谈光电传感器的原理及应用

张晓霞

（甘肃机电职业技术学院，甘肃天水，741001）

谈光电传感器的原理及应用

张晓霞

（甘肃机电职业技术学院，甘肃天水，741001）

随着科学技术的飞速发展，传感技术与检测技术也在得到了迅猛发展，它的应用已进入科学研究、国防建设、工农业生产和人们日常生活的各个领域。因此，在当今信息时代掌握传感器与检测技术显得相当重要。光电传感器是基于光电效应工作的半导体器件，由于其高精度、高可靠性、非接触性等特点，在生产生活中得到广泛的应用。

光电效应；光电传感器；应用

1 光电传感器的工作原理

1.1 光电效应

光电传感器是以光电效应为机理工作的。通常把光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类类型。外光电效应是指当光照射在物体表面上时，可看成物体受到一连串具有一定能量的光子轰击，由于物体中的电子吸收了光子的能量，从而使物体的电学性质发生了变化，这种现象称为外光电效应。比如光电管、光电倍增管等器件都是基于这种效应的。内光电效应是指在光线作用下，物体电导率增大的现象称为内光电效应，许多基于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、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。

1.2 常见光电器件及其特性

1.2.1 光敏电阻

光敏电阻是采用半导体材料制成的光电器件，又称光导管。光敏电阻在光线的作用下，其电导率增大，电阻值变小。

光敏电阻的伏安特性测量如图1所示。

图1 光敏电阻伏安特性测试电路

第一步：按上图1连接好线路，电源由DH-VC3直流恒压源提供。

第二步：通过改变光源电压或者调节光源到光敏电阻之间的距离以提供一定强度的光照，每照一次，可测出加在光敏电阻上电压U。测量五次的电压值为+2V、+ 4V、+6V、+8V、+10V，即根据公式,算出此时光敏电阻的阻值。

第三步：根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线。

图2 光敏电阻的伏安特性曲线图

由上图看出，在一定光照下，光敏电阻的光电流和光电压成线性关系，并且随着电压的增大而增大。光越强，光电流增长越快。

1.2.2 光敏三极管

光敏三极管具有两个PN结，它把光信号转变为电信号的同时，又将电流加以放大，灵敏度比光电二极管高。

光敏三极管的伏安特性测量如图3所示。

第一步：按上图3连好线路，光源电压为0～12V（可调）。

第二步：将可调光源调至相对光强为“弱光”的位置，在一定光照条件下，每次测出加在光敏三极管上的偏置电压UCE与产生的光电流IC的关系数据。其中光电流以这公式计算(l.00KΩ为取样电阻R）。

第三步：根据测量数据画出光敏三极管的伏安特性曲线。

图3 光敏三极管特性测试电路

图4 光敏三极管的伏安特性曲线图

从上图看出，当光强较弱时，光敏三极管的光电流不随光电压变化，当光强的增大时，其光电流在一定范围内随着电压的增大而增大，而后保持一定值不变。

1.3 光电传感器的组成

光电传感器是将光信号转换成电信号一种传感器。它通常由光源、光学通路、光电元件和检测电路四部分组成。如下图5所示。

图5 光电传感器的组成框图

图中光源是由发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管等半导体器件充当，用来发射光束；光电元件主要是光电二极管、光电三极管、光电池等半导体器件，用来接收光信号，并将光信号转换成电参量，在其后面的检测电路，主要对电参量进行放大、整形、滤波转化为有用的电信号。

2 光电传感器的应用

2.1 光电三极管测速

光电三极管测速的工作原理如图6所示。在机床转轴上安装一个具有均匀分布齿轮的调制盘，调制盘的一边由固定的发光管产生恒定光，另一边为光电三极管或光电二极管。当转轴转动时，调制盘跟随转动，发光二极管发出的恒定光被调制成随时间变化的调制光，光电三极管间断接收到透射的光信号，输出脉冲。

2.2 反射式烟雾报警检测器

烟雾报警检测器示意图如图7所示。无烟雾时，无光线照射到光敏电阻上，其阻值很大，UA很小，晶闸管截止，电铃不响；当烟雾时，白炽灯光线通过烟雾反射到光敏电阻上，其阻值变小，UA增大，晶闸管导通，电铃发出报警声。

图6 光电三极管测速的原理图

图7 反射式烟雾报警检测器示意图

3 结语

光电传感器还广泛应用于生产线上，主要对各种材料的厚度、宽度、轮廓的实时测量, 具有精度高、非接触测量、不损伤物体表面、无环境污染、抗干扰能力强等优点, 所以光电传感器是我国工业生产线产品质量控制的重要设备。

[1]唐文彦.传感器（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]张洪润，孙悦，张亚凡.传感技术与应用教程（第2版）[M].北京：清华大学出版社，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

张晓霞，女，汉族，甘肃白银人，讲师，研究方向电气工程，自动控制。