光电传感器
光电式传感器
-20 ºC 3.0 4.0 λ/μm
21
常用光敏电阻旳性能参数
给出常用国产MG型光敏电阻旳性能参数
表2.5（1）
常用旳光敏电阻器型号有密封型旳MG41、MG42、MG43和非密封型旳MG45（售22价便 宜）。它们旳额定功率均在200mW下列。
② 光敏晶体管
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 机转速旳检测、光电读出装置等场合。
根据能量守恒定理
h
1 2
m02
A
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光旳频率（s-1）
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
可见：光电子能否产生，取决于光子旳能量是否不小于该物体旳表面逸出功。
h A
hc A
1.239 A
m
0
即入射光波长不大于波长限
光敏二（三）极管存在一种最佳敏捷度旳峰值波长。当入射光旳波长增长时， 相对敏捷度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光旳 波长缩短时，相对敏捷度也下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收， 而且在表面激发旳电子空穴对不能到达PN结，因而使相对敏捷度下降。01.239 A Nhomakorabeam
时才干产生外光电效应 6
光电管
光电管是装有光阴极和阳极旳真空玻璃管，其阴极受到合适旳光照后发 射光电子，这些光电子被具有一定电位旳阳极吸引，并在管内形成空间 电子流，称为光电流。 此时若光强增大，轰击阴极旳光子数增多，单位时间内发射旳光电子数 也就增多，光电流变大。 在光电管旳外电路上接合适电阻，电阻上旳电压降将和管内空间电流成 正比，或与照射到光电管阴极上旳光有函数关系，从而实现光电转换。
光电传感器使用说明
光电传感器使用说明一、光电传感器的工作原理和分类1. 光电二极管（Photodiode）：它是一种常见的光电传感器，可将光信号转化为电流信号。
光电二极管通过感光面积的调整，可实现对不同光强的测量。
2. 光敏电阻（Light-dependent resistor，LDR）：它是一种依靠光线照射而改变电阻值的传感器。
光敏电阻的电阻值与光线强度成反比关系，因此可以用来测量光线的亮度。
3. 光电三极管（Phototransistor）：它结构上类似于普通的晶体管，但在基区和发射区之间加上了一个光敏区。
当光照射到光电三极管时，会产生电流放大效应，从而可以将光信号转化为电流信号。
4. 光电耦合器（Optocoupler）：它是将光电二极管和晶体管封装到一个封装内，用光绝缘的方式实现输入与输出之间的电气隔离。
光电耦合器在电气隔离和信号传输方面有重要的应用，可以用于电路隔离、信号转换等。
二、光电传感器的安装和调试在安装和调试光电传感器时，需要注意以下几点：1.安装位置的选择：根据具体的应用需求，选择合适的安装位置。
要确保光线能够正常照射到传感器的感光面，避免遮挡和干扰。
2.供电电压的选择：根据传感器的额定电压和工作电压范围，选择适当的供电电源。
要确保供电电压的稳定性，以免对传感器的工作产生影响。
3.输出信号的接收和处理：根据传感器的输出信号类型和电平，选择合适的接收和处理电路。
可以通过模拟电路或数字电路来处理传感器的输出信号。
4.灵敏度的调节：根据具体的应用需求，调节传感器的灵敏度。
对于光电二极管和光敏电阻等传感器，可以通过调节外部电阻来实现。
三、光电传感器的应用领域1.自动控制：光电传感器可以用于自动控制系统，如照明控制、清晰度检测、颜色识别等。
通过检测环境光照的变化，实现对设备的自动控制。
2.测量仪器：光电传感器可以用于测量仪器中，如光谱仪、测量器等。
通过测量光线的强弱、波长等，实现对物理量的测量。
3.光通信：光电传感器可以用于光通信系统中，如光纤通信、光模块等。
《光电式传感器》课件
光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01
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、自动控制、通信以及仪器仪表等领域。
它通过感知光的强度、频率、波长等特性，将光信号转化为电信号，从而实现对光的测量和控制。
光电传感器的工作原理主要包括光电效应、光电二极管和光电三极管的工作原理。
1. 光电效应：光电效应是指当光照射到物质表面时，光子与物质原子发生相互作用，使得物质表面的电子被激发并脱离原子。
根据光电效应的不同特性，可以分为外光电效应和内光电效应。
外光电效应是指光照射到金属表面时，金属中的自由电子被激发并脱离金属表面，形成电流。
内光电效应是指光照射到半导体表面时，光子激发了半导体中的电子，使其跃迁到导带中，形成电流。
2. 光电二极管：光电二极管是一种基于光电效应的光电传感器。
它由一个PN 结构的半导体材料组成，当光照射到PN结上时，光子激发了PN结中的电子，使其跃迁到导带中，形成电流。
光电二极管的导通电流与光照强度成正比，因此可以通过测量电流的大小来确定光的强度。
3. 光电三极管：光电三极管是一种基于光电效应的光电传感器，它由PNP或者NPN结构的半导体材料组成。
与光电二极管不同的是，光电三极管具有放大作用。
当光照射到光电三极管的基区时，光子激发了基区中的电子，使其跃迁到集电区，从而控制集电区的电流。
通过调节光照强度，可以实现对光电三极管的放大倍数的调节。
除了以上所述的光电传感器工作原理，还有其他一些特殊类型的光电传感器，如光电耦合器、光电隔离器等。
它们通过光电效应和光电二极管或者光电三极管的工作原理，实现了光信号的隔离和传输。
总结起来，光电传感器通过感知光的特性，将光信号转化为电信号，从而实现对光的测量和控制。
它的工作原理主要包括光电效应、光电二极管和光电三极管的工作原理。
光电传感器在自动化控制、通信和仪器仪表等领域具有重要的应用价值，为实现智能化和高效化提供了可靠的技术支持。
光电传感器及应用
光电传感器的分类
透射式光电传感器
光纤式光电传感器
利用光束通过光敏元件，根据透射光 强度的变化来检测目标物体的存在和 位移。
利用光纤传输光信号，将光信号传输 到光敏元件进行检测，常用于远程和 恶劣环境下的测量。
反射式光电传感器
利用光束照射到目标物体表面并反射 回光敏元件，根据反射光强度的变化 来检测目标物体的存在和位移。
光电传感器在物联网中的应用前景
总结词
随着物联网的快速发展，光电传感器在物联网中的应 用前景广阔。
详细描述
物联网的普及和发展为光电传感器提供了广阔的应用 空间。光电传感器可以用于物联网中的各种设备，如 智能家居、智能农业、智能交通等领域的设备。通过 与物联网的结合，光电传感器可以实现远程监控、智 能控制和自动化操作等功能，提高设备的效率和便利 性。同时，光电传感器还可以与其他传感器结合，实 现多参数检测和复合功能，进一步提高物联网设备的 智能化水平。
02 光电传感器的技术原理
光电效应
光电效应定义
当光照射到物质上时，物质可以 吸收光的能量并产生电效应，这
种现象称为光电效应。
光电效应分类
光电效应分为外光电效应和内光 电效应，外光电效应是指光电子 逸出物质表面，内光电效应是指 光子在物质内部产生电子空穴对。
光电效应原理
光电效应的原理是光子能量大于 物质禁带宽度时，光子被吸收并 释放出电子或空穴，形成光电流。
挑战
随着科技的不断进步和应用需求的不 断提高，光电传感器面临着技术更新 换代、性能提升、成本降低等挑战， 需要不断进行技术创新和改进。
机遇
随着物联网、人工智能等技术的快速 发展，光电传感器的应用领域将进一 步拓展，如智能家居、智能交通等领 域，为光电传感器的发展带来新的机 遇和挑战。
光电传感器PPT
图像传感器广泛应用于摄像机、数码相机、安防监控等领域，能够捕捉和记录图 像信息，为人们提供视觉感知和数据记录的功能。
04
光电传感器的挑战与未来发 展
提高灵敏度和精度
01
灵敏度和精度是光电传感器的重 要性能指标，提高这两个指标有 助于提高传感器对目标物体的检 测能力和测量精度。
02
可以通过优化光电传感器的结构 设计、改进制造工艺、采用高性 能材料等方法来提高其灵敏度和 精度。
05 结论
光电传感器的重要性和发展前景
光电传感器在自动化生产、智能家居、 环境监测等领域具有广泛的应用，能够 实现非接触、高精度、快速响应的测量 和检测，对提高生产效率和产品质量具
有重要意义。
随着科技的不断进步，光电传感器技术 也在不断发展，未来将会有更多的新型 光电传感器出现，如红外传感器、光纤 传感器等，其应用领域也将不断拓展。
详细描述
光电开关通过将光信号转换为电信号 ，实现物体的位置、速度、距离等参 数的检测和控制。广泛应用于自动化 生产线、机器人、安防系统等领域。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外线进 行检测的传感器，具有非接触、 高精度和快速响应的特点。
详细描述
红外传感器能够检测物体的温度 、辐射能量等参数，常用于温度 测量、热成像、气体分析等领域 。
光纤传感器
总结词
光纤传感器是一种利用光纤传输光信号进行检测的传感器，具有抗电磁干扰、 耐腐蚀、高灵敏度的特点。
详细描述
光纤传感器能够检测物体的位移、压力、温度、折射率等参数，广泛应用于石 油化工、航空航天、医疗等领域。
图像传感器
总结词
图像传感器是一种能够将光学图像转换为数字信号的传感器，具有高分辨率、低 噪声、动态范围广的特点。
光电传感器的介绍
光电传感器的介绍
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。
它主要用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电传感器一般由发射器、接收器和检测电路三部分组成。
根据光电效应现象的不同，光电传感器可分为外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。
光电式传感器PPT课件
第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
光电传感器的参数
光电传感器的参数
光电传感器的参数包括但不限于：
1. 检测距离：它反映了传感器能够检测到的对象距离的范围，例如30mm。
2. 工作电压：决定了传感器正常工作所需的电压，如10\~30VDC。
3. 输出方式：描述了传感器的输出信号类型，例如NPN或PNP。
4. 灵敏度：这是传感器对输入光信号的反应程度，常见的表达方式有流明灵敏度和勒克斯灵敏度。
5. 时间响应特性：描述了传感器对光源辐射响应的快慢，可以用阶跃响应和频率响应来衡量。
6. 频率响应：传感器的响应随光源辐射的调制频率而变化的特性，通常用于描述线性特性的传感器。
此外，光电传感器的参数还包括工作波长、响应时间、测量范围、线性范围、允许误差、重复性、分辨率等。
这些参数根据不同的光电传感器类型和应用场景会有所不同。
如需了解更多信息，建议阅读光电传感器相关书籍或咨询专业人士。
光电传感器
光敏电阻
10
溶液浓度检测系统
11
（三）光生伏特效应及器件（阻挡层光电效应） 在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现
象。 光生伏特型光电器件是自发电式的，属有源器件。 器件：以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型
器件。 其余的如光电二级管、光敏晶体管等属于这类光电
器件。
23
调制型光电开关原理
光电开关的LED多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电 流驱动，从而发射40kHz调制光脉冲。相应地，接收光电 元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯 片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可 减小发射LED的功耗。
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6、光电断续器
遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准 的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑 料壳体中，分别位于U型槽的两边。当被检测物体经过U型 槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信 号。
3
2、外光电元件
紫外管
当入射紫外线 照射在紫外管阴极 板上时，电子克服 金属表面对它的束 缚而逸出金属表面， 形成电子发射。紫 外管多用于紫外线 测量、火焰监测等。
紫外线
4
光电管 光电管的阴极受到
从光窗透进的光照射 后，向真空发射光电 子，这些光电子向阳 极作加速运动，形成 空间电子流，光电流 的数值取决于阴极的 灵敏度与光强。停止 光照，外电路将无电 流输出。
光电池
12
2、光电二极管
➢工作原理： 光敏二极管在电路中一般处于反向偏
置状态， • 无光照时，反向电阻很大，
反向电流很小； • 有光照时，PN结处产生光生
电子空穴对； • 在电场作用下形成光电流，
四种光电传感器的功能及应用场景
四种光电传感器的功能及应用场景
光电传感器是一类能够将光信号转换为电信号的传感器，广泛应用于自动化、工业生产、电子设备等领域。
以下是四种常见的光电传感器及其功能及应用场景：
1. 光电开关：
功能：光电开关通过检测光线的有无来实现电路的开关控制。
当光束被遮挡时，电路断开；当光束被恢复时，电路闭合。
应用场景：工业自动化中的物料检测、流水线上的物体计数、自动门控制等。
2. 光电传感器：
功能：光电传感器能够检测物体的位置、距离、颜色等参数，通过测量光的反射或透射情况实现。
应用场景：用于自动化生产线上的物体检测、装配线上的定位、印刷行业中的颜色检测等。
3. 光电编码器：
功能：光电编码器通过测量物体旋转时光栅的变化来输出相应的位置信息，实现位置测量。
应用场景：工业机械设备中的位置反馈系统、数控机床的位置控制、电梯的高度测量等。
4. 光电隔离器：
功能：光电隔离器利用光电转换的原理，将电路分隔开，阻止高电压电路对低电压电路的干扰，保证电路的稳定运行。
应用场景：在电力系统中用于隔离高低电压电路、在电子仪器中用于隔离输入输出信号、在通信设备中用于隔离信号传递等。
总体而言，光电传感器在自动化、工业生产、仪器仪表等领域起到了不可替代的作用，通过其高灵敏度、稳定性和精准性，实现了对环境中各种光信号的准确感知和应用。
光电传感器(详细)
第三节 内光电效应器件
利用物质在光的照射下电导性能改变（ρ）或产生电 动势的光电器件称内光电效应器件，常见的有光敏电 阻、光电池和光敏晶体管等。 一、光敏电阻 光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原 理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。 优点：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。 不足：需要外部电源，有电流时会发热。
1 2 h m 0 A0 2
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物 体的表面电子逸出功 A0。不同的物质具有不同的逸出功， 即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率 或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使 物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强 再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红 限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。
光电管的光照特性
（3）光电管光谱特性
由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对 光谱也有选择性。保持光通量和阴极电压不变，阳极 电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。一般 对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限 频率υ0，因此它们可用于不同的光谱范围。
二、光电倍增管及其基本特性
1. 结构和工作原理
• 三、电致发光器件－－发光二极管 • 什么是电致发光器件？ 固体发光材料在电场激发下产生的发光现 象称为电致发光，它是将电能直接转换成光能 的过程。利用这种现象制成的器件称为电致发 光器件。 • 哪些器件属于电致发光器件？ 主要有发光二极管、半导体激光器、电致发 光屏等。
• 发光二极管有哪些优点？ 体积小 寿命长（50000 h） 工作电压低 响应速度快 发热小 • 发光二极管的发光强度与电流成正比，这个电流约在 几十毫安之内，太大会引起输出光强饱和，甚至损坏 器件，使用时常串连一电阻。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于自动化控制、光电测量、光通信等领域。
它能够通过感知光的强度、颜色、位置等参数，实现对环境的监测和控制。
下面将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、光电传感器的分类光电传感器根据其工作原理和应用范围的不同，可以分为以下几种类型：1. 光电开关：用于检测物体的存在或者位置，常用于自动门控制、流水线物体检测等场景。
2. 光电传感器：用于测量光的强度、颜色等参数，常用于光电测量、光谱分析等领域。
3. 光电编码器：用于测量物体的位置和速度，常用于机械运动控制、位置反馈等应用。
二、光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理基于光电效应和光电二极管的特性。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子能量被物质吸收，激发物质中的电子从价带跃迁到导带，产生电流或者电压。
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件，其结构类似于普通二极管，但在PN结上加有光敏材料。
光电传感器的工作过程如下：1. 光照射：当光照射到光电传感器的光敏材料上时，光子的能量被吸收，激发光敏材料中的电子跃迁到导带，形成电流或者电压信号。
2. 信号转换：光电传感器将光信号转换为电信号，通过电路将光敏材料上的电流或者电压信号放大和处理。
3. 信号输出：经过放大和处理后，光电传感器将转换后的电信号输出给外部控制系统，以实现对环境参数的监测和控制。
三、光电传感器的特点和应用光电传感器具有以下特点：1. 高灵敏度：光电传感器对光信号的感知能力强，能够检测到微弱的光信号。
2. 快速响应：光电传感器的响应时间短，能够实时感知光信号的变化。
3. 宽波长范围：光电传感器对不同波长的光信号都具有一定的感知能力。
4. 高稳定性：光电传感器具有较高的稳定性和可靠性，能够长期稳定工作。
光电传感器广泛应用于各个领域，具体应用包括但不限于以下几个方面：1. 自动化控制：光电开关常用于自动门控制、流水线物体检测等场景，能够实现对物体的存在或者位置的检测。
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。
光电传感器生活中的应用
光电传感器生活中的应用
光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，广泛应用于生活中的各个领域。
以下是一些光电传感器在生活中的常见应用：1. 自动照明系统：光电传感器可以用于室内或室外的自动照明系统，通过感知周围环境的光强度，自动调节灯光的亮度和开关。
2. 红外线感应设备：红外线传感器是一种应用于安防系统中的光电传感器，可以监测人体或物体的红外线辐射，用于人体检测、入侵报警等。
3. 光电开关：光电开关是一种用于检测物体到达或通过的装置，可以通过光电传感器感知物体的存在或位置，常用于自动门、自动售货机、流水线等应用中。
4. 光电测距仪：光电测距仪利用光电传感器的原理，可以测量物体与传感器之间的距离，常用于工业自动化控制、机器人导航等领域。
5. 光电编码器：光电编码器是一种用于测量和记录物体运动的装置，常用于机械设备、电机控制系统等领域。
6. 光电电池：光电传感器可以用于太阳能电池板中，将光能转化为电能，通过光电效应产生电流，用于供电或储存能量。
总的来说，光电传感器在生活中的应用非常广泛，涵盖了照明、安防、自动控制、测量等多个领域，为提高生活质量和工作效率发挥
了重要作用。
《传感器与检测技术》第八章光电式传感器
光 检 测 放 大
烟 筒
刻 度 校 对
显 示 报 警 器
吸收式烟尘浊度监测系统组成框图
3．包装充填物高度检测
光电开光
光电信号
h 放大 整形 放大
执行机构
利用光电检测技术控制充填高度
五、光电耦合器件
1．光电耦合器 （1）耦合器的组合形式
（2）耦合器的结构形式
（3）耦合器常见的特性
对于光电耦合器的特性，应注意以下各项参数。 1）电流传输比 2）输入输出间的绝缘电阻 3）输入输出间的耐压 4）输入输出间的寄生电容 5）最高工作频率 6）脉冲上升时间和下降时间
的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。
光敏晶体管的结构与原理电路
原理：光照射在集电结上时 ，形成光电流，相当于 三极管的基极电流。因而集电极电流是光生电流的 β倍，所以光敏晶体管有放大作用。
（3）基本特性 1）光谱特性
应用：光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但 对红外光进行探测时，锗管较为适宜。
运动的“粒子流”，这种粒子称为光子。每个光子具
有的能量为： E=h·υ
υ—光波频率； h—普朗克常数，h＝6.63*10-34J/Hz
对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率 越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看 做是一连串能量为hγ的光子轰击在这个物体上，此 时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部 能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传 递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射
2．光电开关 （1）典型的光电开关结构
（2）光电开关的应用
第二节 光纤传感器
光纤传感器FOS（Fiber Optical Sensor)用光作为敏 感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。 因此，它同时具有光纤及光学测量的特点。
光电传感器PPT
05 光电传感器的未来展望
拓展光电传感器的应用领域
医疗领域
光电传感器在医疗领域的应用将 进一步拓展，如用于监测生命体 征、诊断疾病的光电传感器。
环保领域
随着环保意识的提高，光电传感 器在环境监测、污染治理等方面 的应用将得到加强。
智能家居领域
光电传感器在智能家居领域的应 用将更加广泛，如智能照明、智 能安防等。
详细描述
目前，科研人员正致力于研究新型光电传感器材料，如石墨烯、过渡金属硫化物等，这些材料具有优异的光电性 能和化学稳定性，有望在光电传感器领域发挥重要作用。
实现光电传感器的智能化和网络化
总结词
随着物联网和人工智能技术的快速发展，实现光电传感器的智能化和网络化已成为必然 趋势。
详细描述
通过集成微处理器、通信模块和人工智能算法，光电传感器可以实现自适应调整、远程 控制和实时数据分析等功能，从而更好地适应复杂多变的应用环境。同时，通过将光电 传感器接入物联网，可以实现大规模的远程监控和数据共享，为工业自动化、智慧城市
激光雷达
利用光电传感器中的激光雷达技术， 可以测量物体的距离和速度，广泛应 用于自动驾驶和机器人领域。
光电传感器在环保领域的应用
水质监测
光电传感器可以检测水中的溶解氧、浊度、 PH值等参数，对水质进行实时监测。
紫外线检测
光电传感器中的紫外线传感器能够检测紫 外线的强度，常用于防晒霜效果评估和环
境监测等领域。
提高光电传感器的可靠性和稳定性
材料改进
通过改进光电传感器的材料，提高其耐久性和稳定性， 降低故障率。
工艺优化
优化光电传感器的制造工艺，提高其生产效率和产品 质量。
可靠性测试
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光电传感器的发展和应用前言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。
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
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，按光电元件输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器。
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方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三大类。
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，使投射刭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。
关键字：光电效应光电传感器发展应用一、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、光导效应、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，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应。
（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。
二、光电元件1.光电管光电管的阴极受到从光窗透进的光照射后，向真空发射光电子，这些光电子向阳极作加速运动，形成空间电子流，光电流的数值取决于阴极的灵敏度与光强。
停止光照，外电路将无电流输出。
图1.1 光电管 2.光电倍增管光电倍增管的电流是逐级增加的。
由于光电倍增管具有放大作用，因此适用做灵敏的若光探测器。
图中K 为光电阴极,A 为光电阳极；D1、D2、D3…等若干个光电倍增极(又称二次发射极)，涂有光敏物质。
工作时，这些电极的电位是逐级增高的，当光线照射到光电阴极后它产生的光电子受第一级倍增极D1正电位作用，加速并打在这个倍增极上，产生二次发射；由第一倍增极D1产生的二次发射电子，在更高电位的D2极作用下，又将加速入射到电极D2上，在D2极上又将产生二次发射…，这样逐级前进，一直到达阳极A 为止。
图2.1 光电倍增管 3.光敏电阻光敏电阻是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质, 半导体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相连接, 光敏电阻就通过引出线端接入电路。
特点：几乎都是用半导体材料制成的光电器件;没有极性, 是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压;无光照时, 光敏电阻值很大, 电路中电流（暗电流）很小；当光敏电阻受到光照时，阻值减小;光电流亮电流与暗电流之差称为光电流;一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵阳极阴极敏度高。
实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
图2.2 光敏电阻示意图图2.3 原理图4.光电池光电池是自发电式的，属有源器件。
其实质是一个大面积的PN结, 当光照射到PN结的一个面, 例如p型面时, 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 那么p型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴, 电子空穴对从表面向内迅速扩散,如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。
最后建立一个与光照强度有关的电动势Es。
图2.4 光电池图2.5 工作原理除了以上介绍的以外，还有光电二极管、光电三极管、光敏晶闸管、光电耦合器件等。
三、光电传感器光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图3.1所示。
图中，Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。
光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。
光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的敏感范围。
此外，光电传感器的体积很小，而敏感范围很宽，加上机壳有很多样式，几乎可以到处使用。
最后，随着技术的不断发展，光电传感器在价钱方面可以同用其他技术制造的传感器竞争。
图3.1 光电传感器结构1. 模拟式光电传感器这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，因此，输出的光电流也是连续变化的，并与被测量呈确定的函数关系，这类传感器通常有以下四种形式。
（1)光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图3.2a所示。
这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。
（2)恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。
如图3.2b所示。
可用于测量透明度、混浊度。
（3)恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图3.2c所示。
反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。
（4)从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。
如图3.2d所示。
这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。
图3.2 模拟式光电传感器常见形式2.脉冲式光电传感器在这种传感器中，光电元件接受的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
四、光电转换电路由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的测量电路。
半导体光敏电阻可以通过较大的电流，所以在一般情况下，无需配备放大器。
在要求较大的输出功率时，可用图4.1所示的电路。
图4.1 光敏电阻测量电路图4.2a给出带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。
当入射光强度缓慢变化时，光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的，温度的变化将造成电桥输出电压的漂移，必须进行补偿。
图中一个光敏二极管作为检测元件，另一个装在暗盒里，置于相邻桥臂中，温度的变化对两只光敏二极管的影响相同，因此，可消除桥路输出随温度的漂移。
图4.2 光敏晶体管测量电路半导体光电元件的光电转换电路也可以使用集成运算放大器。
硅光敏二极管通过集成运放可得到较大输出幅度，如图4.3a所示。
当光照产生的光电流为I Ф时，输出电压U0=IФRF为了保证光敏二极管处于反向偏置，在它的正极要加一个负电压。
图4.3b给出硅光电池的光电转换电路，由于光电池的短路电流和光照成线性关系，因此将它接在运放的正、反相输入端之间，利用这两端电位差接近于零的特点，可以得到较好的效果。
在图中所示条件下，输出电压U0=2IФRF。
图4.3 使用运放的光敏元件放大电路五、常见光电传感器及应用1.透射式光电传感器及在烟尘浊度监测上的应用透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。
当槽内无物体时，发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可识别物体的有无。
适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。
为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。
烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道在传输过程中的变化大小来检测的。
如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少。
因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
本应中应用奥托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M-TDT 透射式小型光电传感器，其光源(发光器)与接收器不在同一个机壳内，见图5.1使用示意图：先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电(12.24)VDC ；接着在ON 状态设定好发射器的中心位置，然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置；最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。
图5.2是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图：为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源(400.700nm 波长的白炽光)。
光检测器光谱响应范围为400.600nm 的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。
为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。
刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。
显示器可显示浊度瞬时值。
报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
图5.1 透射型BYD3M.TDT 光电传感器使用示意图 发射器左右调节上下调节接收器光轴图5.2 吸收式烟尘浊度监测系统组成框图2. 漫射聚焦型传感器漫射聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。
发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。
接收器透镜也是聚焦在同一点上。
敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。
这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。
当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。
敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。
因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体，其原理示意图见5.3所示。
具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。
在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。
这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。
而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。
对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。
目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。