張曉霞

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院，甘肅天水，741001）

談光電傳感器的原理及應(yīng)用

張曉霞

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院，甘肅天水，741001）

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感技術(shù)與檢測技術(shù)也在得到了迅猛發(fā)展，它的應(yīng)用已進入科學研究、國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。因此，在當今信息時代掌握傳感器與檢測技術(shù)顯得相當重要。光電傳感器是基于光電效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件，由于其高精度、高可靠性、非接觸性等特點，在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。

光電效應(yīng)；光電傳感器；應(yīng)用

1 光電傳感器的工作原理

1.1 光電效應(yīng)

光電傳感器是以光電效應(yīng)為機理工作的。通常把光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類類型。外光電效應(yīng)是指當光照射在物體表面上時，可看成物體受到一連串具有一定能量的光子轟擊，由于物體中的電子吸收了光子的能量，從而使物體的電學性質(zhì)發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。比如光電管、光電倍增管等器件都是基于這種效應(yīng)的。內(nèi)光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體電導(dǎo)率增大的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，許多基于光電控制應(yīng)用的傳感器，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都屬于內(nèi)光電效應(yīng)類傳感器。

1.2 常見光電器件及其特性

1.2.1 光敏電阻

光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制成的光電器件，又稱光導(dǎo)管。光敏電阻在光線的作用下，其電導(dǎo)率增大，電阻值變小。

光敏電阻的伏安特性測量如圖1所示。

圖1 光敏電阻伏安特性測試電路

第一步：按上圖1連接好線路，電源由DH-VC3直流恒壓源提供。

第二步：通過改變光源電壓或者調(diào)節(jié)光源到光敏電阻之間的距離以提供一定強度的光照，每照一次，可測出加在光敏電阻上電壓U。測量五次的電壓值為+2V、+ 4V、+6V、+8V、+10V，即根據(jù)公式,算出此時光敏電阻的阻值。

第三步：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的伏安特性曲線。

圖2 光敏電阻的伏安特性曲線圖

由上圖看出，在一定光照下，光敏電阻的光電流和光電壓成線性關(guān)系，并且隨著電壓的增大而增大。光越強，光電流增長越快。

1.2.2 光敏三極管

光敏三極管具有兩個PN結(jié)，它把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕耐瑫r，又將電流加以放大，靈敏度比光電二極管高。

光敏三極管的伏安特性測量如圖3所示。

第一步：按上圖3連好線路，光源電壓為0～12V（可調(diào)）。

第二步：將可調(diào)光源調(diào)至相對光強為“弱光”的位置，在一定光照條件下，每次測出加在光敏三極管上的偏置電壓UCE與產(chǎn)生的光電流IC的關(guān)系數(shù)據(jù)。其中光電流以這公式計算(l.00KΩ為取樣電阻R）。

第三步：根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出光敏三極管的伏安特性曲線。

圖3 光敏三極管特性測試電路

圖4 光敏三極管的伏安特性曲線圖

從上圖看出，當光強較弱時，光敏三極管的光電流不隨光電壓變化，當光強的增大時，其光電流在一定范圍內(nèi)隨著電壓的增大而增大，而后保持一定值不變。

1.3 光電傳感器的組成

光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號一種傳感器。它通常由光源、光學通路、光電元件和檢測電路四部分組成。如下圖5所示。

圖5 光電傳感器的組成框圖

圖中光源是由發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管等半導(dǎo)體器件充當，用來發(fā)射光束；光電元件主要是光電二極管、光電三極管、光電池等半導(dǎo)體器件，用來接收光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電參量，在其后面的檢測電路，主要對電參量進行放大、整形、濾波轉(zhuǎn)化為有用的電信號。

2 光電傳感器的應(yīng)用

2.1 光電三極管測速

光電三極管測速的工作原理如圖6所示。在機床轉(zhuǎn)軸上安裝一個具有均勻分布齒輪的調(diào)制盤，調(diào)制盤的一邊由固定的發(fā)光管產(chǎn)生恒定光，另一邊為光電三極管或光電二極管。當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，調(diào)制盤跟隨轉(zhuǎn)動，發(fā)光二極管發(fā)出的恒定光被調(diào)制成隨時間變化的調(diào)制光，光電三極管間斷接收到透射的光信號，輸出脈沖。

2.2 反射式煙霧報警檢測器

煙霧報警檢測器示意圖如圖7所示。無煙霧時，無光線照射到光敏電阻上，其阻值很大，UA很小，晶閘管截止，電鈴不響；當煙霧時，白熾燈光線通過煙霧反射到光敏電阻上，其阻值變小，UA增大，晶閘管導(dǎo)通，電鈴發(fā)出報警聲。

圖6 光電三極管測速的原理圖

圖7 反射式煙霧報警檢測器示意圖

3 結(jié)語

光電傳感器還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線上，主要對各種材料的厚度、寬度、輪廓的實時測量, 具有精度高、非接觸測量、不損傷物體表面、無環(huán)境污染、抗干擾能力強等優(yōu)點, 所以光電傳感器是我國工業(yè)生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要設(shè)備。

[1]唐文彥.傳感器（第4版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]張洪潤，孫悅，張亞凡.傳感技術(shù)與應(yīng)用教程（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2009.

The principle and application of photoelectric sensor

Zhang Xiaoxia(Gansu mechanical and electrical Career Technical College,Tianshui Gansu,741001)

With the rapid development of science and technology and sensor technology, sensing technology and detection technology are developing rapidly, and its application has entered the field of scientific research, national defense, industrial and agricultural production and people’s daily life. Therefore, it is very important to grasp the sensor and detection technology in the information age. Photoelectric sensor is a sensor based on photoelectric effect. It is widely used in production and life because of its high precision, high reliability and non-contact.

photoelectric effect;photoelectric sensor;application

張曉霞，女，漢族，甘肅白銀人，講師，研究方向電氣工程，自動控制。