现代检测技术-李英顺-电子教案-第9章

由李英顺教授编制的《现代检测技术》电子教案,一共15篇。

9.1概述 9.2光电元件 9.3光栅测量装置

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9.1概述光电式传感器是一种将被测量通过光量的变化再转换成电量的 传感器，一般都是由光源、光学元件和光电元件三个部分组成。 传感器，一般都是由光源、光学元件和光电元件三个部分组成。光 电阻传感器是将光信号转换为电阻变化的一种传感器。 电阻传感器是将光信号转换为电阻变化的一种传感器。此种测量方 法具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反映快等特点。 法具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反映快等特点。在 检测和控制领域获得了广泛的应用。 检测和控制领域获得了广泛的应用。 光源发射出一定光通量的光线，由光电元件接受，在检测时， 光源发射出一定光通量的光线，由光电元件接受，在检测时， 发射出一定光通量的光线 被测量使光源发射出的光通量变化， 被测量使光源发射出的光通量变化，因而使接收光通量的光电元 件在输出电量时，也作相应的变化， 件在输出电量时，也作相应的变化，最后用光量来表达被测量的 大小。其输出的电量可以是模拟量，也可以是数字量。 大小。其输出的电量可以是模拟量，也可以是数字量。

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光电式传感器基本分类1.光电转换系统的输出端为“有”或“无”电信号两种 稳定状态，亦即为“通”或“断”的开关状态。属于 这一类的为光电式转速表、光电继电器等。 2.光电转换系统中，当光作用在光电元件上时，产生的 光电流是光通量的函数。属于这一类的为光电式位移 计、光电式测振计等。 3.光电转换系统将被测体的形状直接反映出来，这一类 的传感器是利用电荷耦合摄象器件(CCD)作为光电元 件的，主要用于再线的图案检查、文字识别等。

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光电传感器应用与优点光电传感器是一种常用的传感器，应用领域也比 光电传感器是一种常用的传感器， 是一种常用的传感器 较广泛，除可直接检测光信号外， 较广泛，除可直接检测光信号外，还可以用来测量转 位移、距离、温度、浓度、浊度等参量， 速、位移、距离、温度、浓度、浊度等参量，也可以 用作对各种产品的计数、机床的保护装置。 用作对各种产品的计数、机床的保护装置。 光电传感器具有很多优良的特性，例如，精度高、 光电传感器具有很多优良的特性，例如，精度高、 不受电磁干扰的影响、非接触测量、体积小、重量轻、 不受电磁干扰的影响、非接触测量、体积小、重量轻、 造价低的等优点。 造价低的等优点。

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一、光源光源是光电式传感器的一个组成部分，大多数的 光电传感器都离不开光源。 我们把通电后而发光的器件，统称

为电光源，或 者叫电光元件。 普通的电光源可以分为四类： ⑴热辐射光源，即白炽灯； ⑵气体放电灯，如氖泡，日光灯； ⑶固体发光光源(电致发光器件),如发电二极管，场 致发光灯； ⑷激光器。

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⑴热辐射光源： 热辐射光源：热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光 热物体都会向空间发出一定的光辐射， 源称为热辐射光源。物体温度越高，辐射能量越大， 源称为热辐射光源。物体温度越高，辐射能量越大，辐射 光谱的峰值波长也就越短。 光谱的峰值波长也就越短。 白炽灯就是一种典型的热辐射光源。 白炽灯就是一种典型的热辐射光源。

⑵气体放电灯(气体放电光源) 气体放电灯(气体放电光源)电流通过气体会产生发光现象， 电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的光 源称为气体放电光源。气体放电光源的光谱不连续， 源称为气体放电光源。气体放电光源的光谱不连续，光 谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、 谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压 阴极材料和放电电流的大小， 力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到主要在某一 光谱范围的辐射源。 光谱范围的辐射源。 低压贡灯、钠灯、氦灯等是光谱仪器中常用的光源， 低压贡灯、钠灯、氦灯等是光谱仪器中常用的光源，统 称为光谱灯。 称为光谱灯。

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⑶固体发光光源(电致发光器件) 固体发光光源(电致发光器件)固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发 它是将电能直接转换成光能的过程。 光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象 制成的器件称为电致发光器件，如发电二极管， 制成的器件称为电致发光器件，如发电二极管，半导体 激光器和电致发光屏。 激光器和电致发光屏。 发电二极管与白炽灯相比，它具有体积小、功耗低、 发电二极管与白炽灯相比，它具有体积小、功耗低、寿 命长、响应快、 命长、响应快、机械强度高以及能和集成电路相匹配等 优点；因此广泛地应用于计算机、 优点；因此广泛地应用于计算机、仪器仪表和自动控制 等设备中。 等设备中。

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二、光学元件与光路在光电式传感器中，必须采用一定的光学元件， 在光电式传感器中，必须采用一定的光学元件，并按照 一些光学定律和原理构成各种各样的光路。 一些光学定律和原理构成各种各样的光路。常用的光学 元件有各种反射镜和透镜。 元件有各种反射镜和透镜。

三、光电元件光电元件在光电式传感器中是用来把光量变换成电量的一 种器件。常用的有光敏电阻，光电池，光敏晶体管

, 种器件。常用的有光敏电阻，光电池，光敏晶体管，光电 倍增管。以及一些新型半导体光电器件， 倍增管。以及一些新型半导体光电器件，如电荷耦合摄像 CCD),光电位置敏感器件(PSD) ),光电位置敏感器件 器(CCD),光电位置敏感器件(PSD)等。 传统的光电器件是利用各种光电效应制成的器件。 传统的光电器件是利用各种光电效应制成的器件。光电器 件的理论基础是光电效应。 件的理论基础是光电效应。 所谓光电效应即是由于物体吸收能量E 所谓光电效应即是由于物体吸收能量E为的光后产生的电 效应。 效应。

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从传感器的角度看光电效应可分为两大类型： 从传感器的角度看光电效应可分为两大类型： 外光电效应和内光电效应两大类。 外光电效应和内光电效应两大类。 内光电效应又分为光导效应和光生伏特效应。 内光电效应又分为光导效应和光生伏特效应。 外光电效应是指在光的照射下， 外光电效应是指在光的照射下，材料中的电 子逸出表面的现象。 子逸出表面的现象。光电管和光电倍增管即属此 类。 内光电效应是指在光的照射下， 内光电效应是指在光的照射下，材料的电阻 率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。 率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。

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9.2光电元件 光电元件9.2.1光敏电阻 光敏电阻光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的，为纯 电阻元件，其阻值随光照增强而减小。如图9-1 如图

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1、光敏电阻的工作原理 、在黑 …… 此处隐藏：3165字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……