第7章 光电式传感器习题

第7章光电式传感器习题

1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?

当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。

2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异．给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。

3假如打算设计—种光电传感器，用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮，天明白动熄灭)。试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。

4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号，然后，测出脉冲频率即可测得转速的数值。试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图，图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么？

5 利用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛应用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。还可以用来统计出入口入员的流动情况。试利用光电传感器设计一产品自动计数系统，简述系统工作原理。

产品计数器的工作原理，如图所示。产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来

一、单项选择题

1、晒太阳取暖利用（）；人造卫星的光电池利用（）；植物生长利用了（）；

A光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应

2、蓝光的波长比红光（），相同光通量的蓝光能量比红光（）。

A大 B 小 C长 D短

3、光敏二极管属于（ B ），光电池属于（）。

A外光电效应 B 内光电效应 C光生伏特效应

4、光敏二极管在测光电路中应处于（）偏置状态，光电池处于偏置状态( )

A正向 B反向 C零

5、光纤通信中，与出射光纤耦合的光电元件选用（）。

A光敏电阻 B 光敏三极管 C apd 光敏二极管D光电池

6、温度上升，光敏三极管、光敏二极管的暗电流（）。

A上升 B下降 C不变

7、普通硅光电池的峰值波长为（）落在区域（）。

A0.8m B 0.8um C可见光D近红外光

8、利用光电池驱动液晶计算器1.5-1.8v，需几片串联（）能工作。

A2 B 3 C 4 D 5

二、问答题

1、光电效应及分类？

2、试用所学光电传感器分析a、超市用激光扫描检测商品的条形码b、洗手间红外反射式干手机工作原理。

习题答案：

一、选择题：

1、c/a/b

2、d/a

3、b/c

4、b/a 5 c 6 a 7 bd 8 b

二、问答题:

1、用光照射某一物体，可以看到物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子的能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应通常分为三类，分别是外光电效应、内光电效应、光电池。

2、a 利用被测光吸收光通量的原理。

b 被测光遮蔽光通量原理。

光电传感器在生活中的应用-

光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器 摘要： 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 关键字：光电传感器；CCD图像传感器 正文 一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼 的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元 件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

《传感器》7作业与答案

第七章 光电式传感器 班级 学号 姓名 成绩 一 填空 1利用外光电效应制成的常见器件有 和 。 （答案：光电管，光电倍增管） 2外光电效应的光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功0A ，不同的物质具 有不同的逸出功，因此对某一特定物质将对应有一个光频率阈值，称为 。 （答案：红限频率） 3当光照在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，跃过禁带到达导带。为实现能级跃迁，入射光的能量必须 半导体材料的禁带宽度g E ?。 （答案：大于） 4光电池是在光照下，直接能将光量转变为电动势的光电元件，它实质上就是 。光电池的种类很多，最重要的是 光电池和 光电池。 （答案：电压源，硅，硒） 选择 对于光电管说法正确的是（） A 阴极涂料可以是氧铯或锑铯 B 要使光电流为零，阳极上必须加正电压 C 光照一定时，随着阳极电压的增加光电流不会出现饱和 A 二 判断题 1在光电管内充入少量的惰性气体，可使其灵敏度增加，且充气光电管比真空光电管的线性度好。（ ） 错。线性度变差，且易老化。 2光电倍增管工作时，阴极电位最高，各倍增级的电位依次升高，阳极电位最低。（ ） 错误。应该是阴极电位最低，阳极电位最高。 3光敏二极管在电路中一般是处于正向工作状态。（ ） 错误。应该是反向。 4光敏三极管的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，且基极往往不接引线。（ ） 正确。 5光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，因此不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。（ ） 正确。 三 名称解释 1外光电效应，内光电效应。 答：当光照射到物体时，会有电子逸出物体表面，这种现象叫外光电效应。内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。光照在半导体材料上，引起材料电导率变化的现象，就称为光电导效应。光照使得半导体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。 四 计算分析题 1下图是光电数字转速表的工作原理图，在待测转速轴上固定一个带孔的调制盘，在调制盘一边由发光元件（白炽灯或发光二极管）产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号。若孔数600N =，光电转换器输出的脉冲信号频率为f = 4.8 kHz ，求每分钟转子的转速。 解：34.8106060480 600f n N ?= ?=?=（转）

光电传感器的原理及应用

光电传感器的原理及应用 作者:2011级 应用物理 向舟望 摘要:光电传感器，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 关键词:光电传感器、光电效应、敏感器件。 正文 引言：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用。 原理： 1、光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数，h ＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。 A -h m 2 12νν=

光电传感器转速测量系统设计讲解

专业课程设计 题目 光电传感器的转速测量设计 院系：自动化学院 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：2012年10月8---2012年10月19

一．课程设计描述 采用单片机、uln2003为主要器件，设计步进电机调速系统，实现电机速度开环可调。 二．课程设计具体要求 1、通过按键选择速度； 2、转速测量显示范围为0~9999转/秒。 3、检测并显示各档速度。 三．主要元器件 实验板（中号） 1个步进电机 1个 STC89C52 1个电容（30pF、10uF）各1个 数码管（共阳、四位一体）1个晶振（12MHz） 1个 小按键 4个 ULN2003 1个 电阻若干发光二极管 1个 三极管（NPN） 4个排阻 1个 四．原理阐述 4.1系统简述 按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案： 用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的PWM 波，最终在ULN2003的驱动下电机转速发生改变。通过ST151传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0作为计数器，计数ST151产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 设计思路： （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个圆盘，在圆盘上挖1小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通1次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）对光电开关信号整流放大。 （3）脉冲经过单片机内部的计数器和定时器进行计数和定时。 （4）显示电路采用单片机动态显示。

4.2转速测量原理 在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N （r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]： N=60m/pTc (r/min) （1） 4.3转速测量系统组成框图 系统由信号预处理电路、单片机STC 89C51、系统化LED显示模块、串口数据存储电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机匹配的TTL信号；通过对单片机的编程设置可使内部定时器T0对输入脉冲进行计数，这样就能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中转速显示部分采用价格低廉且使用方便的LED模块，通过相关计算方法计算得到的转速通过I2C总线放到E2PROM存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。系统的原理框图如图2.1所示。 图2.1 系统的原理框图 五．系统硬件电路的设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Proteus Pro 7.5进行硬件仿真实现。 5.1脉冲产生电路设计

基于光电传感器自动循迹小车设计

基于光电传感器自动循迹 小车设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

摘要 制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。 软件是在CodeWarrior 的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。 整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。 关键词： MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车

ABSTRACT Making automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction. The software is under the CodeWarrior environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel. The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times. Keywords： MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car

光电传感器的原理、功能特点等应用

光电传感器的原理、功能特点等应用 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。光电传感器一般由处理通路和处理元件两部分组成。其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。 其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。光电传感器因为采用光学原理，因此其采集结果更精准、快速。 特点： 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（可见及紫外镭射光）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、

气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此应用广泛。 工作原理： 由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换 光电式传感器分类： ⑴反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 ⑵对射型光电传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射

光电式传感器

光电式传感器 光电式传感器的工作原理 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，其工作原理基于光电效应，通常由光源、光路、光电元件构成。所谓光电效应，是指当光照射到某种物质时，该物质的导电特性发生变化的一种物理现象。光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现的，一般情况下，它有三部分组成，可分为发送器、接收器和检测电路。投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终做出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源——发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器前面装有光学元件——透镜或光圈，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控制。 光电式传感器的分类 光电式传感器按照光电效应可分为三类：（1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等;（2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等;（3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。按光电式传感器信号形式可分为：模拟式光电传感器：位移式光电传感器；数字式光电传感器：转速传感器、光栅式传感器等。 通常，光电传感器还包括光纤传感器、固体图像传感器。光电传感器的应用可归纳为四种基本形式：直射式（辐射式）、吸收式、遮光式、反射式。 光电式传感器的测量的物理量及范围 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起 1

光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。 光电传感器的敏感波长在可见光（0．38～0．76um）附近，包括红外线（0．76～1000um）和紫外线波长（0．005～0．4um）。 光电传感器的优缺点 检测距离长。在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段。对检测物体的限制少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不像接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间。分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展，产品的成本大为降低。由于计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不能相适应，那么电子计算机便不能充分发挥应有的作用。如果传感器不能灵敏地感受被测量或不能把感受到的被测量精确地转换成信号。其他仪表和装置精度再高也无意义。近年来，新 2

第七章 光电传感器习题答案

?第七章光敏传感器 ?1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。与之对应的光电器件有哪些？ ?2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？ 3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？?4．试述光电倍增管的组成及工作原理？ ?5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？ ?6．为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再?随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？?7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。 答案： 一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应 外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。 内光电效应 当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。 二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波

长或频率的要求也不同，一般都必须满足： 对于杂质半导体： Ei为杂质电离能 三、 1、欧姆漏电 欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。 在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。 2、热发射 由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。 要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。 3、残余气体放电 光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。

光电传感器的测速

光电开关转速测量系统设计 摘要：本文设计了一种基于AT89S52单片机的光电开关转速测量系统。该系统采用对射式光电开关产生与齿轮相对应的脉冲信号，使用AT89S52单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过1602LCD液晶显示屏实时显示电机的转速值。经过仿真测试和软硬件系统的搭建，本系统满足设计要求，且结构简单、实用。系统在降低测速器成本，提高测速稳定性及可靠性等方面有一定价值，具有广泛的应用前景。关键词：转速测量，单片机，光电开关 1 绪论 1.1 课题背景 一种量大面广的产品，广泛应用于国民经济的各个行业中。而电机的生产王国正在由日本转移到中国，尤其是浙江温州和广东珠三角地区。广东省佛山市顺德区就有大大小小的电机生产厂家上百家，每年生产上亿台电机，同时顺德有许多家电生产厂家，家电中也要大量用到电机，不管是电机生产厂家，还是将电机作为它们的产品中的零部件的厂家，要将它们的产品打到国际市场上，迫切需要IS09002认证，IS09002要求生产产品所用的零部件以及最终的产品都要经过本单位的质量检测，也就是说，在顺德，每年要检测几亿个电机，对电机的测试仪的需求非常迫切。电机测试的参数主要有：效率、功率因数、定子输入电流、转矩、转速等，本课题主要研究转速的测量。 1.2 国内外发展情况 转速是各类电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、测速发电机测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法。 (1)离心式转速表测速法 离心式转速表是利用离心原理制成的测速仪表，可以直接读出转速。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，插入前，应注意清除中心孔中的油污，并使转速表的轴与电机的轴保持同心，不可上下左右偏斜，否则易将表轴扭坏，并影响准确读数，而且转速表要间歇使用，以减少磨损和发热。如果要改变量程，还要将转速表取出停转后再改变量程[2]。 (2) 测速发电机测速法 测速发电机测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压

传感器第六、七、八章思考题及习题.doc

第六章 思考题与习题 1、什么是压电效应？ 答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。 2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压 2 2 2 33) (1i c a m im C C C R R F d U +++= ωω 由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。所以压电传感器不能测量静态物理量。 3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题： 1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压： ①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。 已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：① ∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -?= ∴ c PS d Q 10111062.4-?== 又∵ S Q S Q C Q U r r a εεδ δεε00)/( /=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ?==εε、 ∴ )(8.5797/0V S Q C Q U r a ===εεδ 解② ∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -?= ∴ c PS d Q 833108.3-?== 同上： 又∵ S Q S Q C Q U r r a εεδ δεε00)/( /=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ?==εε、

光电传感器原理及应用

光电传感器原理及应用 院系：电气与机械工程学院 班 级： 13级电气2班 姓 名： 李 刚 学号： 131050147 PINGDINGSHANUNIVERSITY

前言 随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，安全防护,而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 光电传感器的原理 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、光电耦合器件等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称 为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光电电动势的效应称为内光电效应。内光电效应可分为以下两类： （１）光电导效应 在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子—空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 （２）光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 w hv -=2mv 21w hc K =λ

光电传感技术第七八章答案

1，设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm，若用它扫描500 mm×400 mm的图像，问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少？ 答：水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。 2，上题中光敏二极管在水平方向（沿图像500 mm方向）正程运动的速度为5 m/s，逆程运动的速度达50 m/s，垂直方向正程运动的速度应为多少？扫描一场图像的时间需要多少？ 答：水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间，因此垂直方向正程速度为：。扫描一场图像需时间为：。 3，上述扫描出来的图像怎样显示出来？能直接用什么制式的电视监视器显示？为什么？若想看到用线阵CCD扫描出来的图像，应采用怎样的措施？ 4，比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点，说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式？我国的PAL电视制式是怎样规定的？答：逐行扫描闪烁感低，扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单，隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半，对信号传输带宽要求也小。20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求，因此用隔行扫描技术。PAL制式规定场周期为20 ms，其中场正程时间为18.4 ms，场逆程时间为1.6 ms，行频为15625 Hz，行周期为64μs，行正程时间为52 μs，行逆程时间为12 μs。 5，现有一台线阵CCD图像传感器（如ILX521）为256像元，如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合？ 6，如何理解“环保的绿色电视”？100 Hz场频技术是基于怎样的基础？ 答：100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术，它把PAL制的50 Hz场频的信号，通过数字式存储器DARM，采用“慢存快取”的方法，即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍，实现信号场频率的倍频转换，使场扫描数倍增，从而成为场频为100 Hz的视频信号。 7，图像传感器的基本技术参数有哪些？他们对成像质量分别有怎样的影响？ 答：1，成像物镜的焦距f’，决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小；2，相对孔径D/f’，决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量；3，视场角2ω，决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。

光电传感器分类有哪些

(1)对射型 检测方式 为了使投光器发出的光能进入受光器，对向设置投光器与受光器。 如果检测物体进入投光器和受光器之间遮蔽了光线，进入受光器的光量将减少。 掌握这种减少后便可进行检测。 此外，检测方式与对射型相同，在传感器形状方面，也有投光受光部一体化，称为槽形的种类。 特长： 动作的稳定度高，检测距离长。（数cm～数十m） 即使检测物体的通过线路变化，检测位置也不变。 检测物体的光泽颜色倾斜等的影响很少。 (2)扩散反射型 检测方式 在投受光器一体型中，通常光线不会返回受光部。如果投光部发出的光线碰到检测物体，检 测物体反射的光线将进入受光部，受光量将增加。掌握这种增加后，便可进行检测。 特长： 检测距离为数cm～数m。 便于安装调整。 在检测物体的表面状态（颜色、凹凸）中光的反射光量会变化，检测稳定性也变化。 (3)回归反射型 检测方式 在投受光器一体型中，通常投光部发出的光线将反射到相对设置的反射板上，回到受光部。如果检测物体遮蔽光线，进入受光部的光量将减少。 掌握这种减少后，便可进行检测。 特长 检测距离为数cm～数m。 布线.光轴调整方便（可节省工时）。 检测物体的颜色、倾斜等的影响很少。 光线通过检测物体2次，所以适合透明体的检测。 检测物体的表面为镜面体的情况下，根据表面反射光的受光不同，有时会与无检测物体的状 态相同，无法检测。这种影响可通过MSR功能来防止。 (4) 距离设定型 检测方式 作为传感器的受光元件，使用2比例光电二极管或位置检测元件。通过检测物体反

射的投 光光束将在受光元件上成像。这一成像位置以根据检测物体距离不同而差异的三角测距原理为检测原理。 下图所示的是使用2比例光电二极管的检测方式。2比例光电二极管的一端（接近外壳的 一侧）称为N（Near）侧，而另一端称为F（Far）侧。检测物体存在于已设定距离的位置上的情况下，反射光将在N侧和F侧的中间点成像，两侧的二极管将受到同等的光量。此外，相 对于设定距离，检测物体存在于靠近传感器的位置的情况下，反射光将在N侧成像。相反的， 相对于设定距离，检测物体存在于较远的位置的情况下，反射光将在F侧成像。传感器可通过 计算N侧与F侧的受光量差来判断检测物体的位置。 距离设定型的特长 受检测物体的表面状态颜色的影响少。 不易受背景物体的影响。 BGS(Background Suppression)和FGS(Foreground Suppression) 在E3Z-LS61/-66/-81/-86中，检测传输带上物体的情况下，可选择BGS和FGS两种功能中的任 何一个。 BGS是不会对比设定距离更远的背景（传输带）进行检测的功能。 FG是不会对比设定距离更近的物体，以及回到受光器的光量少于规定的物体进行检测的功能，反言之，是只对传输带进行检测的功能。回到受光器光量少的物体是指： ①检测物体的反射率极低，比黑画纸更黑的物体。 ②反射光几乎都回到投光侧，如镜子等物体。 ③反射光量大，但向随机方向发散，有凹凸的光泽面等物体。 注：③的情况下，根据检测物体的移动，有时反射光会暂时回到受光侧，所以有时需要通过OFF延迟定时器来防止高速颤动。 特长 可对微小的段差进行检测（BGS、FGS）。 不易受检测物体的颜色影响（BGS、FGS）。 不易受背景物体的影响（BGS）。 有时会受检测物体的斑点影响（BGS、FGS）。 (5)限定反射型 检测方式 与扩散反射型相同，接受从检测物体发出的反射光进行检测。设置为在投光器和受光器上仅入射

基于光电传感器的计数研究

基于红外光电传感器—简易计数器的研究 1 基于红外光电传感器—简易计数器的研究 2011年12月6日

基于红外光电传感器—简易计数器的研究 2 前言 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。 由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它是一种以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 光随着计数器技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广，随之而来的竞争也越来越激烈。光电传感器在现在的生活中应用非常广泛。如在工厂中用于计数货物的件数，或者制作红外报警器,或者应用于智能车等等。但是现在我们来讨论红外传感器用于计数器的简单应用！ 一、光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 由于我们着重是研究传感器，所以对其原理做了详细的说明与重点介绍。 1.1、理论基础——光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 光照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大时，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数，h ＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子， 电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，A 为逸出功。 1.2、光电元件及特性 根据外光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。 1、光电管 光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，光 A -h m 21 2νν=A hc K = λ

光电传感器的模拟量检测

光电传感器的模拟量检测 1.光电比色温度计 光电比色湿度iI是根据热辐射定律．使用光电他址行非接触测温的一个典型例子。根据 有关的辐射定律，物体在两个特定波长Al小L的LI、J；，之比与该物体的温度成指 数关系。式中。从从物体的照度冉关的常数。 因此，我们只要测山Jd?、如之比。就能算出物休的温度人图12 10所示为光电1七色温 度计的原型图。 洲讽对象发出的辐射光经物镜2投射到半透半反镜3上．它将光线分为两路：纪一路光线 经反射镜4、门铅55t以使用者的眼睛。以便瞄准测温对象：第二路光线穿过半透半反镜成像 于光饲7，迥过光导榨8混合均勾店投射到分光镜tJ上．分光镜的功能足伎红外光通过，dJ见 光反刘。红外光透过分光镜到达滤AVX钽电容光片lo，滤光片的功能足进一步起滤光作用，它只让红外 光中的策一特定波长A、的光线通过，最后被肢光电池H所接收，转换力与JAj成正比的光电流 ／t。滤光片12的作构是只计某一特定波则6光线通过，最后被砍光电池L3所接收，转换为勺

入成正比的光电流J：。Jl、J：分别经过?b流／L6压转换器H、历转换为电压从、[J，再纤过运 算电路16勇出L／J心，伯。晌于[／i八J：伍可以代表J，f—／u”故采用——定的力、法uf以计男：出被洲 物的温度人出显示器17显示以来o 2光电式烟尘农度计 烟尘的排放足环境污染的互要来源，为了拌制和减少烟伞的排放达、对烟41的监 测址必要 的。团12—1t所承为光电式烟尘浓度计的原理图c 光源发出的光线经半透半反镜分成W束强度桶等的光线，—路光线直接到达光电二仪管 7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信导。另路)L线芽过被洲烟：脉U达光电二恢管6上．义 中—那分光线被坝伞吸4女或折射．烟尘浓度越高，光线的衰减虽越大．到达光电二 极管G／16光 遏丛眺越小。两路光线均转换成电压信号门、认，出运算电路8计算出t／l八人的他。外逃一步 其：山；波洲烟伞的浓皮。 采用半透半反镜钽电容3及光电二极管7作为参比迈道则好处是：当光源的)L边姓内于种种原 固有所变化或因环境温度变化引起光电二极管灵敏度发生改变时。出于两个通道结构 完全“

第八章 光电式传感器练习答案

第八章光电式传感器 §8-1 真空光电器件 作业题 1.光电管由一个和一个封装在一个内组成。它 的技术特性主要取决于。（阴极；阳极；光电阴极材料） 2.光电管的光谱特性主要取决于的特性，光电管对入射光的 具有选择性，这是因为对入射光的有选择性。（光 电阴极材料；频谱；光电阴极；频谱） 3.光电管的伏安特性是指，与的关系。当阳极 电压较小时，光电流随而增加。到电压以后，光电流，这是因为单位时间内发射的光电子全部被阳极收集了。（一定光适量照 射下；阴极电压；光电流；阳极电压增加；饱和；饱和；发射的光电子） 4.光倍增管的结构与基本一样，也是在壳内，安装 和，只是在之间再安装几个。（光电管；玻璃； 阳极；阴极；阳极与阴极；倍增级） 5.光电倍增管倍增系数大约为数量级，故光电倍增管的 极高。随着的升高，倍增系数也增加。（106；灵敏度；工作电 压） 6.当入射光不变时，被照物体在单位时间内与 成正比。（频谱；发射的光电子数；入射光强度） §8-2 光敏元件 作业题 1.物体受到光照以后，物体内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体 内部，使物体的或产生的现象称为。（电阻率 发生变化；光电动势；内光电效应） 2.在光线的作用下，半导体的的现象称光电导效应。（电导率增加）

3.光照射使半导体原子中的吸收光子能量激发出的现象，称本 征光导效应；光照射使半导体杂质吸收光子能量激发出的现象，称非本征光导效应，它的激发比本征光导效应。（价电子； 自由电子同时产生空穴；自由电子；容易） 4.某种半导体能否产生光电效应，决定于照射光的，而光的强 度只取决于产生的。（频率；光子数目的多少） 5.光敏电阻是用制成的，极性，是个电阻。使用时可 以加电压，亦可加电压。不同下电阻值不同，对不同的入射光有的灵敏度。（光导体；没有；纯；直流； 交流；材料；波长；不同） 6.将光敏电阻置于室温、条件下，经过一定稳定时间后，测得的 阻值称暗电阻；在条件下，测得的阻值称为。（无光照全暗；光照；亮电阻） 7.一定电压作用下，与的关系称为光敏电阻的光电特 性。因为它具有性，光敏电阻不宜做测量元件。（光适量；光通量；非线） 8.光敏电阻的频率特性中的频率是指。（光强度变化的频率） §8—3 光电池 作业题 1.光电池是基于直接将转换成的一种有源器 件。（光生伏特效应；光能；电能） 2.硅光电池是在N型硅片上渗入形成一个 PN结附近激发出 光生电子、空穴对时，由PN结将光生电子、空穴对进行漂移，使 PN结两边半导体产生。（P型杂质；大面积；光照射PN结区；阻挡层；电动势） 3.硅光电池的光谱比硒大。它的光照度与短路电流的关系呈，光 照度与开路电压的关系有。使用硅光电池做测量变换元件时，最 好使其工作在。它在温度特性是指与随的特