一文了解光电传感器的测量电路

要使光电式传感器能很好地工作,除了合理选用光电转换元件外,还必须配备合适的光源和测量线路。

  要使光电式传感器能很好地工作,除了合理选用光电转换元件外,还必须配备合适的光源和测量线路。

  1光源

  从以前介绍的各种光电元件的特性来看,它们的工作状况与光源的特性有着密切关系。

  (1)发光二极管

  发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。和白炽灯相比,它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高,以及能和集成电路相匹配等优点。因此广泛地应用于计算机、仪器仪表和自动控制等设备中。

  (2)钨丝灯泡

  是一种最常用的光源,它具有丰富的红外线。如果光电元件的光谱区段在红外区,则使用时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤去,而仅用它的红外线作光源,便可防止其他光线的干扰。

  (3)电弧灯和石英灯

  它们能产生紫外线,在测量液体中悬浮的化学药品含量时常用这种光源。紫外线的聚光镜头应采用石英或石英玻璃制造,因为普通玻璃具有吸收紫外线的能力。

  (4)激光

  激光与日光、各种灯光等一般光相比较,是很有规律而频率单纯的光波,具有很多优点:能量高度集中、方向性好、频率单纯、相干性好。所以它是很理想的光源。

  2测置电路

  (1)真空光电管的测量电路

  由于真空光电管的输出电流很小,所以通常配有适当的放大电路。下图示出两个光电管的差接电路。


光电管的差接电路

        从光源1来的光线通过小镜2分成两条光束:其中一条光束用缝隙可变的光阑或光楔4调节,并用透镜3和6集中到光电管7上;另一条则通过被测对象5射到光电管8上。由于光电管与差动回路相接,在直接变换工作状态时,示值可在指示仪表P上读得。在平衡工作状态时,指示仪表处在零位,可由光楔或光阑4所处的位置来确定。这种电路使用的是公共光源。因此与光源供电电源有密切关系的光通量不稳定性造成的误差可被消除,故精度髙,稳定性较好。但还存在着两光电管的暗电流及灵敏度随时间变化的不一致带来的误差。

  (2)光电倍增管的测量电路

  下图所示为光电倍增管的基本电路。


光电倍增管的基本电路

        各倍增极的电压是用分压电阻R1,R2,…,Rn获得的,阳极电流流经负载电阻RL得到输出电压U0。如用它测量稳定的辐射源时,则图中的电容可以省去,这时常把正端接地,使输出直接与放大器输人端相接,隔离电容器Ca也不需要。

  当辐射源为脉冲通量时,便把电源负极接地,这样噪声将更低。这时应接人隔离电容器Ca,同时用电容器Cn〜Cn-2稳定最后几个倍增极在脉冲期间的电压,它们有助于稳定增益和防止饱和。这样便能利用分压电路中很小的电流得到良好的性能。电容C是通过电源的去耦电容器。

  选取阻值R1时,应使阴极和第一倍增极之间的电压不超过允许的最大值,但能有效地收集阴极所发射的电子。有时也可用稳压二极管代替私,从而使阴极与第一倍增极间保持最佳电压值,因为总电压的变化将使增益迅速改变,通常要求供电电压稳定度优于±0.1%。

  (3)半导体光电元件的测量电路

  因为半导体光敏电阻可以通过较大的电流,所以通常无需配备放大器。


半导体光电元件的测量电路

        当要求大的输出功率时,可采用图(a)所示的电路。

  光敏三极管在检测和控制电路中应用十分广泛。图(b)所示为用3DU31光敏三极管制成的继电器工作电路图。当有光照时,T2管导通,继电器吸合,所以是明通电路。

  图(c)为使用光敏二极管进行温度补偿时的桥式电路。当光电信号是缓变信号时,由它产生的电信号也是缓变的,这时级间是直接耦合。如温度变化等将产生零漂,必须进行补偿。(c)中一个光敏二极管为检测元件,另一个装在相邻桥臂上的暗盒中。当温度变化时,两只光敏管同时受相同温度影响,对桥路输出的影响可相互抵消。

  利用半导体硅光电池作的光电开关电路示于图(d)中。它可用于冲床和刨床的安全保护、防止工业的纱线断头自停、光电探纬和其他需要光电自动开关的地方。

  由于光电池即使在强光照射下最大输出电压也仅0.6V,不足以使T1管有较大的电流输出,故将硅光电池接在T1管基极,用二极管2AP产生正向压降0.3V。这样,当光电池受到光照时所产生的电压与2AP正向压降叠加,便使乃管的e和b极间电压大于0.7V,而使T1管导通,继电器K便动作。

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