电气检测技术.pptx

NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术1 光电传感器是一种将光能量转化成电信号的传光电传感器是一种将光能量转化成电信号的传感器，基本结构如下图，物理基础是光电效应。感器，基本结构如下图，物理基础是光电效应。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术2一、光电效应及其器件一、光电效应及其器件光电效应：光电效应：光照射在某些物质上，物质的电子吸收光子的光照射在某些物质上，物质的电子吸收光子的能量而释放电子的现象，称为光电效应。能量而释放电子的现象，称为光电效应。被释放的电子叫被释放的电子叫光电子光电子；能产生光电效应的物；能产生光电效应的物质称为质称为光电材料光电材料；根据光电效应制造的转换元器件；根据光电效应制造的转换元器件称为称为光电元件光电元件或或光敏元件光敏元件。光电效应的分类：光电效应的分类：外光电效应、光导效应、光生伏特效应三种。外光电效应、光导效应、光生伏特效应三种。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术3(一一)外光电效应及器件外光电效应及器件 光照射在光电材料上，材料表面的电子吸收光光照射在光电材料上，材料表面的电子吸收光能量，当电子吸收的能量足够大时，电子克服正离能量，当电子吸收的能量足够大时，电子克服正离子的束缚而向外发射进入外界空间，同时也改变了子的束缚而向外发射进入外界空间，同时也改变了光电材料的导电性能，这种现象称为光电材料的导电性能，这种现象称为外光电效应外光电效应。对于外光电效应，有光电效应方程成立：对于外光电效应，有光电效应方程成立：式中：式中：为普朗克常数为普朗克常数 为光电子的频率为光电子的频率 为电子的质量为电子的质量 为电子的运动速度为电子的运动速度 为电子的逸出功为电子的逸出功 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术4结论结论 1)1)电子吸收能量大于逸出功电子吸收能量大于逸出功A A才能产生外光电效才能产生外光电效应。临界条件下，光子能量等于逸出功，此时光子应。临界条件下，光子能量等于逸出功，此时光子的频率为产生外光电效应的固有频率的频率为产生外光电效应的固有频率 。不同光电。不同光电材料具有不同的固有频率。当光子的频率材料具有不同的固有频率。当光子的频率 大于光大于光电材料的固有频率电材料的固有频率 时，才可能产生外光电效应。时，才可能产生外光电效应。2)2)光电材料电子逸出功光电材料电子逸出功A A为常数为常数，光电子初始动，光电子初始动能取决于光子频率能取决于光子频率 ，与光强无关。对外光电效应，与光强无关。对外光电效应器件，没有阳极电压也产生光电流。为使光电流为器件，没有阳极电压也产生光电流。为使光电流为零，须加反向截止电压，且该截止电压应与入射光零，须加反向截止电压，且该截止电压应与入射光的频率成正比。的频率成正比。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术5 3)3)入射光频谱成分不变时，光电流与光强度成入射光频谱成分不变时，光电流与光强度成正比。正比。4)4)电子一次性吸收光子的全部能量，光电子发电子一次性吸收光子的全部能量，光电子发射极为迅速，无需能量存储时间。射极为迅速，无需能量存储时间。根据外光电效应的特性制成的光电元件有光电根据外光电效应的特性制成的光电元件有光电管、光电倍增管等。管、光电倍增管等。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术61 1、光电管、光电管真空光电管：真空光电管：真空玻璃管内密封有真空玻璃管内密封有光电阳极光电阳极A A和光电阴极和光电阴极K K，K K上涂有逸出功较小的光电上涂有逸出功较小的光电发射材料。光照射在发射材料。光照射在K K上时，上时，电子从阴极表面逸出，在电子从阴极表面逸出，在外加电场的作用下，在外外加电场的作用下，在外电路产生光电流电路产生光电流I I，在负载，在负载电阻电阻R RL L上产生的压降为输出电压上产生的压降为输出电压U U0 0。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术7充气光电管充气光电管 真空管内充入少量惰性气体，构成充气光电真空管内充入少量惰性气体，构成充气光电管。光电子在飞向阳极过程中，和惰性气体原子碰管。光电子在飞向阳极过程中，和惰性气体原子碰撞使气体电离，增加光电流，光电管灵敏度增加；撞使气体电离，增加光电流，光电管灵敏度增加；不过这导致充气光电管的光电流和入射光的强不过这导致充气光电管的光电流和入射光的强度不成比例，同时充气光电管的稳定性较真空光电度不成比例，同时充气光电管的稳定性较真空光电管要差，惰性大，受温度影响大，容易衰老等。管要差，惰性大，受温度影响大，容易衰老等。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术8 真空光电管稳定性好，惰性小，温度系数小；真空光电管稳定性好，惰性小，温度系数小；随着光电技术发展，灵敏度也不断提高，由于随着光电技术发展，灵敏度也不断提高，由于放大技术的提高，对灵敏度要求也不再特别严格；放大技术的提高，对灵敏度要求也不再特别严格；在一般的自动检测过程中，都要求检测元件受在一般的自动检测过程中，都要求检测元件受温度影响要小，灵敏度稳定，大部分自动检测中，温度影响要小，灵敏度稳定，大部分自动检测中，都采用真空光电管。都采用真空光电管。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术92 2、光电倍增管、光电倍增管光电倍增管具有电流放大作用。工作原理图如图：光电倍增管具有电流放大作用。工作原理图如图：NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术10 光电倍增管由光电阴极、光电阳极及倍增极组光电倍增管由光电阴极、光电阳极及倍增极组成，倍增极成为成，倍增极成为“次阴极次阴极”；阴极发出光电子在电场加速下，打到第一倍增阴极发出光电子在电场加速下，打到第一倍增极，引起第二次电子发射；极，引起第二次电子发射；上一倍增极的光电子打到下一个倍增极上时，上一倍增极的光电子打到下一个倍增极上时，激发出的光电子为原来光电子数目的激发出的光电子为原来光电子数目的3-63-6倍；倍；NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术11 倍增极数目一般为倍增极数目一般为12-1412-14级，多的级，多的3030级，最后光级，最后光电阳极所能接收到的光电子为阴极发射电子的电阳极所能接收到的光电子为阴极发射电子的10105 5-10106 6倍；倍；光电倍增管放大倍数可以达到几万倍至几十万光电倍增管放大倍数可以达到几万倍至几十万倍，即使很微弱的光照也可以产生很大的光电流。倍，即使很微弱的光照也可以产生很大的光电流。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术12主要参数主要参数1)1)倍整系数倍整系数 式中：式中：为各次阴极电子收集率为各次阴极电子收集率 为总的电子收集率为总的电子收集率 为各次阴极的电子倍增系数为各次阴极的电子倍增系数 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术132)2)阴极灵敏度和总灵敏度阴极灵敏度和总灵敏度 每一个光子在阴极上能激发的平均光电子数，每一个光子在阴极上能激发的平均光电子数，称为阴极灵敏度；称为阴极灵敏度；每一个光子激发阴极后，在阳极上能收到光电每一个光子激发阴极后，在阳极上能收到光电子的平均数，称为光电倍增管的总灵敏度。子的平均数，称为光电倍增管的总灵敏度。光电倍增管的灵敏度很高，最高灵敏度可达到光电倍增管的灵敏度很高，最高灵敏度可达到10A/lm(lm-10A/lm(lm-流明，光通量单位流明，光通量单位)，不能受强光，否则，不能受强光，否则易损坏。易损坏。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术143)3)暗电流暗电流 使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温度、热辐射和其他因素的影响，即使没有光信号输度、热辐射和其他因素的影响，即使没有光信号输入，在加上电压后，阳极仍有电流，这种电流被称入，在加上电压后，阳极仍有电流，这种电流被称为暗电流。为暗电流。暗电流随环境温度的升高而增大。不过这种暗暗电流随环境温度的升高而增大。不过这种暗电流通常可以采用补偿电路加以消除。电流通常可以采用补偿电路加以消除。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术15(二二)光导效应及器件光导效应及器件 高电阻率的半导体，受光照时，吸收光子能高电阻率的半导体，受光照时，吸收光子能量，其电阻率降低的现象，被称为光导效应。量，其电阻率降低的现象，被称为光导效应。多数绝缘体和半导体都有光导效应多数绝缘体和半导体都有光导效应，其中，半，其中，半导体的光导效应更为明显，根据光导效应制成的光导体的光导效应更为明显，根据光导效应制成的光电元件有电元件有光电阻光电阻和和光导管光导管，以光电阻应用较广泛。，以光电阻应用较广泛。当光照射在光电阻上时，光电阻电阻值下降，当光照射在光电阻上时，光电阻电阻值下降，导电性能增加；光强度愈强，其阻值越小；停止光导电性能增加；光强度愈强，其阻值越小；停止光照，光电阻的阻值就恢复到原始值。照，光电阻的阻值就恢复到原始值。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术16光电阻的主要参数：光电阻的主要参数：1)1)暗电阻和亮电阻暗电阻和亮电阻 一定温度下，无光照时的零功率电阻一定温度下，无光照时的零功率电阻(无外加无外加电压电压)称为暗电阻；称为暗电阻；一定温度下，受光照时的零功率电阻一定温度下，受光照时的零功率电阻(无外加无外加电压电压)称为亮电阻；称为亮电阻；光电阻的暗电阻的阻值在兆欧数量级上，而亮光电阻的暗电阻的阻值在兆欧数量级上，而亮电阻的阻值在千欧以下，通常，暗电阻越大，亮电电阻的阻值在千欧以下，通常，暗电阻越大，亮电阻越小，光电阻的灵敏度越高。阻越小，光电阻的灵敏度越高。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术172)2)暗电流与亮电流暗电流与亮电流 在一定的外加电压下流过暗电阻的电流称为暗在一定的外加电压下流过暗电阻的电流称为暗电流，相应的，流过亮电阻的电流称为亮电流。通电流，相应的，流过亮电阻的电流称为亮电流。通常亮电流较之于暗电流要大。常亮电流较之于暗电流要大。3)3)光电流光电流 在相同的外部条件下在相同的外部条件下(指外加电压指外加电压)，亮电流与，亮电流与暗电流之差称为光电流。暗电流之差称为光电流。4)4)灵敏度灵敏度 无光照时的电阻与有光照时的阻值的相对变化无光照时的电阻与有光照时的阻值的相对变化量称为光电阻灵敏度。量称为光电阻灵敏度。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术18(三三)光生伏特效应光生伏特效应 半导体受光照射时产生电动势的现象称为光生半导体受光照射时产生电动势的现象称为光生伏特效应。伏特效应。根据光生伏特效应制成的光电器件：根据光生伏特效应制成的光电器件：1 1、光电池、光电池 2 2、光电二级管、光电二级管 3 3、光电三极管、光电三极管 4 4、光控晶闸管、光控晶闸管 5 5、光电耦合器、光电耦合器 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术191 1、光电池、光电池 工作原理如图：工作原理如图：N N型半导体上扩散一型半导体上扩散一个个P P区，交接处形成一个区，交接处形成一个PNPN结，光照射在结，光照射在P P区，如区，如光子能量足够大，光子能量足够大，P P区激区激发电子发电子-空穴对，向空穴对，向PNPN结扩散中，在内电场作用下，结扩散中，在内电场作用下，电子迅速流向电子迅速流向N N区，空穴留在区，空穴留在P P区，区，P P区缺电子带正区缺电子带正电，电，N N区得电子带负电，形成电动势。区得电子带负电，形成电动势。光电池种类：光电池种类：硅光电池、硒光电池、砷化镓光电池和锗光电池硅光电池、硒光电池、砷化镓光电池和锗光电池NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术202 2、光电二极管、光电二极管 结构和工作原理与光结构和工作原理与光电池类似，光电二极管的电池类似，光电二极管的受光点在受光点在PNPN结处。结处。3 3、光电三极管、光电三极管 光电三极管有两个光电三极管有两个PNPN结，受光点在基结，受光点在基集电极集电极的的PNPN结光电三极管的灵敏度要比光电二极管的灵敏结光电三极管的灵敏度要比光电二极管的灵敏度高。度高。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术21 4 4、光耦合器、光耦合器 利用发光二极利用发光二极管单向导电性，在管单向导电性，在发光二极管发光二极管VDVD上加上加正电压后，正电压后，PNPN结内结内电场降低，载流子电场降低，载流子的扩散大与漂移运动，的扩散大与漂移运动，P P区的空穴注入区的空穴注入N N区，区，N N区的电区的电子注入子注入P P区，电子与空穴相复合而产生能量，释放的区，电子与空穴相复合而产生能量，释放的能量以单色光的形式出现，该单色光被光敏三极管能量以单色光的形式出现，该单色光被光敏三极管接收，能量足够大时，光敏三极管接收，能量足够大时，光敏三极管V V导通，使得电流导通，使得电流增加，电流在负载上的压降即为输出电压。增加，电流在负载上的压降即为输出电压。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术22二、光电器件的特性二、光电器件的特性 1 1、光照特性、光照特性 2 2、光谱特性、光谱特性 3 3、伏安特性、伏安特性 4 4、频率特性、频率特性 5 5、温度特性、温度特性 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术231 1、光照特性、光照特性 当光电器件的外加电压一定时，入射的光照度当光电器件的外加电压一定时，入射的光照度与所产生的光电流之间的关系。与所产生的光电流之间的关系。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术242 2、伏安特性、伏安特性 在一定的光通量或光照度下，所产生的光电流在一定的光通量或光照度下，所产生的光电流与外加电压之间的关系，即与外加电压之间的关系，即 各种典型光电各种典型光电元件的伏安特性曲线如下图。元件的伏安特性曲线如下图。图中：图中：a a、真空光电管、真空光电管 b b、光电倍增管、光电倍增管 c c、光电阻、光电阻 d d、光电池、光电池 e e、光电三极管、光电三极管 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术25NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术26说明说明 1)1)真空光电管、光电倍增管和光电三极管的伏真空光电管、光电倍增管和光电三极管的伏安特性与晶体三极管的伏安特性相似，仅以入射光安特性与晶体三极管的伏安特性相似，仅以入射光的强度代替晶体三极管的基极电流而已。的强度代替晶体三极管的基极电流而已。2)2)从光电阻的特性曲线看，有无光照伏安特性从光电阻的特性曲线看，有无光照伏安特性曲线有较大区别，且在一定光照下，外加电压升高曲线有较大区别，且在一定光照下，外加电压升高到一定程度时，光电阻会产生到一定程度时，光电阻会产生“击穿击穿”现象。现象。3)3)对于光电池，伏安特性的线性度跟负载电阻的对于光电池，伏安特性的线性度跟负载电阻的大小有关，负载电阻越小，其伏安特性的线性度也大小有关，负载电阻越小，其伏安特性的线性度也越好，当负载电阻增加时，线性度变差。越好，当负载电阻增加时，线性度变差。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术27(三三)温度特性温度特性 光电元件为半导体器件，其特性受温度的影响光电元件为半导体器件，其特性受温度的影响很大，如图为硅光电池的温度特性曲线，可看出光很大，如图为硅光电池的温度特性曲线，可看出光电池的开路电压随着温度电池的开路电压随着温度的升高而下降的速度较快，的升高而下降的速度较快，而短路电流随温度增加而而短路电流随温度增加而缓慢增加，因此当光电池缓慢增加，因此当光电池用作测量元件时，在系统用作测量元件时，在系统电路设计时应要考虑到温电路设计时应要考虑到温度的漂移，采取必要的补度的漂移，采取必要的补偿措施来进行温度补偿。偿措施来进行温度补偿。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术28光电阻温度特性光电阻温度特性 随着温度的增加，光电阻的暗电阻与灵敏度都随着温度的增加，光电阻的暗电阻与灵敏度都有所下降，同时温度也影响着它的光谱温度特性。有所下降，同时温度也影响着它的光谱温度特性。从图中可以看出，它的峰值随着温度的上升向从图中可以看出，它的峰值随着温度的上升向短波方向移动，因此，有短波方向移动，因此，有时为提高元件的灵敏度，时为提高元件的灵敏度，或者为能接受较长波段的或者为能接受较长波段的红外线辐射而采取一些制红外线辐射而采取一些制冷措施。冷措施。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术29光电三极管温度特性光电三极管温度特性 暗电流随温度的升高而增加很快，这是由于热暗电流随温度的升高而增加很快，这是由于热激发的缘故，而光电流随温度的升高而增加很少，激发的缘故，而光电流随温度的升高而增加很少，电路中一般要对暗电流进行温度补偿，否则将会产电路中一般要对暗电流进行温度补偿，否则将会产生输出误差。生输出误差。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术30结论结论 总的来看，光电元件的特性受温度的影响比较总的来看，光电元件的特性受温度的影响比较严重，在实际的使用中必须采取温度补偿或恒温措严重，在实际的使用中必须采取温度补偿或恒温措施，以保证足够的精度。施，以保证足够的精度。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术31(四四)光谱特性和频率特性光谱特性和频率特性 一般而言，某种材料制造的光电元件只对某一一般而言，某种材料制造的光电元件只对某一波长的入射光具有最高的灵敏度，在选择光电元件波长的入射光具有最高的灵敏度，在选择光电元件时，要考虑光源的波长，较好的灵敏度；时，要考虑光源的波长，较好的灵敏度；不同的光电器件有着不同的频率响应，因此在不同的光电器件有着不同的频率响应，因此在选用光电器件时，也必须要考虑光电元件的频率特选用光电器件时，也必须要考虑光电元件的频率特性与调制光的频率要适合，否则将会引起较大的动性与调制光的频率要适合，否则将会引起较大的动态误差。态误差。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术32三、光电元件信号检测的方法三、光电元件信号检测的方法1 1、透射式、透射式 恒光源发出光通量为恒光源发出光通量为 ，光源与接收装置间为待测物体，光源与接收装置间为待测物体，发出光经被测物体时会被物体发出光经被测物体时会被物体吸收一部分能量，最后光敏元吸收一部分能量，最后光敏元件接受的光通量为件接受的光通量为 ，满足：，满足：为被测物体的吸收系数；为被测物体的吸收系数；为被测物体的厚度为被测物体的厚度 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术332 2、反射式、反射式 恒光源的光通量恒光源的光通量 经被测对象反射后损失部分经被测对象反射后损失部分光通量，达到光敏元件并被接受的光通量为光通量，达到光敏元件并被接受的光通量为 ，这，这种方法可检测物体的表面种方法可检测物体的表面粗糙度、反射率以及转速粗糙度、反射率以及转速（物体转动时，受光面积（物体转动时，受光面积会有周期性变化，根据此会有周期性变化，根据此变化就可以测出转速）等。变化就可以测出转速）等。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术343 3、遮挡式、遮挡式 恒光源发出的光通量恒光源发出的光通量 被被测对象遮挡住一部被被测对象遮挡住一部分，达到光敏元件的光通量为分，达到光敏元件的光通量为 ，光敏元件根据接，光敏元件根据接收到的光通量大小进收到的光通量大小进行测量。这种方法可行测量。这种方法可以用来测量物体的尺以用来测量物体的尺寸，振动，位移，膨寸，振动，位移，膨胀系数（膨胀前后物胀系数（膨胀前后物体尺寸有所变化）等。体尺寸有所变化）等。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术354 4、开关式、开关式 原理如遮挡式，不过连续光源在经过被测物体原理如遮挡式，不过连续光源在经过被测物体时被调制成脉冲光照射到光敏元件上，然后转换成时被调制成脉冲光照射到光敏元件上，然后转换成电流过电压脉冲进行测量。电流过电压脉冲进行测量。5 5、辐射式、辐射式 被测对象辐射的光通量被光被测对象辐射的光通量被光敏元件接收，完成有关测量。可敏元件接收，完成有关测量。可测量温度及与温度有关的参数。测量温度及与温度有关的参数。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术36特点特点 前四种测量方法，需要有作为光源的恒定的光前四种测量方法，需要有作为光源的恒定的光照，对于辐射式测量方法，被测对象自身作为辐射照，对于辐射式测量方法，被测对象自身作为辐射光的光源。光的光源。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术37四、光电传感器的应用四、光电传感器的应用测量机械量、热工量及成分量等。测量机械量、热工量及成分量等。1 1、光电转速测量电路、光电转速测量电路 如图光电数字式转速如图光电数字式转速表工作原理图。在待测转表工作原理图。在待测转速轴上固定一带孔调置盘，速轴上固定一带孔调置盘，恒定光源恒定光源2 2产生恒定光，透产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率的大小获得。脉冲频率的大小获得。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术38 在待测转速轴上固定一个涂上黑白相间条纹的在待测转速轴上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同反射率，转轴转动时，反光与圆盘，它们具有不同反射率，转轴转动时，反光与不反光交替出现，光电敏感器件间断地接收光的反不反光交替出现，光电敏感器件间断地接收光的反射信号，转换成电脉冲信号。射信号，转换成电脉冲信号。每分钟转速每分钟转速n n与脉冲频率与脉冲频率f f的关系如下：的关系如下：N N为孔数或黑白条纹数目。为孔数或黑白条纹数目。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术39光电脉冲转换电路光电脉冲转换电路 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术40电路说明电路说明 BG BG1 1为光敏三极管，光照射在为光敏三极管，光照射在BGBG1 1时，产生光电时，产生光电流，流，R R1 1上压降增大，上压降增大，BGBG2 2导通，触发由导通，触发由BGBG3 3和和BGBG4 4组成组成的射极耦合触发器，使输出电压的射极耦合触发器，使输出电压U U0 0为高电位；反之为高电位；反之U U0 0为低电位，在输出端获得一个脉冲系列信号。该为低电位，在输出端获得一个脉冲系列信号。该脉冲信号可送到计数电路进行计数。脉冲信号可送到计数电路进行计数。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术412 2、光电池应用、光电池应用 光电池至今主要有两大类型的应用：光电池至今主要有两大类型的应用：1)1)作光伏器件使用，利用光生伏特作用直接将作光伏器件使用，利用光生伏特作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池。太阳能转换成电能，即太阳能电池。2)2)作光电转换器件应用，需光电池具有灵敏度作光电转换器件应用，需光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性，但不要像太阳电池那样的高、响应时间短等特性，但不要像太阳电池那样的光电转换效率。这类光电池需要特殊的制造工艺，光电转换效率。这类光电池需要特殊的制造工艺，主要用于光电检测和自动控制系统中。主要用于光电检测和自动控制系统中。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术42 光电池作光电探测器件使用时，基本原理与光光电池作光电探测器件使用时，基本原理与光敏二极管相同，基本结构和制造工艺不完全相同。敏二极管相同，基本结构和制造工艺不完全相同。光电池工作时不需要外加偏压，光电转换效率光电池工作时不需要外加偏压，光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，因此它高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，因此它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。火保护装置等。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术43光电池在检测和控制应用中的基本电路光电池在检测和控制应用中的基本电路1 1、光电跟踪电路、光电跟踪电路 NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术442 2、光电开关、光电开关NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术45 1 1、跟踪电路中两性能相似的同类光电池作光电、跟踪电路中两性能相似的同类光电池作光电接收器件。入射光通量相同时，执行机构按预定的接收器件。入射光通量相同时，执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。系统略有偏差时电路输出差方式工作或进行跟踪。系统略有偏差时电路输出差动信号带动执行机构进行纠正，达到跟踪的目的。动信号带动执行机构进行纠正，达到跟踪的目的。2 2、光电开关电路多用于自动控制系统中。无光、光电开关电路多用于自动控制系统中。无光照时，系统处于某工作状态，如通或断态。当光电照时，系统处于某工作状态，如通或断态。当光电池受光照射时，产生较高电动势，光强大于某一设池受光照射时，产生较高电动势，光强大于某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术46 实际应用中，主要利用光电池光照特性、光谱特实际应用中，主要利用光电池光照特性、光谱特性、频率特性和温度特性等，通过基本电路与其他性、频率特性和温度特性等，通过基本电路与其他电子线路的组合可实现检测或自动控制的目的。电子线路的组合可实现检测或自动控制的目的。NUST自动化学院自动化学院电气检测技术电气检测技术47小结小结