传感器作业——热电式传感器

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光电式传感器原理及应用

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传感器作业——热电式传感器

光电式传感器原理及应用

摘要：本文着重研究压光电式传感器的原理及光电式传感器的应用，即基于光电式传感器的科学原理及其在实际生产生活中的运用。本文通过对传感器原理、光电效应、传感器的应用等的学习，分析了热电式传感器的基本原理及其电量转化等的工作过程。在目前自动化、智能化发展的趋势下，传感器的应用越来越广泛与重要，本文的研究目的即在于深入了解传感器的原理与基本结构以期站在本源的角度分析与应用光电式传感器。

关键词：光电效应；光电式传感器

引言：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。基于光电效应的传感器—光电式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。光电测量时不与被测对象直接接触，属于非接触式测量。光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。

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一.光电式传感器的基本原理：

光电式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。

光电效应：它是光照射到某些物质

上，使该物质的导电特性发生变化

的一种物理现象，可分为外光电效

应和内光电效应和光生伏特效应三

类。外光电效应是指，在光线作用

下物体内的电子逸出物体表面向外

发射的物理现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的

描述。光子具有能量hv，h为普朗克常数，v为光频。光子通量则相应于光

强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述：

Ek =hν - W

其中，h 表示普朗克常量，ν 表示入射光的频率）。

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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，基

于外光 电效应的光电元件有光电管、光电信增管等。

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。基

于内光电效应的光电元件有光敏电阻、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，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

光电式传感器的结构形式：

透射式：恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部

分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图所示。可用于

测量透明度、混浊度。

反射式：恒定光源发射的光通量投射到被

测物上，由被测物表面反射后再投射到光电

元件上，如图所示。反射光的强弱取决于被

测物表面的性质和状态，因此可用于测量工

件表面粗糙度、纸张的白度等。

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辐射式：光源本身是被测物，它

发出的光投射到光电元件上，光

电元件的输出反映了光源的某些

物理参数，如图所示。这种型式

的光电传感器可用于光电比色高

温计和照度计。

遮挡式：从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮

挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺

寸或位置。如图所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。

二.热电式传感器的应用

光电式带材跑偏检测器

带材跑偏检测器用来检测带型材料在

加工中偏离正确位置的大小及方向，从而

为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于

印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。

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光电式带材跑偏检测器原理如图1所示。光源发出的光线经过透镜1会

聚为平行光束，投向透镜2，随后被会聚到光敏电阻上。在平行光束到达透

镜2的途中，有部分光线受到被测带材的遮挡，使传到光敏电阻的光通量减

少。

图2为测量电路简图。R1、R2是同型号

的光敏电阻。R1作为测量元件装在带材下方，

R2用遮光罩罩住，起温度补偿作用。当带材

处于正确位置（ 中间位）时，由R1、R2、R3、

R4组成的电桥平衡，使放大器输出电压U0

为0。当带材左偏时，遮光面积减少，光敏电阻R1阻值减少，电桥失去平衡。差动放大器将这一不平衡电压加以放大，输出电压为负值，它反映了带材跑

偏的方向及大小。反之，当带材右偏时，U0为正值。输出信号U0一方面由

显示器显示出来，另一方面被送到执行机构，为纠偏控制系统提供纠偏信号。

包装充填物高度检测

用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还

对充填高度有一定的要求，以保证商品

的外观质量，不符合充填高度的成品将

不许出厂。右图所示为借助光电检测技

术控制充填高度的原理。当充填高度h

偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。

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光电色质检测

右图为包装物料的光电色质检测

原理。若包装物品规定底色为白色，

因质量不佳，有的出现泛黄，在产品

包装前先由光电检测色质，物品泛黄

时就有比较电压差输出，接通电磁阀，

由压缩空气将泛黄物品吹出。

烟尘浊度监测仪

防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首

先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。

烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如

果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测

器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

其他方面的应用

利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是否到位

及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴 ，以及送料

机构是否断料等。

瓶子灌装检测示意图 送料机构检测示意图

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此外，利用反射式光电传感器可以检测布料的有无和宽度（见图9）。

利用遮挡式光电传感器检测布料的下垂度，其结果可用于调整布料在传送中

的张力，利用安装在框架上 …… 此处隐藏：1207字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……