传感器原理及检测技术_第7章_光电式传感器资料
第7章 传感器技术-光电效应及传感器
光源
被测非电量 位移、转速、 振动等
光学通路
光量
光电传感元件
△U 或△I
测量/显示
光电传感器的分类 按传感器输出量的性质， 按传感器输出量的性质，可以分为模拟式 开关式（脉冲式）二大类。 和开关式（脉冲式）二大类。
模拟式光电传感器
该类传感器基于光电元件的光电特性， 该类传感器基于光电元件的光电特性，其 基于光电元件的光电特性 光通量是随被测量而变， 光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 传感器输出量为连续变化的光电流， 传感器输出量为连续变化的光电流，器件 的光照特性呈单值线性， 的光照特性呈单值线性，光源的光照要求保持 均匀稳定。 反射式、 均匀稳定。它的形式有吸收式、反射式、遮光 式和辐射式。
5、时差测距。典型应用如光电测距仪， 时差测距。典型应用如光电测距仪， 是将恒定光源发出的光投射到目的物， 是将恒定光源发出的光投射到目的物，并用 光电元件接收反射光， 光电元件接收反射光，通过对光信号在光源 与目的物之间往返时间的测量， 与目的物之间往返时间的测量，从而计算出 光源与目的物间的距离。 光源与目的物间的距离。
发光二极管阵列（SSPA） 发光二极管阵列（SSPA） 电荷耦合器件（CCD） 电荷耦合器件（CCD）
这两类光电器件实际上是集成化、 这两类光电器件实际上是集成化、 模块化的光电元件组合， 模块化的光电元件组合，他们的工作原 理类似，根据需要， 理类似，根据需要，可以做成线阵或面 阵的形式。 阵的形式。目前在图象采集与处理技术 电荷耦合器件CCD CCD已经得到了大量 中 ， 电荷耦合器件 CCD 已经得到了大量 的应用。 的应用。
内光电效应－ 内光电效应－
传感器原理及检测技术(pdf 67页)
光电式传感器
光电式传感器
●光电效应和光电元件●光电器件的特性
●光电耦合器件
●电荷耦合器件(CCD)●光电式传感器
光电式传感器
光电式传感器的概念
光电式传感器是以光电元件作为转化元件，可以将被测的非电量通过光量的变化再转化成电量的传感器。
光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成。
光电式传感器的物理基础是光电效应。
光电效应和光电元件
●外光电效应
●基于外光电效应的器件●内光电效应
●基于内光电效应的器件
基于外光电效应的器件 光电管
基于外光电效应的器件 光电倍增管
光电效应
●内光电效应之二(光生伏特效应)
✓势垒效应(结光电效应)
✓侧向光电效应。
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
传感器与检测技术习题解答
传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答王涛第1章概述什么是传感器？答：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的共性是什么？答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。
传感器一般由哪几部分组成？答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。
传感器是如何分类的？答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
改善传感器性能的技术途径有哪些？答：①差动技术；②平均技术；③补偿与修正技术；④屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤稳定性处理。
第2章传感器的基本特性什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。
设压力解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。
传感器与检测技术期末考试试题与答案
第一章传感器基础l。
检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用.答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作.显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称(传感器）被测量—转换原理—序号主称-—传感器，代号C;被测量—-用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记.见附录表2;转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3；序号—-用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，(其中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y—GQ—2.3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法？如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量.此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理标题：光电传感器的工作原理引言概述：光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的传感器，广泛应用于工业自动化、光学测量、医疗设备等领域。
本文将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、光电传感器的基本组成1.1 光源：光电传感器中的光源通常为LED或激光二极管，用于发射光信号。
1.2 接收器：光电传感器中的接收器用于接收光信号并转换为电信号。
1.3 信号处理电路：信号处理电路用于处理接收到的电信号，提取所需的信息。
二、光电传感器的工作原理2.1 发射光源发射光信号：光电传感器中的光源发射光信号，照射到被测物体表面。
2.2 光信号被反射或透过：被测物体表面对光信号的反射或透过会使接收器接收到不同的光信号。
2.3 接收器转换为电信号：接收器接收到的光信号会被转换为电信号，通过信号处理电路进行处理。
三、光电传感器的工作模式3.1 透射式：光源和接收器在被测物体的两侧，当被测物体遮挡光信号时，接收器接收到的光信号减弱。
3.2 反射式：光源和接收器在同一侧，当被测物体反射光信号时，接收器接收到的光信号增强。
3.3 漫反射式：光源和接收器在同一侧，通过被测物体表面的漫反射光信号进行检测。
四、光电传感器的应用领域4.1 工业自动化：光电传感器可用于检测物体的位置、颜色、形状等信息，实现自动化生产。
4.2 光学测量：光电传感器可用于测量光学器件的反射率、透射率等参数。
4.3 医疗设备：光电传感器可用于医疗设备中的血氧检测、心率监测等功能。
五、光电传感器的发展趋势5.1 小型化：随着技术发展，光电传感器越来越小型化，适用于更多复杂环境。
5.2 高精度：光电传感器的精度不断提高，可以满足更高要求的应用场景。
5.3 多功能化：光电传感器的功能越来越多样化，可以实现更多复杂的检测任务。
总结：光电传感器作为一种重要的传感器技术，在各个领域都有着广泛的应用。
通过了解光电传感器的工作原理，可以更好地理解其在实际应用中的作用和优势。
第七章 光电型传感器与测量电路
2．光生伏特效应及器件 光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。 当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着 内建结电场，其方向是从N区指向P区，如图7-12所示。 当光照射到结区时，光照 产生的电子一空穴对在结电场 作用下，电子推向N区，空穴推 向P区；电子在N区积累和空穴 在P区积累使PN结两边的电位 发生变化，PN结两端出现一个 因光照而产生的电动势，这一 现象称为光生伏特效应。由于 它可以像电池那样为外电路提 供能量，因此常称为光电池。
图7-8 金属封装的CdS光敏电阻
图7-9 光电二极管原理图
(2) 光敏二极管PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特 效应工作。如图7-9所示，处于反向偏置的PN结，在无光照时 具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子一 空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动， 形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈 大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此 光照时的反向电流基本上与光强成正比。
图7-3 光电管
光电倍增管的结构如图7-4 所示。在玻璃管内除装有光电 阴极和光电阳极外，尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极 上涂有在电子轰击下能发射更 多电子的材料。光电倍增极的 形状及位置设置得正好能使前 一级倍增极发射的电子继续轰 击后一级倍增极。在每个倍增 极间均，依次增大加速电压。 光电倍增管的主要特点是： 光电流大，灵敏度高，其倍增 率为N=δn，其中δ为单极倍增 率(3～6)，n为倍增极数(4～14)。
7.3常用光电器件
光电器件是光电传感器的重要组成部分，对传感器的性能 影响很大。光电器件是基于光电效应工作的，种类很多。所谓 光电效应，是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量而产生的电效应。一般地，光电效应分为外光电效应和内 光电效应两类。因此，光电器件也随之分为外光电器件和内光 电器件两类。 7.3.1 外光电效应及器件 在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现 象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。 因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该 物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A， 因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λ0)，称 为“红限”，不同金属光电效应的红限见表7-2。
传感器原理及检测技术
传感器原理及检测技术传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电⼦学、光学、声学、精密机械、仿⽣学和材料科学等众多学科相互交叉的综合性和⾼新技术密集型前沿技术之⼀，是现代新技术⾰命和信息社会的重要基础，是⾃动检测和⾃动控制技术不可缺少的重要组成部分。
⽬前，传感器技术已成为我国国民经济不可或缺的⽀柱产业的⼀部分。
传感器在⼯业部门的应⽤普及率⼰被国际社会作为衡量⼀个国家智能化、数字化、⽹络化的重要标志。
传感器技术是新技术⾰命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术发展的⼀个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三⼤⽀柱之⼀。
如果说计算机是⼈类⼤脑的扩展，那么传感器就是⼈类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，⼈们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展⽽惊呼“⼤脑发达、五官不灵”。
从⼋⼗年代起，逐步在世界范围内掀起了⼀股“传感器热”。
美国早在80年代就声称世界已进⼊传感器时代，⽇本则把传感器技术列为⼗⼤技术之创⽴。
⽇本⼯商界⼈⼠声称“⽀配了传感器技术就能够⽀配新时代”。
世界技术发达国家对开发传感器技术部⼗分重视。
美、⽇、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之⼀。
美国国家长期安全和经济繁荣⾄关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。
关于保护美国武器系统质量优势⾄关重要的关键技术，其中８项为⽆源传感器。
美国空军2000年举出15项有助于提⾼21世纪空军能⼒关键技术，传感器技术名列第⼆。
⽇本对开发和利⽤传感器技术相当重视并列为国家重点发展６⼤核⼼技术之⼀。
⽇本科学技术厅制定的90年代重点科研项⽬中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。
美国早在80年代初就成⽴了国家技术⼩组（BTG），帮助政府组织和领导各⼤公司与国家企事业部门的传感器技术开发⼯作。
美国国防部将传感器技术视为今年20项关键技术之⼀，⽇本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６⼤核⼼枝术，德国视军⽤传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。
光电传感器的基本原理及分类
光电传感器的基本原理及分类一、引言光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于工业自动化、机器人技术、医疗仪器等领域。
本文将从基本原理和分类两个方面介绍光电传感器的知识。
二、光电传感器的基本原理1. 光电效应原理光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时，会产生电子的现象。
这种现象可以用经典物理学或量子力学来解释，但无论采用哪种解释方式，都不能完全符合实验结果。
根据实验结果，可以得出以下结论：当光子能量大于物质表面材料的束缚能时，就会发生外逸电子现象。
利用这个原理，可以制作出具有灵敏度高、响应速度快等优点的光电传感器。
2. 光敏元件原理在光电传感器中，最重要的部分就是光敏元件。
常见的光敏元件有四种：硅太阳能电池、硒太阳能电池、气体放大管和半导体二极管。
其中最常见的是半导体二极管，其工作原理是基于PN结的光电效应。
当光照射到PN结上时，会产生电子和空穴对，从而导致PN结区域的电流变化。
这种变化可以被检测到，并通过信号处理器转化为数字信号输出。
3. 光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理是将光信号转化为电信号。
当物体进入传感器检测范围内时，会反射出一定程度的光线，这些光线被接收器接收后经过放大和滤波处理后转化为数字信号输出。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的光电传感器来实现不同功能。
三、光电传感器的分类1. 按照检测目标分类根据检测目标的不同，可以将光电传感器分为接近式、距离式和透明式三种类型。
（1）接近式：主要用于检测物体是否在一定距离范围内，并且可以识别物体是否有金属或非金属等特殊属性。
（2）距离式：主要用于测量物体与传感器之间的距离，并且可以精确地计算出物体与传感器之间的距离。
（3）透明式：主要用于检测透明或半透明物体的存在与否，例如检测玻璃板是否存在。
2. 按照工作原理分类根据工作原理的不同，可以将光电传感器分为反射式、散射式、直接式和光栅式四种类型。
（1）反射式：传感器和物体之间有一定距离，通过物体反射的光信号来检测物体的存在与否。
第7章胡向东传感器与检测技术PPT
变磁通式磁电传感器
43
2
1
NS
(a)
31
A 6
A
7
5
5
6
(b)
(a) 开磁路； (b) 闭磁路
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上 加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为
I0
=
E R Rf
NBLv
=
R Rf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
SI
I0 v
NBL R Rf
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
U0
I0Rf
NBLvRf R Rf
R3
R4
Rw
R3
R4
Rw
d
d
d
d
b
b
（a）不对称补偿
b
b
（b）对称补偿
寄生直流电动势的补偿
元件在制作安装时，尽量做到使电极欧姆接 触，并做到均匀散热。
欧姆接触：金属与半导体的接触，其接触面 的电阻值远小于半导体本身的电阻。
霍尔元件的温度误差及其补偿
Ip
IH
Rp
I
UH
KH KH 0 (1 T )
7.1.1工作原理
光电传感器工作原理
光电传感器工作原理光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，广泛应用于光电检测、光电测量、光电控制等领域。
它通过感受光的强度、波长等特性，将光信号转换为电信号，从而实现对光的检测和控制。
一、光电传感器的基本原理光电传感器的基本原理是光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子与物质中的电子相互作用，将光能转化为电能的现象。
光电传感器利用光电效应，将光信号转化为电信号，实现对光的检测和测量。
光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
光源发出光信号，光敏元件接收光信号并产生电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理，最终输出一个与光信号相关的电信号。
二、光电传感器的工作原理1. 光敏元件的工作原理光敏元件是光电传感器的核心部份，常见的光敏元件有光敏电阻、光敏二极管、光电二极管、光电三极管、光电晶体管等。
以光敏电阻为例，它是一种能够根据光强度变化而改变电阻值的元件。
光敏电阻的内部结构是一个光敏材料和两个电极。
当光照射到光敏电阻上时，光敏材料中的电子会被激发，电子的运动会导致电阻值的变化。
光敏电阻的电阻值与光照强度成反比，当光照强度增加时，电阻值减小；当光照强度减小时，电阻值增大。
光敏二极管和光敏三极管的工作原理类似，它们通过光照射到半导体结构上，产生光生电流或者光生电压，从而实现对光信号的检测。
2. 光电传感器的工作原理光电传感器通常包含一个光敏元件和一个信号处理电路。
光敏元件接收光信号并产生电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理，最终输出一个与光信号相关的电信号。
光电传感器的工作原理可以分为两种类型：光电开关和光电传感器。
- 光电开关：光电开关通过检测光的有无来实现对物体的检测。
当物体遮挡光电开关的光束时，光敏元件接收到的光信号减弱或者消失，信号处理电路检测到光信号的变化，输出一个开关信号，表示物体被检测到。
光电开关常用于自动控制、物体计数、物体定位等应用场景。
- 光电传感器：光电传感器通过检测光的强度、波长等特性来实现对物体的检测。
传感器与检测技术-教案-项目07 光电式传感器的应用
《传感器与检测技术》教案项目七光电式传感器的应用一、教学目标1.了解光电效应。
2.了解各类光电元件。
3.掌握各类光电式传感器的工作原理。
4.掌握光电式传感器测量转速的方法。
二、课时分配本项目共2个任务，本项目安排4课时。
其中理论课时2课时，实践课时2课时。
三、教学重点通过本项目的学习，让学生理解能正确识别各类光电式传感器能根据任务要求，正确安装光电式传感器，正确完成光电式传感器测量转速的电路接线，正确测量转速并且读数正确。
的相关知识。
通过本项目的学习，新旧知识得以重新整合，使学生对传感器的认识更完整，更清晰。
四、教学难点1.能识别各类光电式传感器。
2.能根据任务要求，正确安装光电式传感器。
3.正确完成光电式传感器测量转速的电路接线。
4.正确测量转速并且读数正确。
五、教学内容任务一光电式传感器在转速检测中的应用知识链接一、光电效应用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串具有能量（每个光子能量的大小等于普朗克常数h乘以光的频率γ，即E=hγ）的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。
由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。
1.外光电效应在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
2.内光电效应半导体材料受到光照时，使其导电性能增强，光线越强，阻值越低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。
基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。
3.光生伏特效应在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为光生伏特效应。
具有光生伏特效应的光电器件有硅、硒、砷化镓、氧化铜、锗等材料做成的光电池。
二、光电元件1.基于外光电效应的光电元件（1）光电管光电管是基于外光电效应原理工作的光电元件。
(完整版)传感器与检测技术第二版知识点总结
传感器知识点一、电阻式传感器1) 电阻式传感器的原理：将被测量转化为传感器电阻值的变化，并加上测量电路。
2) 主要的种类：电位器式、应变式、热电阻、热敏电阻 ● 应变电阻式传感器1) 应变：在外部作用力下发生形变的现象。
2) 应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化a. 组成：弹性元件+电阻应变片b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。
c. 原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等点的输出。
3) 电阻值：ALR ρ=(电阻率、长度、截面积)。
4) 应力与应变的关系：εσE =(被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量*轴向应变)5) 应力与力和受力面积的关系：（面积）（力）（应力）A F =σ应注意的问题：a. R3=R4；b. R1与R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值；c. 补偿片的材料一样，个参数相同；d. 工作环境一样；二、电感式传感器1) 电感式传感器的原理：将输入物理量的变化转化为线圈自感系数L 或互感系数M的变化。
2) 种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。
3) 主要测量物理量：位移、振动、压力、流量、比重。
● 变磁阻电感式传感器1) 原理：衔铁移动导致气隙变化导致电感量变化，从而得知位移量的大小方向。
2) 自感系数公式：)(2002气隙厚度（截面积）（磁导率）δμA L N=。
3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得当前厚度。
5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。
P56 6)应用：变气隙厚度电感式压力传感器（位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化）● 差动变压器电感式传感器1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。
2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。
3) 测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。
● 电涡流电感式传感器1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器与检测技术光电式传感器解读
二、光子探测器
光子探测型器件基于光电效应原理，即利用光 子本身能量激发载流子。这类器件有一定的截 止波长，但响应速度快，灵敏度高，使用最为 广泛。
什么是光电效应？
光是由光子组成的，其能量和频率关系为
E=hf
光照在物体上可看成是一连串具有能量为E的光 子轰击物体，如果光子能量足够大，物质内部
第七章 光电式传感器
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组成
光电传感器一般由辐射源、光学通路、光电器 件组成。
工作原理
首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然 后通过光电转换元件变换成电信号。
被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待 测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、 相位、空间分布和频谱分布等，由光电器件 将光信号转化为电信号。电信号经后续电路 解调分离出被测量信息，实现测量。
特点：灵敏度高，体积小，重量轻，光 谱响应范围宽，机械强度高，耐冲击和 振动，寿命长。纯电阻元件，无源器件， 有电流通过时，会产生热的问题。电路 简单。适用于红外探测。
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（三）光电结型探测器 与光电导型工作原理相似，利用光子引 起的电子跃迁将光信号转变为电信号， 只是光照射在半导体结上而已，。 主要有：光电二极管和光电三极管。
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图7-8 硅光电池构造原理和图示符号
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半导体光电器件的特性 包括：光电特性、伏安特性、光谱特性、件的光电特性
a）硒光敏电阻的光电特性 b）光敏晶体管的光电特性 c）硅光电池的光电特性
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图7-11 半导体光电器件的伏安特性
a）光敏电阻的伏安特性 b）锗光敏晶体管的伏安特性 c）硅光电池的伏安特性
气体放电光源 激光器 电致发光器件
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光电传感器
光电传感器光电传感器是采纳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构成。
目录光电传感器的进展方向分类原理概述光电传感器的进展方向生产的进展方向（1）使光电传感器从理论讨论向生产一条龙的产业化模式快速进展，走自主创新和国际合作相结合的跨越式进展道路，使我国成为世界传感器的生产大国；（2）光电传感器产品结构全面、协调、持续进展。
产品品种要向高技术、高附加值倾斜，尤其要填补“空白”品种；（3）生产格局向化进展。
即生产传感器门类少而精，且专门生产某一应用领域需要的某一类传感器系列产品，以获得较高的市场占有率，各传感器企业的化合作生产；（4）光电传感器大生产技术向自动化进展。
光电传感器的门类、品种繁多，所用的敏感材料各异，决议了传感器制造技术的多样性和多而杂性。
纵观当前光电传感器工艺线的概况，多数工艺已实现单机自动化，但距离生产过程全自动化尚存在诸多困难，有待今后广泛采纳CAD、CAM及先进的自动打扮备和工业机器人予以突破；（5）企业的重点技术改造应加强从倚靠引进技术向引进技术的消化汲取与自主创新的方向转移；（6）企业经营要加快从国内市场为主向国内与国外两个市场相结合的国际化方向跨越进展；（7）企业结构将向“大、中、小并举”“集团化、化生产共存”的格局进展。
[1]讨论的进展方向光电传感及其相关技术的快速进展，充足了各类掌控装置及系统的更高要求，使得各领域的自动化程度越来越高，同时间电传感器的紧要性不断提高。
目前，光电传感器讨论的重要方向是：（1）多用途。
即一种光电传感器不仅能针对一种物理量，而且能够对多种物理量进行同时测量；（2）新型传感材料、传感技术等的开发；（3）在恶劣条件下（高温、高压等）低成本传感器（连接、安装等）的开发和应用；（4）光电传感器与其它微技术结合的微光学技术的进展。
光电式传感器的应用及原理
光电式传感器的应用及原理引言光电式传感器是一种基于光电效应原理工作的传感器，它能够将光线转化为电信号，从而实现对光线的检测和测量。
光电式传感器广泛应用于工业自动化、光学测量、安全监控等领域。
本文将介绍光电式传感器的应用领域和工作原理。
应用领域光电式传感器在众多领域中有着广泛的应用，以下是部分常见领域：1.工业自动化：在工业自动化领域，光电式传感器常用于物料检测、位置测量、物体计数等。
例如，光电式传感器可以检测工装上是否有物料，从而控制自动化生产线的运行。
2.光学测量：光电式传感器可以用于测量光线的强度、波长、频率等。
在科学实验、光学仪器等领域中，光电式传感器的应用非常广泛。
3.安全监控：在安全监控领域，光电式传感器可以用于侦测人员是否接近危险区域、物体是否被移动等。
这样可以及时发出警报或采取措施，提高安全性。
4.机器人技术：在机器人领域，光电式传感器可以用来感知周围的环境，帮助机器人进行定位、避障等操作。
5.环境监测：光电式传感器可以用于测量大气中的光线强度、辐射强度等，可以帮助我们了解环境的变化。
工作原理光电式传感器的工作原理主要基于光电效应，下面将介绍两种常见的光电效应：光电效应一：光电发射效应光电发射效应是指当光照射到金属或半导体表面时，光子能量转化为电子能量，电子从固体表面逸出的现象。
光电发射效应常用于光电二极管。
光电二极管是一种可以将光线转化为电信号的装置。
当光线照射到光电二极管表面时，光子能量将被电子吸收，电子从材料中逸出并流向电极，形成电流。
通过测量电流的大小，我们可以了解光照强度的大小。
光电效应二：光电导效应光电导效应是指当光照射到半导体材料中时，产生的电子和空穴会在电场的作用下形成电流。
光电导效应常用于光电三极管或光敏电阻。
光敏电阻是一种根据光照强度变化而改变电阻值的元件。
当光线照射到光敏电阻表面时，光子的能量会导致光敏电阻中载流子的增加，进而改变电阻值。
通过测量电阻的变化，我们可以了解光照强度的变化。
传感器原理及工程应用习题参考答案
《传感器原理及工程应用》习题答案王丽香第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
解：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。
则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
然后重新计算平均值和标准偏差。
当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。
则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=⨯=>，所以其他14个测量值中没有坏值。
计算算术平均值的标准偏差200.0043()mm σσ=== 20330.00430.013()d mm σ=⨯=所以，测量结果为：20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±=1－14交流电路的电抗数值方程为CL X ωω1-= 当角频率Hz 51=ω，测得电抗1X 为Ω8.0； 当角频率Hz 22=ω，测得电抗2X 为Ω2.0； 当角频率Hz 13=ω，测得电抗3X 为Ω-3.0。
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理
光电传感器是一种利用光电效应来感知物体的装置。
它包含一个光源和一个光电二极管（或光敏电阻）。
当光源照射在物体上时，光会被物体反射、散射或吸收。
光电二极管（或光敏电阻）可以感受到这些光的变化。
光电二极管是一种特殊的二极管，它的阳极与阴极之间的电流会随着光照强度的变化而变化。
当光源照射在物体上时，物体会反射一部分光，并且光电二极管会感受到这些反射光的变化。
通过测量光电二极管的电流变化，我们可以确定物体的存在与否，以及物体的位置、形状和颜色等信息。
一种常见的光电传感器是光电开关。
当物体经过光电开关的感应区域时，光电二极管会受到反射光的变化而产生电流变化。
通过监测电流变化，我们可以检测物体的到来并触发相应的操作。
另一种常见的光电传感器是光电编码器。
光电编码器利用光电效应来测量物体的位置和运动。
它包含一个光源和多个光电传感器阵列，当物体经过光电编码器时，光电传感器会记录物体与光源之间光斑的变化。
通过分析光斑的模式和变化，我们可以确定物体的位置和运动状态。
总的来说，光电式传感器的工作原理是利用光电效应来感知物
体，并通过测量光的反射、散射或吸收来获取物体的信息。
它在工业自动化、光电检测、位置测量等领域具有广泛的应用。
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（1）光敏晶体管结构与工作原理
• ① 光敏二极管。 通常处于反向偏置状
态 。当没有光照射时， 其反向电阻很大，反向 电流很小，这种反向电 流称为暗电流。
2020/9/14
1—负极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—正极引脚 6—N型衬底 7—SiO2保护圈 8—SiO2透明保护层 9—铝引出电极 10—P型扩散层 11—PN结 12—金属引出线
光敏电阻的伏安特性：
I(mA)
6
5
硫化铅
4
3
硫化铊
2
1
UV
0
50
100
光敏电阻的伏安特性
17
Sr 灵敏度 (%)
光电流 I mA
光敏电阻的光谱特性
100
80
60
硫化铅
40
硫化铊
20
硫化镉
0
1.5
3
波长 （A）
光敏电阻的频率特性
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
• 光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，因而其导电
性能增强而电阻R0值下降，所以流过负载电阻RL的电 流及其两端电压会发生
半导体
变化。一般而言，光线越
电极
强，电流越大。当光照
停止时，光电效应会立
即消失，电阻又恢复原 值。
玻璃底板
VCC
检流计
15
光敏电阻实物图
当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要参数。
5
7.1.2 外光电效应器件
• 光电管
6
7.1.2 外光电效应器件
• 光电管的伏安特性曲线
I (A) 4
0.1 lm
3
0.05 lm
2
0.02 lm
1
0
20
40
60
80
100 UA（V）
7
7.1.2 外光电效应器件
• 光电管的光照特性
光电流 I (A)
16
锑铯阴极光电管
12
8 银氧铯阴极光电管
2
7.1 光电传感器
• 所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧 化物或半导体材料释放电子的现象。
• 光子是具有一定能量的微粒，是以光速运动的粒子 流。每一个光子都具有一定的能量，它的能量大小 E与其频率 成正比。
E
h
hc
3
7.1 光电传感器
• 光的波长越短，即频率越高，其光子的能量也越大； 反之，光的波长越长，其光子的能量也就越小。不 同颜色的光子由于其光波频率不同其能量也是不同 的； • 绿光光子比红光光子具有更多的能量，照射在物体
上可看作是一连串具有能量为E的粒子轰击在物体
上； • 光子与物质间的连接体是电子。
4
7.1.1 光电效应
• 光电效应分为内光电效应和外光电效应。当物 体在光的作用下所释放的电子没有逸出物体表 面，而只在物体的内部运动并使物体的电学特 性发生变化的现象叫做内光电效应，内光电效 应多产生于半导体材料内。 • 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体表 面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电效应 多发生于金属或金属氧化物内。
19
光敏电阻的温度特性。
灵敏度 (%)
100
8
0 6
+20℃
-20℃
40
0 2
0
0
1.0 2.0 3.0 4.0
波长（μm）
20
2）光敏晶体管
• 光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极管、光敏晶 闸管，它们的工作原理是基于内光电效应； • 光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高，但频率特性 较差，目前广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、 光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、光电读出 装置等场合，光敏晶闸管主要应用于光控开关电路
4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 光通量Ф（lm）
8
7.1.2 外光电效应器件
• 光电管的光谱特性曲线
0.5 0.4
红光 红外线区
相对灵敏度（%）
0.3
0.2
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
银氧铯光电阴极
1.0 波长(m)
9
7.1.2 外光电效应器件
• 光电倍增管
10
7.1.2 外光电效应器件
11
7.1.2 外光电效应器件
• 光电倍增管的主要参数
• （1）倍增系数M。
• （2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度。
106 105 104 103
25 50 75 100 125 150 极间电压（电效应器件
• 光电倍增管的主要参数
• （1）倍增系数M。
• （2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总灵敏度。
• 光电倍增管的工作原理 基于外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上。在光电倍
增管的各倍增电极D1、D2、D3…和阳极上，依次有逐渐增高的正电压， 即阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位依次升高，阳极 电位最高，而且相邻两极之间电压应使二次发射系数大于1。在入射光 作用下，光电阴极发射的光电子在D1电场作用下，以高速向倍增电极D1 打去，产生二次发射，于是更多的二次发射电子又在D2电场作用下， 射向第二倍增电极，激发更多的次发射电子，如此下去，一个光电子 将激发更多的二次发射电子，如此不断倍增，最后阳极收集到的电子 数将达到阴极发射电子数的105～106倍，即光电倍增管的放大倍数可达 到几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到 几百万倍。因此，在很微弱的光照下，光电倍增管也能产生很大的光 电流。
第7章 光电式传感器
1
引言
• 光电式传感器是把被测物理量的变化先转换 成光信号的变化，然后再通过光电转换元件 把光信号变换成电信号的一种传感器。 • 光电式传感器的测量方法灵活多样，并且具 有使用方便、非接触、高精度、高分辨力、 高可靠性和反应快等一系列优点，因而发展 十分迅速，而且随着激光、光栅、光导纤维、 CCD等器件的相继问世，光电传感器在检测 及自动控制领域中得到了更广泛的应用。
106 105 104 103
25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
13
放大倍数
1）光敏电阻 • 光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光 电元件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、 体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐 振动、抗过载能力强和寿命长等特点。
14
（1）光敏电阻的原理和结构。
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 光照强度 (lm)
18
光敏电阻的频率特性：
100
灵敏度 S ( %)
8 0 6 0 4 0 2 0
硫化铅 硫化镉
暗电阻、亮电阻与光电流：
0
10 100 1000 10000
频率（Hz）
光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过 的电流称为亮电流。在没有受到光照射时的阻值称为暗电 阻，此时流过的电流被称为暗电流。