1、光電傳感器

　　光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源，光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，測(cè)量形式靈活多樣，在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。

　　2、光電元件

　　光電元件是光電傳感器中最重要的組成部分，它的核心工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒二象性，光是由光速運(yùn)動(dòng)的光子所組成，每個(gè)光子的能量E = h * v，h是普朗克常數(shù)，v是光的頻率。當(dāng)物體受到光線照射時(shí)，其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài)，自身的電性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變，這樣的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。根據(jù)電屬性狀態(tài)的不同變化，將光電效應(yīng)分為以下三種：

　　1)外光電效應(yīng)——在光線作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管，光電倍增管等

　　2)光電導(dǎo)效應(yīng)——在光線作用下使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)�；�于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻，光敏晶體管等

　　3)光生伏特效應(yīng)——在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)�；�于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等

　　2.1 外光電效應(yīng)器件

　　1)工作原理

　　以光電管為例，當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí)，單個(gè)光子把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個(gè)自由電子，從而使自由電子的能量增加W。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功W0時(shí)，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發(fā)射，這種電子稱為光電子。光電子逸出之后的動(dòng)能E = W — W0。光的能量和頻率的關(guān)系為 W = h * v ，h為普朗克常數(shù)，v 是光的頻率。所以光電子動(dòng)能E = h (v — v0)，也就是說(shuō)，只有當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電子。

　　光電子產(chǎn)生之后，被真空管中的陽(yáng)極所吸收，從而產(chǎn)生電流。若此時(shí)增加光照強(qiáng)度，更多的光子將會(huì)照射到陰極材料，從而產(chǎn)生更多光電子，光電流也會(huì)相應(yīng)增加。在電阻R值確定的情況下，回路中的光電流與入射光的光照強(qiáng)度成函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化，通過(guò)測(cè)量電路讀取電流數(shù)，即可算出光照強(qiáng)度。

　　2.2 內(nèi)光電效應(yīng)器件

　　根據(jù)能帶理論，自由原子中電子具有的能量狀態(tài)不是任意的，電子只能存在在一定的能級(jí)上。能級(jí)通常用能帶圖表示，能帶分為價(jià)帶、禁帶和導(dǎo)帶。電子可以在導(dǎo)帶中流動(dòng)，不可以在價(jià)帶中流動(dòng)，在外界影響下，電子可由價(jià)帶越過(guò)帶隙進(jìn)入到導(dǎo)帶，從而改變導(dǎo)體的電阻。

　　不同導(dǎo)體的帶隙厚度不一樣，如下圖所示，絕緣體的帶隙較寬，導(dǎo)致電子很難從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，所以其電阻很大;金屬導(dǎo)體沒(méi)有帶隙，其價(jià)帶和導(dǎo)帶相連，因此導(dǎo)電性能好。

　　電子吸收光子能量后，由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶從而改變導(dǎo)體電阻的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以制作光敏電阻，通過(guò)觀察電阻的變化來(lái)確定被測(cè)光量。

　　2.3 光生伏特效應(yīng)

　　光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)，指的是物體在受到光照之后產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光電池是一種自發(fā)電式的光電元件，它受到光照時(shí)自身能產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)，在不加電源的情況下，只要接通外電路，便有電流通過(guò)。具體的工作原理如下：

　　光伏電池在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成的一個(gè)大面積PN結(jié)，P區(qū)有大量的空穴，N區(qū)有大量的電子。當(dāng)光照射P區(qū)表面時(shí)，若光子能量大于硅的禁帶寬度，則在P型區(qū)內(nèi)每吸收一個(gè)光子便產(chǎn)生一個(gè)電子—空穴對(duì)，P區(qū)表面吸收的光子越多，激發(fā)的電子空穴越多，越向PN結(jié)區(qū)越少。由于PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的方向是由N區(qū)指向P區(qū)的，它使擴(kuò)散到PN結(jié)附近的電子—空穴對(duì)分離，光生電子被推向N區(qū)，光生空穴被留在P區(qū)。從而使N區(qū)帶負(fù)電，P區(qū)帶正電，形成光生電動(dòng)勢(shì)。若用導(dǎo)線連接P區(qū)和N區(qū)，電路中就有光電流流過(guò)。

　　3、光電傳感器組成

　　光電傳感器通常由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成，在發(fā)射器中由光源發(fā)射光線，經(jīng)由光路將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，到達(dá)接收器中的感光元件后將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后再經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路讀取電信號(hào)，計(jì)算出光信號(hào)數(shù)值，根據(jù)被測(cè)量與光信號(hào)的關(guān)系，再得出被測(cè)量。

　　4、光電傳感器應(yīng)用

　　相比于傳統(tǒng)的電阻、電容、電感等傳感器，光電傳感器具有“精度高，反應(yīng)快，非接觸”等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的用于檢測(cè)和控制領(lǐng)域。

　　4.1 包裝充填物高度檢測(cè)

　　用容積法計(jì)量包裝的成品，除了對(duì)重量有一定誤差范圍要求外，一般還對(duì)充填高度有一定的要求，以保證商品的外觀質(zhì)量，不符合充填高度的成品將不許出廠。下圖所示為借助光電檢測(cè)技術(shù)控制充填高度的原理。當(dāng)充填高度h偏差太大時(shí)，光電接頭沒(méi)有電信號(hào)，即由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將包裝物品推出進(jìn)行處理。

　　4.2 光電色質(zhì)檢測(cè)

　　若包裝物品規(guī)定底色為白色，因質(zhì)量不佳，有的出現(xiàn)泛黃，在產(chǎn)品包裝前先由光電檢測(cè)色質(zhì)，物品泛黃時(shí)就有比較電壓差輸出，接通電磁閥，由壓縮空氣將泛黃物品吹出。

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