1、機(jī)、電類傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程模塊八、光學(xué)量檢測(cè) 課件統(tǒng)一書號(hào)：ISBN 978-7-111-48817-0課程配套網(wǎng)站或 2015年2月第1版（作者：梁森、黃杭美、王明霄、王侃夫）10/2/20221.機(jī)、電類傳感器與檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目教程模塊八、光學(xué)量檢測(cè) 本模塊介紹“光學(xué)量” 的基本概念、各種光電元件，例如：紫外光電管、光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管、光電池，介紹各種光電元件的應(yīng)用。還介紹了光導(dǎo)纖維傳感器及其應(yīng)用。內(nèi)容簡(jiǎn)介今天是：10/2/202210/2/20222.本模塊介紹“光學(xué)量” 的基本概念、各種光電元件，例如：紫外光模塊八、光學(xué)量檢測(cè)（中） 目錄進(jìn)入進(jìn)入（上）知識(shí)鏈接 光學(xué)量的

2、基本概念（上）項(xiàng)目一、光電元件及應(yīng)用電路（中）項(xiàng)目二、光電傳感器的應(yīng)用拓展閱讀 光導(dǎo)纖維傳感器及應(yīng)用現(xiàn)在時(shí)間是：10:16進(jìn)入10/2/20223.模塊八、光學(xué)量檢測(cè)（中） 目錄進(jìn)入進(jìn)入（上）知識(shí)鏈接 光學(xué)項(xiàng)目二 光電傳感器的應(yīng)用【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)目標(biāo)1）了解光電傳感器4種類型的應(yīng)用。2）了解鍋爐爐膛火焰的檢測(cè)方法。 技能目標(biāo)1）掌握轉(zhuǎn)速測(cè)量中的1誤差分析。2）掌握邊緣位置的檢測(cè)和糾偏方法。回目錄10/2/20224.項(xiàng)目二 光電傳感器的應(yīng)用【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】回目錄10/2/2光電傳感器的幾種基本應(yīng)用型式圖8-23 光電傳感器的4種應(yīng)用型式a）被測(cè)物是光源 b）被測(cè)物吸收部分光c）被測(cè)物是有

3、反射能力的表面 d）被測(cè)物遮蔽部分光光電傳感器的幾種應(yīng)用形式的演示10/2/20225.光電傳感器的幾種基本應(yīng)用型式圖8-23 光電傳感器的4種應(yīng)任務(wù)一 被測(cè)物本身是光源的檢測(cè)光的照度E的單位是lx（勒克斯），表示受照物體被照亮的程度，可以用照度計(jì)（也稱勒克斯計(jì)）來(lái)測(cè)量。 光電池(外加柔光罩）10/2/20226.任務(wù)一 被測(cè)物本身是光源的檢測(cè)光的照度E的單位是lx（勒克一、照度計(jì)是一種專門測(cè)量光的照度的儀器儀表，又稱勒克斯計(jì)。照度計(jì)通常是由硅光電池（或硒光電池）與微安表（模擬式）或數(shù)字電路組成。a）原理圖 b）外形1余弦角度補(bǔ)償器 2V()修正濾光片 3磷硅玻璃 4氮化硅減反射膜 5SnO2

4、半透明柵線前電極 6光電池 7銀鋁漿電極 8微安表 9液晶屏 10控制鍵圖8-24 10/2/20227.一、照度計(jì)是一種專門測(cè)量光的照度的儀器儀表，又稱勒克斯計(jì)。照照度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：示值切換范圍：1.99910n lx （n=15）取樣率：2.5次/秒操作環(huán)境：050相對(duì)濕度70%RH10/2/20228.照度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：10/2/20228.照度計(jì)中的補(bǔ)償器1.受照面的亮度與光源的入射角度有關(guān)。當(dāng)光源入射角度不與柔光罩垂直時(shí)，必須進(jìn)行余弦補(bǔ)償。斜向光照 2.光電池對(duì)不同顏色光的轉(zhuǎn)換效率不同，必須進(jìn)行顏色補(bǔ)償。光電池的峰值波長(zhǎng)約為0.78微米。10/2/20229.照度計(jì)中

5、的補(bǔ)償器1.受照面的亮度與光源的入射角度有關(guān)。當(dāng)光二、火焰探測(cè)器1火焰探測(cè)器的用途在大型鍋爐的燃燒過(guò)程中，需要利用火焰探測(cè)器來(lái)檢測(cè)火焰的燃燒和熄滅，并檢測(cè)火焰的穩(wěn)定性。火焰探測(cè)器與爐膛吹掃、送風(fēng)機(jī)、給煤粉機(jī)等組成FSSS（或BMS）燃燒器管理系統(tǒng)，可以防止火焰突然熄滅時(shí)，爐膛內(nèi)積存的可燃性氣體在高溫下發(fā)生爐膛爆燃事故。2火焰的特點(diǎn)較強(qiáng)的火焰能發(fā)射出幾乎連續(xù)的發(fā)光光譜，包含紅外光、可見光和紫外光。多數(shù)火焰的燃燒信號(hào)是一種不規(guī)則的脈動(dòng)信號(hào)。頻率信號(hào)包含信號(hào)的頻譜、帶寬、峰峰值等參數(shù)，要對(duì)這部分信號(hào)進(jìn)行濾波，從中提取火焰的燃燒特征。鍋爐中的煤粉火焰存在著3種閃爍頻率：1550Hz時(shí)火焰正常；715H

6、z時(shí)火焰不穩(wěn)定；小于7Hz時(shí)火焰喪失。10/2/202210.二、火焰探測(cè)器1火焰探測(cè)器的用途10/2/202210.火焰信號(hào)的特點(diǎn)火力發(fā)電廠圖8-25 鍋爐爐膛的輻射強(qiáng)度變化跳動(dòng)的火焰10/2/202211.火焰信號(hào)的特點(diǎn)火力發(fā)電廠圖8-25 鍋爐爐膛的跳動(dòng)的火焰3火焰探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖8-26 鍋爐火焰檢測(cè)原理圖1火焰 2高溫鏡頭 3紅外濾除片 4成像光導(dǎo)纖維束 5光導(dǎo)纖維外殼 6火焰成像 7光電池10/2/202212.3火焰探測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖8-26 鍋爐火焰檢測(cè)原理圖10/2圖8-27 火焰探頭的光譜響應(yīng)圖8-28 爐膛火焰探測(cè)器的安裝10/2/202213.圖8-27 火焰探頭的光譜響應(yīng)圖

7、8-28 爐膛火焰探測(cè)器鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)FSSS系統(tǒng)10/2/202214.鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)FSSS系統(tǒng)10/2/202214.三、色彩傳感器也稱顏色傳感器、色標(biāo)傳感器等。色彩是光源、物體和觀察者之間交互的結(jié)果。例如，紅紙會(huì)吸收光譜中大多數(shù)帶綠色的部分和帶藍(lán)色的部分，同時(shí)反射光譜中紅色的部分，因此對(duì)觀察者會(huì)表現(xiàn)為紅色。葉綠素吸收紅、藍(lán)、紫光，反射綠色光。任何一個(gè)物體的顏色都可用紅、綠、藍(lán)（R、G、B）三原色的光功率譜的函數(shù)來(lái)表示。射入眼睛的光線刺激視網(wǎng)膜上對(duì)不同顏色有不同靈敏度的視覺細(xì)胞，并通過(guò)視神經(jīng)傳送到大腦，從而感覺到色彩。10/2/202215.三、色彩傳感器也稱顏色傳感器、色標(biāo)傳感器等

8、。任何一個(gè)物體的顏色彩 色度圖 色彩傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過(guò)與非色標(biāo)區(qū)相比較來(lái)實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)。視網(wǎng)膜中的三種視錐細(xì)胞對(duì)顏色的感應(yīng)三基色光合成10/2/202216.色彩 色度圖 色彩傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑色彩傳感器（續(xù)）圖8-29 色彩傳感器及信號(hào)處理示意圖1紅、綠、藍(lán)濾色片 2玻璃基板 3-Si 4透明導(dǎo)電膜 5公共電極 6背面引出電極 7遮光保護(hù)樹脂 8電流/電壓轉(zhuǎn)換器10/2/202217.色彩傳感器（續(xù)）圖8-29 色彩傳感器及信號(hào)處理示意圖10色彩傳感器（續(xù)）10/2/202218.色彩傳感器（續(xù)）10/2/202218.色彩傳感器（續(xù)）無(wú)定型硅（

9、-Si）制成的色彩傳感器能得到三色信號(hào)。在玻璃基板上按順序粘貼紅、綠、藍(lán)濾色鏡，分別與R、G、B三個(gè)輸出電極處于同一軸線上。-Si本身的光譜靈敏度與人眼十分接近，峰值波長(zhǎng)約為0.50.6m。當(dāng)光線透過(guò)紅、綠、藍(lán)濾光片后，就可以分別得到R、G、B三根光譜特性。圖8-29 色彩傳感器及信號(hào)處理示意圖10/2/202219.色彩傳感器（續(xù)）無(wú)定型硅（-Si）制成的色彩傳感器能得到三色標(biāo)傳感器的原理及應(yīng)用 顏色傳感器中，有一類稱為“色標(biāo)傳感器”，常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它是通過(guò)與非色標(biāo)區(qū)相比較來(lái)實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。可用于包裝、印刷、制藥、紡織、涂料、化妝品、農(nóng)業(yè)、血液診斷、尿樣

10、分析和假牙等。還可用于彩色材料的定位、定長(zhǎng)、分切、糾偏、計(jì)數(shù)等功能。10/2/202220.色標(biāo)傳感器的原理及應(yīng)用 顏色傳感器中，有一類稱為“色標(biāo)傳感器各種色標(biāo)傳感器外形色標(biāo)傳感器能區(qū)別紅、綠、藍(lán)（或其他）顏色。10/2/202221.各種色標(biāo)傳感器外形色標(biāo)傳感器能區(qū)別紅、綠、藍(lán)（或其他）顏色。色標(biāo)傳感器外形（續(xù)）10/2/202222.色標(biāo)傳感器外形（續(xù)）10/2/202222.色標(biāo)傳感器在流水線上檢測(cè)產(chǎn)品的顏色10/2/202223.色標(biāo)傳感器在流水線上檢測(cè)產(chǎn)品的顏色10/2/202223. 用多個(gè)色標(biāo)傳感器測(cè)量薄板的顏色10/2/202224. 用多個(gè)色標(biāo)傳感器測(cè)量薄板的顏色10/2/2

11、02224.產(chǎn)品包裝色彩檢測(cè)、分選10/2/202225.產(chǎn)品包裝色彩檢測(cè)、分選10/2/202225.任務(wù)二 被測(cè)物吸收部分光的檢測(cè)一、人體指尖脈搏儀（放大圖見后一頁(yè)）圖8-31 光電式指尖脈搏儀示意圖a）電原理框圖 b）各關(guān)鍵點(diǎn)信號(hào)波形1中指 2遮光盒 3紅色發(fā)光二極管 4光敏晶體管 5基座10/2/202226.任務(wù)二 被測(cè)物吸收部分光的檢測(cè)一、人體指尖脈搏儀（放大圖見波形放大圖見后一頁(yè)圖8-3110/2/202227.波形放大圖圖8-3110/2/202227.10/2/202228.10/2/202228.1誤差因時(shí)間閘門開啟和關(guān)閉時(shí)與時(shí)鐘脈沖的邊沿不同步而致，使計(jì)數(shù)脈沖群的首尾可能

12、多一個(gè)脈沖或少一個(gè)脈沖，從而產(chǎn)生“1誤差”。可以提高“時(shí)鐘”頻率，來(lái)相對(duì)地減小1誤差。10/2/202229.1誤差因時(shí)間閘門開啟和關(guān)閉時(shí)與時(shí)鐘脈沖的邊沿不同步而致，使人體指尖脈搏儀原理（續(xù)）每分鐘的脈搏數(shù)值 （8-8）式（8-8）給出的理論分辨率可達(dá)1/1000。因時(shí)間閘門開啟和關(guān)閉時(shí)與時(shí)鐘脈沖的邊沿不同步，致使計(jì)數(shù)脈沖群的首尾可能多一個(gè)或少一個(gè)脈沖，稱為1誤差。 當(dāng)脈搏在99次/min以下時(shí)，小數(shù)點(diǎn)設(shè)置在倒數(shù)第二位，分辨力為0.1次/min；當(dāng)脈搏在99次/min以上時(shí)，不設(shè)小數(shù)點(diǎn)。10/2/202230.人體指尖脈搏儀原理（續(xù)）每分鐘的脈搏數(shù)值 當(dāng)脈搏在99血氧、脈搏檢測(cè)儀脈搏血氧飽和度

13、測(cè)量的基本原理是：還原血紅蛋白(RHb)與氧氣結(jié)合后變成氧合血紅蛋白(HbO2)，呈暗紅色，氧合血紅蛋白呈鮮紅色，兩者對(duì)紅光和紅外光的吸收不同。 在波長(zhǎng)為660nm的紅光處，還原血紅蛋白對(duì)光的吸收比氧合血紅蛋白強(qiáng)十倍以上，而在波長(zhǎng)為940nm的紅外光處，還原血紅蛋白對(duì)光的吸收比氧合血紅蛋白弱得多。10/2/202231.血氧、脈搏檢測(cè)儀脈搏血氧飽和度測(cè)量的基本原理是：還原血紅蛋白二、透射式光電濁度儀水的“混濁程度”可以用“濁度”來(lái)表示。當(dāng)水體中有體積較大的懸浮顆粒物時(shí)，通過(guò)水體的部分光線會(huì)被吸收、多次反射及散射，此時(shí)需采用吸收法測(cè)量水樣的“吸光度”。水的濁度值越高，透射光就越弱。10/2/20

14、2232.二、透射式光電濁度儀水的“混濁程度”可以用“濁度”來(lái)表示。1透射式光電濁度儀原理將一定量的白色高分子聚合物作為濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液的基準(zhǔn)物質(zhì)。1L水中含有1mg的硫酸肼與六次甲基胺聚合的濁度定義為1FNU。圖8-32 透射式光電吸光度儀原理圖1恒流源 2遮光盒 3波長(zhǎng)為850nm的LED 4小孔 5半反半透鏡 6全反射鏡 7含沙被測(cè)水樣 8、11光電池 9、12電流/電壓轉(zhuǎn)換器 10標(biāo)準(zhǔn)水樣參比通道（抵消外界影響） 10/2/202233.透射式光電濁度儀原理將一定量的白色高分子聚合物作為濁度標(biāo)準(zhǔn)溶透射式光電濁度儀參比通道與測(cè)量通道（放大圖）10/2/202234.透射式光電濁度儀參比通道與

15、測(cè)量通道（放大圖）10/2/202光電式含沙量測(cè)量將裝有濁水的試管插入儀器中10/2/202235.光電式含沙量測(cè)量將裝有濁水的試管插入儀器中10/2/2022透射式光電濁度儀原理（續(xù)）紅外光從小孔4射出，經(jīng)過(guò)半反半透鏡5分成兩束強(qiáng)度相等的光線：一路光線穿過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水樣10（有時(shí)也采用標(biāo)準(zhǔn)衰減板），到達(dá)光電池11，產(chǎn)生作為被測(cè)水樣濁度的參比信號(hào)；另一路光線經(jīng)全反射鏡6后，穿過(guò)含沙被測(cè)水樣7到達(dá)光電池8，其中一部分光線被樣品介質(zhì)吸收。10/2/202236.透射式光電濁度儀原理（續(xù)）紅外光從小孔4射出，經(jīng)過(guò)半反半透鏡透射式光電濁度儀原理（續(xù)）樣品水樣越混濁，光線衰減量越大，到達(dá)光電池8的光通量就越小

16、。上下兩路光信號(hào)分別為轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)Uo1和Uo2，由運(yùn)算器計(jì)算出Uo1/Uo2的比值以及被測(cè)水樣的濁度。采用半反半透鏡5、標(biāo)準(zhǔn)水樣10以及光電池11作為參比通道的好處是：當(dāng)光源的光通量由于種種原因有所變化或環(huán)境溫度變化引起光電池靈敏度發(fā)生改變時(shí)，由于兩個(gè)通道的結(jié)構(gòu)完全一樣，所以在計(jì)算Uo1/Uo2值時(shí)，上述誤差可自動(dòng)抵消。10/2/202237.透射式光電濁度儀原理（續(xù)）樣品水樣越混濁，光線衰減量越大，到任務(wù)三 被測(cè)物反射部分光的檢測(cè)一、散射式濁度儀將一束光照射一定厚度的待測(cè)水樣，穿過(guò)待測(cè)水樣的入射光束被待測(cè)水樣中的懸浮顆粒所散射。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，在與入射光90的方向上測(cè)量散射光強(qiáng)，可以

17、得到水樣的濁度。散射光濁度儀的準(zhǔn)確度、精度、重現(xiàn)性和重復(fù)性都較好。600mm波長(zhǎng)的光線照射在膠體顆粒上的散射3種狀況10/2/202238.任務(wù)三 被測(cè)物反射部分光的檢測(cè)一、散射式濁度儀散射光濁度儀散射式濁度儀工作原理圖8-33 散射式光電濁度儀原理圖1恒流源 2遮光盒 3波長(zhǎng)為850nm的LED 4出光孔 5被測(cè)濁度水樣玻璃杯（頂視圖） 6懸浮顆粒 790散射光 8散射光測(cè)量光電池 9散射光電流/電壓轉(zhuǎn)換器 10參比透射光 11參比透射光光電池 12透射光電流/電壓轉(zhuǎn)換器10/2/202239.散射式濁度儀工作原理圖8-33 散射式光電濁度儀原理圖10二、光電反射式煙霧報(bào)警器1火災(zāi)報(bào)警器物質(zhì)

18、在燃燒過(guò)程中一般有下列現(xiàn)象發(fā)生：（1）產(chǎn)生熱量：使環(huán)境溫度升高，可以用各種溫度傳感器來(lái)測(cè)量。（2）產(chǎn)生可燃性氣體：釋放出可燃性氣體，如CO等，可以用可燃性氣體傳感器來(lái)檢測(cè)。（3）產(chǎn)生煙霧：粒子直徑大于10nm。當(dāng)煙霧潛入煙霧傳感器的檢測(cè)室時(shí)，可引起煙霧室電流增大。 （4）產(chǎn)生火焰：火焰輻射出紅外線、可見光和紫外線。利用紫外線管能夠有效地監(jiān)測(cè)火焰發(fā)出的紫外線，但應(yīng)避開太陽(yáng)光的照射，以免引起誤動(dòng)作。10/2/202240.二、光電反射式煙霧報(bào)警器1火災(zāi)報(bào)警器 （4）產(chǎn)生火焰2離子式煙霧報(bào)警器離子式煙霧報(bào)警器中的關(guān)鍵元件是離子室，被安裝在天花板下。離子室所用放射元素為镅241，強(qiáng)度約為0.8微居里。

19、正常狀態(tài)下離子室的電流很小（約10A）。當(dāng)有煙塵進(jìn)入電離室后，產(chǎn)生大量的正負(fù)電離子，在電場(chǎng)的作用下，各自向負(fù)電極和正電極移動(dòng)。報(bào)警電路檢測(cè)到離子電流（毫安數(shù)量級(jí)）超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。10/2/202241.2離子式煙霧報(bào)警器離子式煙霧報(bào)警器中的關(guān)鍵元件是離子室，被離子式煙霧報(bào)警器的安裝10/2/202242.離子式煙霧報(bào)警器的安裝10/2/202242.3光電式煙霧報(bào)警器光電反射式煙霧報(bào)警器由總線供電。總線上可以連接幾百個(gè)報(bào)警器，與火災(zāi)報(bào)警控制器聯(lián)網(wǎng)，組成一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警時(shí)主機(jī)有聲、光提示，值班人員可以根據(jù)感煙報(bào)警器的地址編碼發(fā)現(xiàn)報(bào)警的物理位置（房間號(hào)碼）。10/2/202243.

20、3光電式煙霧報(bào)警器光電反射式煙霧報(bào)警器由總線供電。總線上可光電式煙霧報(bào)警器原理（放大圖見下頁(yè)）沒有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無(wú)法到達(dá)紅外光敏晶體管。當(dāng)煙霧進(jìn)入煙霧室后，煙霧的固體粒子對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射，使部分紅外光到達(dá)光敏晶體管。10/2/202244.光電式煙霧報(bào)警器原理（放大圖見下頁(yè)）沒有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管光電式煙霧報(bào)警器原理（續(xù)）a）原理示意圖 b）外形1紅外發(fā)光二極管 2煙霧檢測(cè)室 3透煙孔 4紅外光敏晶體管 5黑色吸光絨布 6煙霧圖8-3410/2/202245.光電式煙霧報(bào)警器原理（續(xù)）a）原理示意圖 b）外形圖8-3煙霧

21、報(bào)警器（續(xù)）在沒有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無(wú)法到達(dá)紅外光敏晶體管。當(dāng)煙霧進(jìn)入煙霧室后，煙霧的固體粒子對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射，使部分紅外光到達(dá)光敏晶體管。煙霧報(bào)警10/2/202246.煙霧報(bào)警器（續(xù)）在沒有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管相互垂直，煙霧室內(nèi)無(wú)線煙霧報(bào)警器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器10/2/202247.無(wú)線煙霧報(bào)警器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可發(fā)出高分貝笛鳴聲的蜂鳴器1無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器 無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器可以固定在墻體或者天花板上。它內(nèi)部使用一節(jié)9伏層疊電池供電，工作在警戒狀態(tài)時(shí)，工作電流僅為15微安，報(bào)警發(fā)射時(shí)工作電流為20毫安。當(dāng)探測(cè)

22、到初期明火或者煙霧達(dá)到一定濃度時(shí)，傳感器的報(bào)警蜂鳴器立即發(fā)出90分貝的斷續(xù)報(bào)警聲，工作指示燈快速連續(xù)閃爍，無(wú)線發(fā)射器發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去。 無(wú)線發(fā)射器的報(bào)警距離在空曠地可以達(dá)到200米，在有阻擋的普通房間結(jié)構(gòu)中，可以達(dá)到20米。可穿透200mm磚墻。10/2/202248.無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器 無(wú)線火災(zāi)煙霧傳感器可以固定在墻體或火災(zāi)感知傳感器及玻璃球?yàn)⑺畤婎^ 煙霧傳感器 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度升高使玻璃球爆裂，高壓自來(lái)水自動(dòng)噴出。煙10/2/202249.火災(zāi)感知傳感器及玻璃球?yàn)⑺畤婎^ 煙霧傳感器 當(dāng)發(fā)反射式煙霧報(bào)警器演示 紅外LED的激勵(lì)電流用40kHz調(diào)制,所

23、以紅外光敏晶體管接收到的光信號(hào)也是同頻率的調(diào)制光。 光敏晶體輸出40kHz電信號(hào)，經(jīng)窄帶選頻放大器放大、檢波后成為直流電壓，再經(jīng)低放和閾值比較器輸出報(bào)警信號(hào)。室內(nèi)的燈光、太陽(yáng)光即使泄露進(jìn)煙霧檢測(cè)室也無(wú)法通過(guò)40kHz選頻放大器。10/2/202250.反射式煙霧報(bào)警器演示 紅外LED的激勵(lì)電流用40k三、光電式轉(zhuǎn)速表1光電式轉(zhuǎn)速表的基本原理工程中，轉(zhuǎn)速是指每分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，它的單位是r/min（或rpm）。光電式轉(zhuǎn)速表可以在距被測(cè)物數(shù)十毫米外非接觸地測(cè)量其轉(zhuǎn)速。由于光電器件的動(dòng)態(tài)特性較好，所以可以用于高轉(zhuǎn)速的測(cè)量而又不干擾被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)。10/2/202251.三、光電式轉(zhuǎn)速表1光電式

24、轉(zhuǎn)速表的基本原理工程中，轉(zhuǎn)速是指每圖8-35 光電式轉(zhuǎn)速表a）工作原理 b）各關(guān)鍵點(diǎn)波形 c）外形1光源（紅色LED） 2、6聚焦透鏡 3被測(cè)旋轉(zhuǎn)物 4反光紙 5遮光罩 7光敏二極管 8施密特整形電路 9秒信號(hào)閘門放大圖見后頁(yè)10/2/202252.圖8-35 光電式轉(zhuǎn)速表放大圖見后頁(yè)10/2/202252圖8-35 光電式轉(zhuǎn)速表10/2/202253.圖8-35 10/2/202253.光電反射式轉(zhuǎn)速表 光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測(cè)物數(shù)十毫米外非接觸地測(cè)量其轉(zhuǎn)速。 n =60( f /z ) n ：每分鐘轉(zhuǎn)速 f ：輸出脈沖頻率z ： 齒輪的齒數(shù)10/2/202254.光

25、電反射式轉(zhuǎn)速表 光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在光電反射式轉(zhuǎn)速計(jì)用于水泵轉(zhuǎn)速測(cè)量10/2/202255.光電反射式轉(zhuǎn)速計(jì)用于水泵轉(zhuǎn)速測(cè)量10/2/202255.光源（紅色LED）發(fā)出的光線經(jīng)聚焦透鏡2會(huì)聚成平行光束，照射到被測(cè)旋轉(zhuǎn)物3上，光線經(jīng)事先粘貼在旋轉(zhuǎn)物體上的反光紙4反射回來(lái)，經(jīng)透鏡6聚焦后落在光敏二極管7上。旋轉(zhuǎn)物體每轉(zhuǎn)一圈，光敏二極管就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)放大、整形電路8得到TTL電平的脈沖信號(hào)，該信號(hào)在與門（秒信號(hào)閘門）9中和“秒信號(hào)”的高電平相“與”。與門在1s的時(shí)間間隔內(nèi)輸出的脈沖數(shù)正比于旋轉(zhuǎn)物體每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，由LCD顯示器顯示出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。

26、由于被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體上只有一個(gè)反光片，所以每轉(zhuǎn)只產(chǎn)生1個(gè)脈沖，則轉(zhuǎn)速 （8-10）可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)與上述邏輯電路相同的功能。10/2/202256.光源（紅色LED）發(fā)出的光線經(jīng)聚焦透鏡2會(huì)聚成平行光束，照射2數(shù)字量檢測(cè)時(shí)的1誤差測(cè)頻誤差主要有兩個(gè)：閘門時(shí)間t閘門的誤差：可以使用晶振來(lái)提高t閘門的準(zhǔn)確性；量化誤差：又稱為1誤差。測(cè)頻時(shí)，有N個(gè)脈沖在閘門為高電平的時(shí)間段里通過(guò)閘門（圖8-35中的與門）進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則被測(cè)頻率f=N/t門控。由于閘門開啟時(shí)刻（秒信號(hào)的上升沿）和被測(cè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿到來(lái)的時(shí)刻之間的關(guān)系是隨機(jī)的，因此在第二個(gè)1s閘門時(shí)間里，可能比在第一個(gè)1s閘門時(shí)間多計(jì)數(shù)或少計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖

27、（見圖8-31中的uk波形、圖8-35中的ud波形）。每個(gè)脈沖所代表的頻率（誤差）f=1/ t 門控 （8-11）當(dāng)被測(cè)頻率f 較低時(shí)，1誤差所產(chǎn)生的示值相對(duì)誤差明顯增大。10/2/202257.2數(shù)字量檢測(cè)時(shí)的1誤差測(cè)頻誤差主要有兩個(gè)：10/2/201誤差引起的示值相對(duì)誤差（續(xù)）例如，當(dāng)t門控=1s時(shí)，1個(gè)脈沖所產(chǎn)生的1誤差代表f=1Hz。當(dāng)被測(cè)頻率f=1 000Hz時(shí)，示值相對(duì)誤差f1000=(1Hz/1 000Hz)100%=0.1%。當(dāng)被測(cè)頻率f=10Hz，t門控仍然為1s時(shí)，示值相對(duì)誤差f1000=(1Hz/100Hz)100%=10%。所以當(dāng)被測(cè)頻率f 較低時(shí)，應(yīng)增加門控時(shí)間，以減

28、小1誤差。例如，當(dāng)t門控增加到10s時(shí)，每一個(gè)脈沖代表f=1/t門控=1/(10s)=0.1Hz。當(dāng)被測(cè)頻率f=10Hz時(shí)，根據(jù)f =N / t門控，在10s的時(shí)間間隔里，可以得到N=f t門控=10Hz10s=100個(gè)脈沖，所產(chǎn)生的示值相對(duì)誤差只有t門控為1s時(shí)的1/10：f 10=(0.1Hz/10Hz)100%=1%。10/2/202258.1誤差引起的示值相對(duì)誤差（續(xù)）例如，當(dāng)t門控=1s時(shí)，1個(gè)例8-5 圖8-35中，當(dāng)t門控=0.1s、被測(cè)頻率f=1kHz時(shí)，求：1）每個(gè)脈沖代表多少赫茲？2）在0.1s的時(shí)間間隔里，可以得到多少個(gè)脈沖？3）所產(chǎn)生的示值誤差為百分之幾？解 1）每一個(gè)

29、1脈沖代表的頻率f=1/t門控=1/(0.1s)=10Hz。2）在0.1s的時(shí)間間隔里，可以得到N=f t門控=1kHz0.1s=100個(gè)脈沖。3）所產(chǎn)生的示值誤差為f1000=(10Hz/1000Hz)100%=1%。或f1000=(1個(gè)脈沖/100個(gè)脈沖)100%=1%。10/2/202259.例8-5 圖8-35中，當(dāng)t門控=0.1s、被測(cè)頻率f=1四、反射式光電開關(guān)光電開關(guān)可分為遮斷式和反射式兩類，反射式又可分為兩種情況。反射鏡反射式傳感器安裝時(shí)，需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果，它的檢測(cè)距離不如遮斷式。反射鏡使用偏光三角棱鏡，對(duì)安裝角度的變化不太敏感，能將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏

30、振光（波動(dòng)方向嚴(yán)格一致的光）反射回去。光敏元件表面覆蓋一層偏光透膜，只能接收反射鏡反射回來(lái)的偏振光，而不響應(yīng)表面光亮物體反射回來(lái)的各種非偏振光。這種設(shè)計(jì)使它也能用于檢測(cè)諸如罐頭、玻璃瓶等具有反光面的物體。反射鏡反射式光電開關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)幾米。只要不是全黑的物體均能產(chǎn)生漫反射。散射式光電開關(guān)的安裝較為方便，但檢測(cè)距離比遮斷式小，通常只有幾百毫米。10/2/202260.四、反射式光電開關(guān)光電開關(guān)可分為遮斷式和反射式兩類，反射式又圖8-36 光電開關(guān)類型及應(yīng)用a）遮斷式 b）反射鏡反射式 c）散射式1發(fā)射器 2接收器 3被測(cè)物 4偏振光反射鏡5帶偏振光濾光片的接收器10/2/202261.圖8-

31、36 光電開關(guān)類型及應(yīng)用a）遮斷式 10/2/2反射式光電傳感器實(shí)例：光電自動(dòng)門自動(dòng)門光電傳感器局部放大圖有效檢測(cè)區(qū)域10/2/202262.反射式光電傳感器實(shí)例：光電自動(dòng)門自動(dòng)門光電傳感器局部放大圖有反射式光電開關(guān)的安裝反射鏡反射式傳感器的發(fā)射器和接收器單側(cè)安裝，反射鏡在遠(yuǎn)側(cè)安裝，本質(zhì)上仍然是遮斷式傳感器。偏光三角棱鏡能將發(fā)射器發(fā)出的光以固定的偏振方向反射回去。安裝時(shí)，需要在360平面上調(diào)整反射鏡的偏振方向,使得反射光的偏振面恰好與接收器表面的偏振濾光片的偏振方向一致,才能取得最大靈敏度(可達(dá)幾米)。10/2/202263.反射式光電開關(guān)的安裝反射鏡反射式傳感器的發(fā)射器和接收器單側(cè)安偏振光光

32、是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面，光的振動(dòng)面只限于某一固定方向，叫做平面偏振光或線偏振光。振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振。偏振片只允許某個(gè)偏振方向的光通過(guò)， 因此偏振濾光片能夠區(qū)別偏振光的方向，而人的眼睛對(duì)偏振光不敏感。偏振光偏振透鏡非偏振光10/2/202264.偏振光光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向反射式光電開關(guān)及反射鏡外形三角偏振反射鏡 發(fā)射器在上，接收器在下10/2/202265.反射式光電開關(guān)及反射鏡外形三角偏振反射鏡 發(fā)射器在反射鏡反射式光電開關(guān)工作原理 反射鏡為偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回

33、去，光接收器表面覆蓋一薄片型偏光片，只能接受反射鏡反射回來(lái)的某一確定偏振角的偏振光，對(duì)其他雜散光視而不見。偏振反射鏡被測(cè)物體偏振光發(fā)射光10/2/202266.反射鏡反射式光電開關(guān)工作原理 反射鏡為偏光三角棱鏡，能將發(fā)反射鏡反射鏡反射式光電開關(guān)優(yōu)點(diǎn) 雖然塑料瓶的表面也反射光,但不是偏振光，不會(huì)引起接收器動(dòng)作。能反光的塑料瓶10/2/202267.反射鏡反射鏡反射式光電開關(guān)優(yōu)點(diǎn) 雖然塑料瓶的表面也反反射式 光電開關(guān)的應(yīng)用反射式光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機(jī)電一體化設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器中。光電開關(guān)中的發(fā)光二極管大多數(shù)用38kHz窄脈沖電流激勵(lì)驅(qū)動(dòng)；紅外LED的正向壓降約為1.1

34、1.3V，驅(qū)動(dòng)電流峰值控制在20mA以內(nèi)。 10/2/202268.反射式 光電開關(guān)的應(yīng)用反射式光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于自反射式光電開關(guān)在 流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運(yùn)行方向罐裝高度檢測(cè)儲(chǔ)料倉(cāng)落料口遮斷式光電開關(guān)（用于計(jì)數(shù)）任務(wù)四10/2/202269.反射式光電開關(guān)在 流水線上的應(yīng)用送料器定反射鏡反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）反射鏡反射式檢測(cè)有無(wú)物體通過(guò)10/2/202270.反射鏡反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）反射鏡反射式檢測(cè)有無(wú)物體通過(guò)反射鏡反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度錯(cuò)誤檢測(cè)10/2/202271.反射鏡反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品高度錯(cuò)誤檢測(cè)10/2/2反射式光電開關(guān)

35、的發(fā)射、接收器外形電源指示信號(hào)指示10/2/202272.反射式光電開關(guān)的發(fā)射、接收器外形電源指示信號(hào)指示10/2/2反射式光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器10/2/202273.反射式光電開關(guān)外形（續(xù)）靈敏度調(diào)節(jié)電位器10/2/20227被測(cè)物是具有漫反射特性的反射式光電開關(guān)原理漫反射光線反射光線被檢測(cè)物體光發(fā)射器和光接受器發(fā)射光線 漫反射式光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過(guò)該光電開關(guān)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接收，于是產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。額定距離10/2/202274.被測(cè)物是具有漫反射特性的反射式光電開關(guān)原理漫反射光線反射光光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制原理漫反射式光

36、電開關(guān)的LED多采用紅外線中頻(38kHz左右)窄脈沖電流驅(qū)動(dòng),發(fā)射調(diào)制光脈沖，可減小發(fā)射LED的功耗。接收器的光敏管接收到漫反射光線，輸出微弱電流信號(hào)，送到38kHz選頻交流放大器，可以有效地防止太陽(yáng)光、日光燈的干擾，放大倍數(shù)可達(dá)60dB。解調(diào)前為TTL信號(hào)，解調(diào)后輸出直流負(fù)脈沖報(bào)警信號(hào)。 10/2/202275.光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制原理漫反射式光電開關(guān)的LED多采用紅外線中例：反射式光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制、解調(diào)10/2/202276.例：反射式光電開關(guān)激勵(lì)源調(diào)制、解調(diào)10/2/202276.常用材料的反射率（相對(duì)于白紙的估計(jì)值）10/2/202277.常用材料的反射率（相對(duì)于白紙的估計(jì)值）10/

37、2/202277光電開關(guān)的最大指向角示意圖10/2/202278.光電開關(guān)的最大指向角示意圖10/2/202278.漫反射式光電開關(guān)用于自動(dòng)水龍頭 紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于人體手的摭擋反射到紅外線接收管，控制器內(nèi)部的微電腦處理后，控制小功率電磁閥，打開閥芯，水龍頭出水。10/2/202279.漫反射式光電開關(guān)用于自動(dòng)水龍頭 紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由光電開關(guān)用于液面超限報(bào)警 當(dāng)液面超過(guò)光電開關(guān)時(shí)，反射光泄漏并減弱，光敏晶體管產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。10/2/202280.光電開關(guān)用于液面超限報(bào)警 當(dāng)液面超過(guò)光電開關(guān)時(shí)，反射光漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）包裝分類檢測(cè)10/2/202281.漫反射式光電開

38、關(guān)應(yīng)用（續(xù)）包裝分類檢測(cè)10/2/202281漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）轉(zhuǎn)速檢測(cè)10/2/202282.漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）轉(zhuǎn)速檢測(cè)10/2/202282.漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機(jī)械手定位10/2/202283.漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）機(jī)械手定位10/2/202283. 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）三角皮帶脫落檢測(cè)10/2/202284. 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）三角皮帶脫落檢測(cè)10/2/202 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）集成電路方向檢測(cè)電動(dòng)機(jī)換向器間隙深度測(cè)量10/2/202285. 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）集成電路方向檢測(cè)電動(dòng)機(jī)換向器間隙 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)1

39、0/2/202286. 漫反射式光電開關(guān)應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)10/2/202286.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）自動(dòng)注料物位檢測(cè)10/2/202287.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）自動(dòng)注料物位檢測(cè)10/2/202漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）物體倒置辨別轉(zhuǎn)速檢測(cè)10/2/202288.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）物體倒置辨別轉(zhuǎn)速檢測(cè)10/2/2漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)10/2/202289.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）產(chǎn)品計(jì)數(shù)10/2/202289.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）斷裂檢測(cè)10/2/202290.漫反射式光電開關(guān)的應(yīng)用（續(xù)）斷裂檢測(cè)10/2/202290.任務(wù)四 被測(cè)物遮蔽部分光的檢測(cè)一、遮斷式光幕傳感器發(fā)射器和接收器相對(duì)安放，軸線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)有物體在兩者中間通過(guò)時(shí)，紅外光束被遮斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。可以將一組數(shù)目相同的平行排列的紅外或紅光LED與相應(yīng)的光敏晶體管組成“安全光幕”。當(dāng)同一條直線上的紅外發(fā)射管、紅外接收管之間沒有障礙物，紅外發(fā)射管發(fā)出的調(diào)制光信號(hào)能順利到達(dá)紅外接收管。紅外接收管接收到調(diào)制信號(hào)后，相應(yīng)的報(bào)警電路輸出低電平。當(dāng)任何一路光電對(duì)管之間有障礙物，報(bào)警電路輸出高電平。安全光幕的紅外對(duì)管數(shù)目可達(dá)48對(duì)，檢測(cè)距離可達(dá)十幾米。10