用于根据环境光强自动控制路灯照明系 统开启关闭的传感器装置。 任务要求： 该装置可以自动识别道路环境光强的大小，智能 判断光强等级，当达到临界等级以下时自动打开照明 灯光，当环境光强大于临界值时自动切断照明灯光。 任务分析： 属于开关型传感器装置，要求成本低廉；主要用 于测量识别光线信号，重点是按需要确定合适灵敏度 开关界限；要求系统响应后无跳转抖动：要求一定耐 久稳定性
4 任务要求： 该装置可以自动识别道路环境光强的大小，智能 判断光强等级，当达到临界等级以下时自动打开照明 灯光，当环境光强大于临界值时自动切断照明灯光。 任务分析： 属于开关型传感器装置，要求成本低廉；主要用 于测量识别光线信号，重点是按需要确定合适灵敏度 开关界限；要求系统响应后无跳转抖动；要求一定耐 久稳定性。 任务情境： 设计一种用于根据环境光强自动控制路灯照明系 统开启关闭的传感器装置
装置设计示意图 光线 感光窗口 传误援整 测量转换电路
5 装置设计示意图
一、光电式传感器基础 1、光电式传感器：光电式传感器是一种光 学敏感器件或装置，根据装置本身的光电转换原 理能够直接测量光线信号或将被测量先转换为光 信号的变化再间接测量。 被测量 光信号 电信号 的变化 的变化 的变化 图光电式传感器功能示意图 6
6 一、光电式传感器基础 1、 光电式传感器：光电式传感器是一种光 学敏感器件或装置，根据装置本身的光电转换原 理能够直接测量光线信号或将被测量先转换为光 信号的变化再间接测量。 图 光电式传感器功能示意图 被测量 的变化 光信号 的变化 电信号 的变化
2、光电传感器的组成：光源、光学通路、光 电元件。 3、测量与转换特点： 属于材料特性敏感型传感器，非接触、响应 快、性能可靠。 3、适用情况 (1)光量变化的非电量被测信号； (2)能转换成光量变化的其他非电量
7 3、测量与转换特点： 属于材料特性敏感型传感器，非接触、响应 快、性能可靠。 3、适用情况 （1） 光量变化的非电量被测信号； （2） 能转换成光量变化的其他非电量 。 2、光电传感器的组成：光源、光学通路、光 电元件
4、光电式传感器的应用形式：辐射式直射式)、 吸收式、遮光式、反射式。 光电元件 光源 被到物 光电元件 被训物 辐射式 遂光式 光源 被测物 光源 光电元件 波树物 光电元件 吸收式 反身时式
8 4、光电式传感器的应用形式：辐射式(直射式)、 吸收式、遮光式、反射式
二、 光电效应与光电器件 两类：外光电效应和内光电效应。 1、外光电效应 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象叫做外光电效应。 ·光电子能否产生，取决于光子的能 量是否大于表面电子逸出功A。 ·逸出的光电子具有动能。 ·产生的光电流和光强成正比。 9
9 1 、 外光电效应 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象叫做外光电效应。 二、 光电效应与光电器件 两类：外光电效应和内光电效应。 • 光电子能否产生，取决于光子的能 量是否大于表面电子逸出功A。 • 逸出的光电子具有动能。 • 产生的光电流和光强成正比
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。 10
10 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