传感器应用第8章.pptVIP

8.1.6 光电传感器的应用 1. 火焰探测报警器 图8-29是采用以硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路图。硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 MΩ, 亮电阻为0.2 MΩ(在光强度0.01 W/m2下测试)， 峰值响应波长为2.2 μm，硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为6 V， 电流约为6 μA。V1管集电极电阻两端并联68 μF的电容，可以抑制100 Hz以上的高频， 使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。 V2、V3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变化不至于影响输出信号的幅度， 保证火焰报警器能长期稳定的工作。 图8-29 火焰探测报警器电路图 2. 光电式纬线探测器 光电式纬线探测器是应用于喷气织机上， 判断纬线是否断线的一种探测器。 图8-30为光电式纬线探测器原理电路图。  当纬线在喷气作用下前进时，红外发光管VD发出的红外光， 经纬线反射，由光电池接收，如光电池接收不到反射信号时，说明纬线已断。因此利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、 脉冲整形等， 控制机器正常运转还是关机报警。  由于纬线线径很细，又是摆动着前进，形成光的漫反射，削弱了反射光的强度，而且还伴有背景杂散光，因此要求探纬器具有高的灵敏度和分辨率。为此，红外发光管VD采用占空比很小的强电流脉冲供电，这样既能保证发光管使用寿命， 又能在瞬间有强光射出，以提高检测灵敏度。一般来说，光电池输出信号比较小，需经放大、脉冲整形，以提高分辨率。  8.1.3 光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。  光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。 它实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时， 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 图8-15为硅光电池原理图。 图 8-15 硅光电池原理图 (a) 结构示意图； (b) 等效电路 光电池基本特性： (1) 光谱特性： 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图8-16为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。 图8-16 硅光电池的光谱特性 从图中可知， 不同材料的光电池， 光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的。 硅光电池波长在0.8μm附近。硅光电池的光谱响应波长范围为 0.4~1.2μm 硒光电池在0.5μm附近。硒光电池只能为0.38~0.75μm。 可见，硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。 (2) 光照特性： 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。 图8-17为硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系曲线。 图 8-17 硅光电池的光照特性 从图中看出， 短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，开路电压（即负载电阻RL无限大时）与光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。 因此用光电池作为测量元件时， 应把它当作电流源的形式来使用， 不宜用作电压源。 （3） 频率特性： 图8-18分别给出硅光电池和硒光电池的频率特性，横坐标表示光的调制频率。由图可见，硅光电池有较好的频率响应。 图8-18 硅光电池的频率特性 (4) 温度特性： 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标， 因此温度特性是光电池的重要特性之一。 光电池的温度特性如图8-19所示。从图中看出，开路电压随温度升高而下降的速度较快， 而短路电流随温度升高而缓慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量元件使用时，最好能保证温度恒定或采取温度补偿措施。 图 8-19 硅光电池的温度特性 表8-4 硅光电池2CR型特性参数 8.1.4 光电耦合器件 光电耦合器件是由发光元件(如发光二极管)和光电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。