利用光导电性质设计光电控制装置

A. 光电传感器工作原理的工作原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的 。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。
三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

B. 光导电效应 是什么

光导电效应
定义在光的作用下，体系对电荷的传导率有很大提高(3～5个数量级以上)，这种效应称为光导电效应。人们已利用这种效应制造出诸如激光打印机中光导鼓涂层、光控开关、光敏探测器。编辑本段特性光电特性很多半导体材料对光十分敏感，无光照时，不易导电；受到光照时，就变的容易导电了。例如，常用的硫化镉半导体光敏电阻，在无光照时电阻高达几十兆欧，受到光照时电阻会减小到几十千欧。半导体受光照后电阻明显变小的现象称为“光导电”。利用光导电特性制作的光电器件还有光电二极管和光电三极管等。

C. 光电传感器的原理

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射到光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.
光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<&micro;A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参与导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
工作原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 ⑴槽型光电传感器
把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
⑵对射型光电传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米。使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。
⑶反光板型光电开关
把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。
⑷扩散反射型光电开关
扩散反射型光电开关的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但扩散反射型光电开关前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。在检测时，当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。
没有信号输出的原因
首先要考虑的是接线或配置的问题。对于对射型光电传感器必须由投光部和受光部组合使用，两端都需要供电；而回归反射型必须由传感器探头和回归反射板组合使用；同时，用户必须给传感器提供稳定电源，如果是直流供电，必须确认正负极，如若正负极连接错误则会导致输出信号没有。
上述的原因分析是对光电传感器本身的考虑，我们还需要考虑的是检测物体的位置问题，如果检测物体不在检测区域，这样的检测是徒劳的。检测物体必须在传感器可以检测的区域内，也就是光电可以感知的范围内。其次，要考虑传感器光轴有没有对准问题，对射型的投光部和受光部光轴必须对准，对应的回归反射型的探头部分和反光板光轴必须对准。同样还要考虑的是检测物体是否符合标准检测物体或者最小检测物体的标准，检测物体不能小于最小检测物体的标准，从而避免导致对射型、反射型不能很好检测透明物体，像反射型对检测物体的颜色有要求，颜色越深，检测距离就越近。
如果以上情况都可以很明确地做出排除后，我们需要做的事就是检测环境的干扰因素。如光照强度不能超出额定范围；如果现场环境有粉尘，就需要我们定期清理光电传感器探头表面；或者是多个传感器紧密安装，互相产生干扰；还有一种影响比较大的是电气干扰，如果周围有大功率设备，产生干扰时必须要有相应的抗干扰措施。如果做过上述的逐一排查，这些因素都可以明确地排除还是没有信号输出的话，建议退回厂家检测判断。 光电传感器通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。
发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。
接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。角反射板是结构牢固的发射装置，它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，仍从这根反射线返回。 ⑴槽型光电传感器
把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
⑵对射型光电传感器
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。
⑶反光板型光电开关
把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到;一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。
⑷扩散反射型光电开关
它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到信号，输出一个开关信号。

D. “路灯自动控制装置设计” 1.用光电传感器实现路灯的开关自动控制，当光线变暗时开启，变亮时关闭。2

我给你个图看看。

E. 光电传感器原理是什么

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 光电传感器原理是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

F. 半导体的导电能力随外界温度的变化而变化的性质称作什么

热敏性。

G. 光电开关的工作原理

右图所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，然后用数字积分光电开关或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。
利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体；使光束发射经过长距离后瞬间返回。光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。
由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。光电开光快易优自动化选型有收录，并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

H. 光电导效应的性质

某些半导体材料受到光照射时，其电导率发生变化的现象。光照射到半导体上，价带上的电子接受能量，使电子脱离共价键。当光提供的能量达到禁带宽度的能量值时，价带的电子跃迁到导带，在晶体中就会产生一个自由电子和一个空穴，这两种载流子都参与导电。由光产生的附加电导称为光电导，也称本征光电导。光能还可将杂质能级激发产生附加电导，称为杂质光电导。利用光敏效应可制成光敏电阻，不同波长的光子具有不同的能量，因此，一定的材料只对应于一定的光谱才具有这种效应。对紫外光较灵敏的光敏电阻称紫外光敏电阻，如硫化镉和硒化镉光敏电阻，用于探测紫外线。对可见光灵敏的光敏电阻称可见光光敏电阻，如硒化铊、硫化铊，硫化铋及锗、硅光敏电阻，用于各种自动控制系统，如光电自动开关门窗，光电计算器，光电控制照明，自动安全保护等。对红外线敏感的光敏电阻称红外光敏电阻，如硫化铅，碲化铅、硒化铅等，用于夜间或淡雾中探测能够辐射红外线目标，红外通信，导弹制导等。

I. 光电导效应的光电导效应的应用

光电导效应的应用主要体现在光电导材料的应用上。光电导材料是一种灵敏、快速的光电器件。通过它，能灵敏、快速地将接受到的光信号转换成对应的电信号，广泛地应用于国民经济、军事、科学技术等各个部门和社会生活的方方面面，特别是现代高新技术之中。 (1)在探测器中的应用
利用光电导效应原理工作的探测器称为光电导探测器。作为半导体材料的一种体效应，光电导效应无须形成p-n结。光照越强，光电导材料的电阻率越小，故光电导材料又称为光敏电阻。不含杂质的光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测，含杂质的光敏电阻通常必须在低温条件下工作，常用于中、远红外辐射探测。
(2)在摄像管中的应用光电导材料是目前摄像管中应用最为广泛的光电变换材料之一。与利用外光电效应的摄像管相比，光电导摄像管突出的优点是：体积小、重量轻、结构简单、灵敏度高等。目前，它已广泛地应用于工业监控系统。 (1)红外夜视仪(热像仪)
通过光电导材料，热像仪中的红外光可变成可见光，即将红外图像转化为可见光图像，以便作战人员观察夜间战场情况。这一过程分为两步进行：首先是使用对红外辐射敏感的红外光电导探测器，把红外辐射信号变成电信号，该信号的大小正比于红外辐射的强度；其次是通过电视显像系统将电信号显示于电视屏幕上。
热像仪是当代夜视技术发展的最高水平，广泛应用于各类红外观察仪、红外热瞄器、坦克上的潜望仪器、带光测距机、火控系统与跟踪系统之中，具有隐蔽性好、抗干扰性强、分辨率高、全天候性等优点。
(2)导弹系统中的制导装置和反导弹系统中的预警装置
红外光电导摄像管是红外制导导弹的眼睛。许多军事目标(飞机、坦克、军舰等)都装有大功率发动机，其动力部分是强大的红外辐射源，可形成红外制导导弹的目标控制信号。当信号被导弹接受后，经处理去驱动导弹的控制系统，在红外光电导摄像管的协助下，不断矫正导弹的飞行方向，逼近目标并加以摧毁。用导弹拦截导弹，关键在于传感器准确及时地探测、跟踪目标。由对红外光响应速度快、灵敏度高、有较高响应率的光电导材料制成的红外光电导探测器，可安装在预警飞机或预警卫星上，能准确及时地探测、跟踪敌方导弹尾焰的红外辐射，是反导弹系统预警装置中的重要组成部分。红外光电导制导、探测技术具有不易受干扰、定位准确率高、结构简单、成本低、可探测超低空目标等优点，但受气象条件的影响比较大，往往要和雷达配合，以便取长补短。目前，许多地空导弹是雷达)红外双模制导导弹。有趣的是，光电导效应同样应用于隐身技术。 (1)在生产生活中的应用
在生产生活方面，光敏电阻可应用在各种自动控制装置和光检测设备中，如生产线上的自动送料、自动门装置、航标灯、路灯、应急自动照明、自动给水停水装置、生产安全装置、烟雾火灾报警装置、照相机的自动调节、电子计算机的输入设备以及医疗器械(如光电脉搏计、心电图仪)等方面。此外，还可应用于电子乐器、电视和其它家用电器中。
(2)在教育教学中的应用
在教育教学方面，光电导摄像管可广泛地应用于学校教育教学的监督和管理评价工作之中。光电导材料应用于扫描仪、复印机、投影仪，给学校的教学和人们日常的学习和交流带来方便。
(3)在科学研究中的应用
在科学研究方面，利用红外光电导，可以遥感物体表面温度、无损探伤、气象遥感、地学遥感等。
总之，光电导传感和遥感技术对于自动控制、机电一体化十分重要。 探测、传感技术的发展离不开高性能的光电器件材料。 在今后一段时间内, 响应速度更快、 响应效率更好、灵敏度更高、响应频率更宽的高性能光电导材料, 将是光电导技术研究的主要发展方向。
综上所述, 人类已经进入信息时代, 半导体和微电子技术无疑是信息社会的核心技术之一。 展望未来, 在光电子技术的革命中, 光电导材料会在光学、集成光电子学和分子电子学领域发挥重大作用 。 在语言和图像的识别中, 在复杂情况下作出判断的人工智能以及神经网络和模拟人脑等方面的发展中, 半导体微电子技术和光电子技术仍将是未来科学技术革命的主要内 容, 作为一种性能不断优化的基础元器件, 光电导材料将会作出巨大的贡献。

J. 如下图甲所示为某型号光敏变阻器的结构

解答：解：（1）由题意知，电源电压U不变．由图知当冰山高度下降时，接入电路中的光敏电阻阻值R变大，所以电路的总电阻R总变大；
由I=
U
R
知电路电流I变小，则R0的电压UR0=IR0变小，光敏电阻电压，即电压表示数UR=U-UR0变大．
当激光照射在光敏电阻最下端，光敏电阻接入电路阻值R=50Ω时，电表示数最大；
为不损毁电压表则最大电压为3V，此时电路电流I=
UV
R
=
3V
50Ω
=0.06A，
定值电阻的电压UR0=4.5V-3.0V=1.5V，
由欧姆定律得定值电阻阻值R0=
UR0
I
=
1.5V
0.06A
=25Ω．
（2）当冰山下降2cm时，光敏电阻接入电路的阻值R'=
50Ω
10cm
×2cm=10Ω，
此时电路电流I'=
U
R′+R0
=
4.5V
10Ω+40Ω
=0.09A．
此时电压表的示数UV′=I′R′=0.09A×10Ω=0.9V．
（3）由题意知光敏电阻的长度为10cm，如果按小明的设计测冰山下降的高度，它能显示的冰山变化的高度太小，只有10cm．
（4）建议：用清洁能源  节约能源等．
答：（1）闭合开关，当冰山高度下降时，电压表示数将变大；为了保护电压表，定值电阻R0的阻值至少为25Ω．
（2）当冰山下降2cm时，电压表示数为为0.9V．
（3）能显示冰山变化的高度太小，只有10cm．
（4）用清洁能源  节约能源等（合理即可）