利用光導電性質設計光電控制裝置

A. 光電感測器工作原理的工作原理

光電感測器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的 。
光電感測器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。
發送器對准目標發射光束，發射的光束一般來源於半導體光源，發光二極體(LED)、激光二極體及紅外發射二極體。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極體、光電三極體、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其後面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。
此外，光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。
三角反射板是結構牢固的發射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束准確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發射角，使光束幾乎是從一根發射線，經過反射後，還是從這根反射線返回。

B. 光導電效應 是什麼

光導電效應
定義在光的作用下，體系對電荷的傳導率有很大提高(3～5個數量級以上)，這種效應稱為光導電效應。人們已利用這種效應製造出諸如激光列印機中光導鼓塗層、光控開關、光敏探測器。編輯本段特性光電特性很多半導體材料對光十分敏感，無光照時，不易導電；受到光照時，就變的容易導電了。例如，常用的硫化鎘半導體光敏電阻，在無光照時電阻高達幾十兆歐，受到光照時電阻會減小到幾十千歐。半導體受光照後電阻明顯變小的現象稱為「光導電」。利用光導電特性製作的光電器件還有光電二極體和光電三極體等。

C. 光電感測器的原理

由光通量對光電元件的作用原理不同所製成的光學測控系統是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統)輸出量性質可分二類,即模擬式光電感測器和脈沖(開關)式光電感測器.模擬式光電感測器是將被測量轉換成連續變化的光電流,它與被測量間呈單值關系.模擬式光電感測器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測物體放在光路中,恆光源發出的光能量穿過被測物,部份被吸收後,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恆光源發出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射後投射到光電元件上;所謂遮光式是指當光源發出的光通量經被測物光遮其中一部份,使投射到光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關.
光敏二極體是最常見的光感測器。光敏二極體的外型與一般二極體一樣，當無光照時，它與普通二極體一樣，反向電流很小（<&micro;A），稱為光敏二極體的暗電流；當有光照時，載流子被激發，產生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參與導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，於是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。
光敏三極體除了具有光敏二極體能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極體相差不大，一般光敏三極體只引出兩個極——發射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區面積做得很大，發射區較小，入射光主要被基區吸收。工作時集電結反偏，發射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三極體的穿透電流還小；當有光照時，激發大量的電子-空穴對，使得基極產生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極體要比光電二極體具有更高的靈敏度。
工作原理
光電感測器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。
光電感測器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。
發送器對准目標發射光束，發射的光束一般來源於半導體光源，發光二極體(LED)、激光二極體及紅外發射二極體。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極體、光電三極體、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其後面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。
此外，光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。 ⑴槽型光電感測器
把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側組成槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作，輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。
⑵對射型光電感測器，若把發光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大，一個發光器和一個收光器組成對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。對射式光電開關的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。
⑶反光板型光電開關
把發光器和收光器裝入同一個裝置內，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控製作用，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發光器發出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。
⑷擴散反射型光電開關
擴散反射型光電開關的檢測頭里也裝有一個發光器和一個收光器，但擴散反射型光電開關前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。在檢測時，當檢測物通過時擋住了光，並把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號。
沒有信號輸出的原因
首先要考慮的是接線或配置的問題。對於對射型光電感測器必須由投光部和受光部組合使用，兩端都需要供電；而回歸反射型必須由感測器探頭和回歸反射板組合使用；同時，用戶必須給感測器提供穩定電源，如果是直流供電，必須確認正負極，如若正負極連接錯誤則會導致輸出信號沒有。
上述的原因分析是對光電感測器本身的考慮，我們還需要考慮的是檢測物體的位置問題，如果檢測物體不在檢測區域，這樣的檢測是徒勞的。檢測物體必須在感測器可以檢測的區域內，也就是光電可以感知的范圍內。其次，要考慮感測器光軸有沒有對准問題，對射型的投光部和受光部光軸必須對准，對應的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對准。同樣還要考慮的是檢測物體是否符合標准檢測物體或者最小檢測物體的標准，檢測物體不能小於最小檢測物體的標准，從而避免導致對射型、反射型不能很好檢測透明物體，像反射型對檢測物體的顏色有要求，顏色越深，檢測距離就越近。
如果以上情況都可以很明確地做出排除後，我們需要做的事就是檢測環境的干擾因素。如光照強度不能超出額定范圍；如果現場環境有粉塵，就需要我們定期清理光電感測器探頭表面；或者是多個感測器緊密安裝，互相產生干擾；還有一種影響比較大的是電氣干擾，如果周圍有大功率設備，產生干擾時必須要有相應的抗干擾措施。如果做過上述的逐一排查，這些因素都可以明確地排除還是沒有信號輸出的話，建議退回廠家檢測判斷。 光電感測器通常由三部分構成，它們分別為：發送器、接收器和檢測電路。
發射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內有一個小的白熾燈做為光源，這些小而堅固的白熾燈感測器就是如今光電感測器的雛形。
接收器有光電二極體、光電三極體及光電池組成。光敏二極體是現在最常見的感測器。光電感測器光敏二極體的外型與一般二極體一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便於光線射入，為增加受光面積，PN結的面積做得較大，光敏二極體工作在反向偏置的工作狀態下，並與負載電阻相串聯，當無光照時，它與普通二極體一樣，反向電流很小稱為光敏二極體的暗電流;當有光照時，載流子被激發，產生電子-空穴，稱為光電載流子。
此外，光電感測器的結構元件中還有發射板和光導纖維。角反射板是結構牢固的發射裝置，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束准確地從反射板中返回。它可以在與光軸0到25的范圍改變發射角，使光束幾乎是從一根發射線，經過反射後，仍從這根反射線返回。 ⑴槽型光電感測器
把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。
⑵對射型光電感測器
若把發光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。
⑶反光板型光電開關
把發光器和收光器裝入同一個裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控製作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發光器發出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。
⑷擴散反射型光電開關
它的檢測頭里也裝有一個發光器和一個收光器，但前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，並把光部分反射回來，收光器就收到信號，輸出一個開關信號。

D. 「路燈自動控制裝置設計」 1.用光電感測器實現路燈的開關自動控制，當光線變暗時開啟，變亮時關閉。2

我給你個圖看看。

E. 光電感測器原理是什麼

光電感測器是採用光電元件作為檢測元件的感測器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電感測器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。 光電感測器原理是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。 光電感測器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。 發送器對准目標發射光束，發射的光束一般來源於半導體光源，發光二極體(LED)、激光二極體及紅外發射二極體。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極體、光電三極體、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其後面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 此外，光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。

F. 半導體的導電能力隨外界溫度的變化而變化的性質稱作什麼

熱敏性。

G. 光電開關的工作原理

右圖所示是反射式光電開關的工作原理框圖。圖中，由振盪迴路產生的調制脈沖經反射電路後，然後用數字積分光電開關或RC積分方式排除干擾，最後經延時（或不延時）觸發驅動器輸出光電開關控制信號。
利用光學元件，在傳播媒介中間使光束發生變化；利用光束來反射物體；使光束發射經過長距離後瞬間返回。光電開關是由發射器、接收器和檢測電路三部分組成。發射器對准目標發射光束，發射的光束一般來源於發光二極體（LED）和激光二極體。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調制的光束輻射強度在發射中經過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極體或光電三極體組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其後面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發光源和受光器兩部分組成。把發光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發光源為發光二極體，受光器為光敏二極體、光敏三極體等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極體型、光電三極體型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。工作原理在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決於激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上後，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了電一光一電的轉換。
由振盪迴路產生的調制脈沖經反射電路後，由發光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極體DU。光電開光快易優自動化選型有收錄，並在接收電路中將光脈沖解調為電脈沖信號，再經放大器放大和同步選通整形，然後用數字積分或RC積分方式排除干擾，最後經延時（或不延時）觸發驅動器輸出光電開關控制信號。 光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內晃動也不會影響驅動器的輸出狀態，從而可使其保持在穩定工作區。同時，自診斷系統還可以顯示受光狀態和穩定工作區，以隨時監視光電開關的工作。

H. 光電導效應的性質

某些半導體材料受到光照射時，其電導率發生變化的現象。光照射到半導體上，價帶上的電子接受能量，使電子脫離共價鍵。當光提供的能量達到禁帶寬度的能量值時，價帶的電子躍遷到導帶，在晶體中就會產生一個自由電子和一個空穴，這兩種載流子都參與導電。由光產生的附加電導稱為光電導，也稱本徵光電導。光能還可將雜質能級激發產生附加電導，稱為雜質光電導。利用光敏效應可製成光敏電阻，不同波長的光子具有不同的能量，因此，一定的材料只對應於一定的光譜才具有這種效應。對紫外光較靈敏的光敏電阻稱紫外光敏電阻，如硫化鎘和硒化鎘光敏電阻，用於探測紫外線。對可見光靈敏的光敏電阻稱可見光光敏電阻，如硒化鉈、硫化鉈，硫化鉍及鍺、硅光敏電阻，用於各種自動控制系統，如光電自動開關門窗，光電計算器，光電控制照明，自動安全保護等。對紅外線敏感的光敏電阻稱紅外光敏電阻，如硫化鉛，碲化鉛、硒化鉛等，用於夜間或淡霧中探測能夠輻射紅外線目標，紅外通信，導彈制導等。

I. 光電導效應的光電導效應的應用

光電導效應的應用主要體現在光電導材料的應用上。光電導材料是一種靈敏、快速的光電器件。通過它，能靈敏、快速地將接受到的光信號轉換成對應的電信號，廣泛地應用於國民經濟、軍事、科學技術等各個部門和社會生活的方方面面，特別是現代高新技術之中。 (1)在探測器中的應用
利用光電導效應原理工作的探測器稱為光電導探測器。作為半導體材料的一種體效應，光電導效應無須形成p-n結。光照越強，光電導材料的電阻率越小，故光電導材料又稱為光敏電阻。不含雜質的光敏電阻一般在室溫下工作，適用於可見光和近紅外輻射探測，含雜質的光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用於中、遠紅外輻射探測。
(2)在攝像管中的應用光電導材料是目前攝像管中應用最為廣泛的光電變換材料之一。與利用外光電效應的攝像管相比，光電導攝像管突出的優點是：體積小、重量輕、結構簡單、靈敏度高等。目前，它已廣泛地應用於工業監控系統。 (1)紅外夜視儀(熱像儀)
通過光電導材料，熱像儀中的紅外光可變成可見光，即將紅外圖像轉化為可見光圖像，以便作戰人員觀察夜間戰場情況。這一過程分為兩步進行：首先是使用對紅外輻射敏感的紅外光電導探測器，把紅外輻射信號變成電信號，該信號的大小正比於紅外輻射的強度；其次是通過電視顯像系統將電信號顯示於電視屏幕上。
熱像儀是當代夜視技術發展的最高水平，廣泛應用於各類紅外觀察儀、紅外熱瞄器、坦克上的潛望儀器、帶光測距機、火控系統與跟蹤系統之中，具有隱蔽性好、抗干擾性強、解析度高、全天候性等優點。
(2)導彈系統中的制導裝置和反導彈系統中的預警裝置
紅外光電導攝像管是紅外製導導彈的眼睛。許多軍事目標(飛機、坦克、軍艦等)都裝有大功率發動機，其動力部分是強大的紅外輻射源，可形成紅外製導導彈的目標控制信號。當信號被導彈接受後，經處理去驅動導彈的控制系統，在紅外光電導攝像管的協助下，不斷矯正導彈的飛行方向，逼近目標並加以摧毀。用導彈攔截導彈，關鍵在於感測器准確及時地探測、跟蹤目標。由對紅外光響應速度快、靈敏度高、有較高響應率的光電導材料製成的紅外光電導探測器，可安裝在預警飛機或預警衛星上，能准確及時地探測、跟蹤敵方導彈尾焰的紅外輻射，是反導彈系統預警裝置中的重要組成部分。紅外光電導制導、探測技術具有不易受干擾、定位準確率高、結構簡單、成本低、可探測超低空目標等優點，但受氣象條件的影響比較大，往往要和雷達配合，以便取長補短。目前，許多地空導彈是雷達)紅外雙模製導導彈。有趣的是，光電導效應同樣應用於隱身技術。 (1)在生產生活中的應用
在生產生活方面，光敏電阻可應用在各種自動控制裝置和光檢測設備中，如生產線上的自動送料、自動門裝置、航標燈、路燈、應急自動照明、自動給水停水裝置、生產安全裝置、煙霧火災報警裝置、照相機的自動調節、電子計算機的輸入設備以及醫療器械(如光電脈搏計、心電圖儀)等方面。此外，還可應用於電子樂器、電視和其它家用電器中。
(2)在教育教學中的應用
在教育教學方面，光電導攝像管可廣泛地應用於學校教育教學的監督和管理評價工作之中。光電導材料應用於掃描儀、復印機、投影儀，給學校的教學和人們日常的學習和交流帶來方便。
(3)在科學研究中的應用
在科學研究方面，利用紅外光電導，可以遙感物體表面溫度、無損探傷、氣象遙感、地學遙感等。
總之，光電導感測和遙感技術對於自動控制、機電一體化十分重要。 探測、感測技術的發展離不開高性能的光電器件材料。 在今後一段時間內, 響應速度更快、 響應效率更好、靈敏度更高、響應頻率更寬的高性能光電導材料, 將是光電導技術研究的主要發展方向。
綜上所述, 人類已經進入信息時代, 半導體和微電子技術無疑是信息社會的核心技術之一。 展望未來, 在光電子技術的革命中, 光電導材料會在光學、集成光電子學和分子電子學領域發揮重大作用 。 在語言和圖像的識別中, 在復雜情況下作出判斷的人工智慧以及神經網路和模擬人腦等方面的發展中, 半導體微電子技術和光電子技術仍將是未來科學技術革命的主要內 容, 作為一種性能不斷優化的基礎元器件, 光電導材料將會作出巨大的貢獻。

J. 如下圖甲所示為某型號光敏變阻器的結構

解答：解：（1）由題意知，電源電壓U不變．由圖知當冰山高度下降時，接入電路中的光敏電阻阻值R變大，所以電路的總電阻R總變大；
由I=
U
R
知電路電流I變小，則R0的電壓UR0=IR0變小，光敏電阻電壓，即電壓表示數UR=U-UR0變大．
當激光照射在光敏電阻最下端，光敏電阻接入電路阻值R=50Ω時，電表示數最大；
為不損毀電壓表則最大電壓為3V，此時電路電流I=
UV
R
=
3V
50Ω
=0.06A，
定值電阻的電壓UR0=4.5V-3.0V=1.5V，
由歐姆定律得定值電阻阻值R0=
UR0
I
=
1.5V
0.06A
=25Ω．
（2）當冰山下降2cm時，光敏電阻接入電路的阻值R'=
50Ω
10cm
×2cm=10Ω，
此時電路電流I'=
U
R′+R0
=
4.5V
10Ω+40Ω
=0.09A．
此時電壓表的示數UV′=I′R′=0.09A×10Ω=0.9V．
（3）由題意知光敏電阻的長度為10cm，如果按小明的設計測冰山下降的高度，它能顯示的冰山變化的高度太小，只有10cm．
（4）建議：用清潔能源  節約能源等．
答：（1）閉合開關，當冰山高度下降時，電壓表示數將變大；為了保護電壓表，定值電阻R0的阻值至少為25Ω．
（2）當冰山下降2cm時，電壓表示數為為0.9V．
（3）能顯示冰山變化的高度太小，只有10cm．
（4）用清潔能源  節約能源等（合理即可）