第三章 光电传感器
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化为电信号的装置，广泛应用于工业自动化、机器人技术、安防监控等领域。它通过感知光的强度、颜色、位置等特征，实现对环境的检测和控制。下面将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、光电传感器的基本构成
光电传感器主要由光源、光电元件和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是光电传感器中发出光信号的部分，常用的光源有发光二极管（LED）、激光器等。光源的选择通常根据应用需求来确定，例如需要检测远距离的物体，可以选择激光器作为光源。
2. 光电元件：光电元件是光电传感器中接收光信号并将其转化为电信号的部分。常见的光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。光电元件的选择也取决于应用需求，例如需要检测光强度变化的，可以选择光敏电阻。
3. 信号处理电路：信号处理电路是光电传感器中负责接收并处理光电元件输出
的电信号的部分。它可以将电信号转化为数字信号或模拟信号，以便后续的数据处理和控制。
二、光电传感器的工作原理可以分为两种类型：反射式和穿过式。
1. 反射式光电传感器：反射式光电传感器通过光源发出的光信号被目标物体反
射后，由光电元件接收。当目标物体接近或离开光电传感器时，光信号的强度会发生变化，光电元件将这个变化转化为电信号输出给信号处理电路。根据光信号的强度变化，可以判断目标物体的存在与否、离近程度等信息。
2. 穿过式光电传感器：穿过式光电传感器中，光源和光电元件分别位于传感器
的两侧，目标物体需要穿过光源和光电元件之间的空间。当目标物体遮挡住光源发
出的光信号时，光电元件接收到的光信号强度会发生变化，从而输出相应的电信号。通过检测光信号的变化，可以判断目标物体的存在与否、通过时间等信息。
光电传感器技术在智能家居中的应用
光电传感器技术在智能家居中的应用第一章介绍
随着现代科技的不断进步，智能家居已经逐渐走进了人们的生
活中。智能家居系统通过智能化的设备和系统，帮助人们完成家
中的各种功能。在智能家居中，光电传感器技术被广泛应用。本
文将介绍光电传感器技术在智能家居中的应用。
第二章光电传感器技术的概述
光电传感器是一种能够转化光线和电信号之间相互作用的装置。其主要原理是将光信号转化为电信号，这样才能对光线的强度、
颜色等进行检测。目前，光电传感器技术应用范围非常广泛，不
仅在智能家居中有很多应用，还在工业、医疗、交通等各个领域
都得到了广泛应用。光电传感器技术的主要种类有光电开关、光
电探测器、光电传感器模块等。
第三章光电传感器在智能家居中的应用
在智能家居中，光电传感器技术应用十分广泛。它可以用于智
能家居的安全、节能、环境监测等方面。下面分别介绍几个方面
的应用：
3.1 安全方面的应用
在智能家居中，光电传感器技术可以用于安全方面的检测。比如在智能门锁中，可以通过光电传感器检测门口的光线强度，来判断门是否被打开。同时也可以在智能照明系统中加入光电传感器，实现自动开关灯的功能。如果检测到有人离开房间，灯就会自动关闭。
3.2 环境监测方面的应用
在智能家居中，光电传感器技术也可以用于环境监测。比如在空气净化器中，光电传感器可以用来检测室内空气的质量，通过检测室内光线的强度来判断空气的清洁程度。如果检测到空气中有污染物，净化器就会启动，保证家庭成员呼吸的空气质量。
3.3 节能方面的应用
在智能家居中，光电传感器技术还可以用于节能方面。比如在智能窗帘中，光电传感器可以检测室内的光线强度，来判断需要关闭窗帘还是打开窗帘。如果太阳光线强度过大，窗帘就会自动关闭，减少阳光直射的热量和光线强度，保持室内的温度舒适。
光电传感器材料及器件的研发与应用
光电传感器材料及器件的研发与应用第一章：光电传感器材料的研发
光电传感器作为一种重要的电子元件，广泛应用于各个行业领域。而光电传感器的性能主要依赖于所采用的材料和器件。本章
将重点探讨光电传感器材料的研发。
1.1 光电传感器材料的分类
根据光电传感器的工作原理和特性，光电传感器材料可以分为
半导体材料、光敏材料和光学材料三大类。
1.1.1 半导体材料
半导体材料是光电传感器中最常见的材料，主要包括硅、锗、
砷化镓等。半导体材料具有导电性能优良、能带结构可调控等特点，适用于不同波段的光电传感器。
1.1.2 光敏材料
光敏材料是一类特殊的材料，可以通过光的照射而改变其电学、磁学或光学性质。光敏材料广泛应用于光电传感器中，主要包括
硒化铟、硫化铅等。
1.1.3 光学材料
光学材料主要指在光学领域中应用的材料，包括透明材料、折射率可调材料等。光学材料常用于制作光学透镜、光纤等。
1.2 光电传感器材料的性能要求
光电传感器作为一种用于检测光信号的器件，其材料需要具备一系列特殊的性能要求。
1.2.1 光电性能
光电传感器材料需要有较高的吸收率和光电转换效率，能够将光信号转化为电信号。
1.2.2 压电性能
一些特殊的光电传感器如压电光电传感器，需要材料具备压电性能，能够通过压力的作用产生电信号。
1.2.3 线性响应
光电传感器材料的输出电信号应该具有良好的线性响应特性，以便于准确测量光信号。
1.2.4 稳定性
光电传感器材料需要具备较高的稳定性，能够在长期使用过程中保持良好的性能，不易受到环境变化的影响。
第二章：光电传感器器件的研发
光电传感器结构与工作原理
光电传感器结构与工作原理
一、引言
光电传感器是利用光电效应原理工作的传感器，其具有测量精确度高、响应速度快、测量范围广等优点，因此在自动化控制、工业检测、环境监测等领域得到了广泛应用。本文将详细介绍光电传感器的结构和工作原理，并通过具体例子说明其应用。
二、光电传感器结构
光电传感器主要由光源、光路、光电元件和测量电路组成。其中，光源是发出光线的器件，光路是光线传播的路径，光电元件是接收光线的器件，测量电路是将光电元件的输出信号转换成电信号进行测量的电路。
具体来说，光源发出光线后，光线经过光路照射到被测物体上，被测物体反射的光线经过光路再次照射到光电元件上，光电元件将光线转换成电信号输出。测量电路将光电元件的输出信号进行放大、滤波等处理，从而得到被测物体的相关信息。
三、光电传感器工作原理
光电传感器的工作原理是利用光电效应原理。光电效应是指光照射到物质上时，物质会吸收光的能量并释放出电子的现象。当光线照射到光电元件上时，光电元件会吸收光的能量并释放出电子，从而产生电流或电压输出。
具体来说，当光线照射到光电元件上时，光电元件中的电子会吸收光子的能量并从束缚态跃迁至自由态，从而产生电流或电压输出。输出信号的大小与入射光的强度、波长、照射时间等因素有关。
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化为电信号的器件，广泛应用于光电测量、
自动控制、光通信等领域。它通过感受光的强度、颜色、位置等参数来实现对目标物体的检测和测量。下面将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、基本原理
光电传感器的基本原理是光电效应。光电效应是指当光线照射到某些物质表面时，会引起电子的发射或者电子的吸收，从而产生电信号。光电传感器利用这一效应，将光信号转化为电信号。
二、光电传感器的组成
光电传感器通常由光源、光电二极管（Photodiode）、光敏电阻（Photocell）
和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是产生光线的装置，常见的光源有发光二极管（LED）和激光二
极管。光源的选择取决于应用的需求，如需要短距离检测或者长距离检测等。
2. 光电二极管：光电二极管是一种半导体器件，能够将光能转化为电能。当光
线照射到光电二极管上时，光电二极管内部的PN结会产生电流。光电二极管的工
作原理主要有光电效应和光电导效应。
3. 光敏电阻：光敏电阻是一种能够根据光照强度变化而改变电阻值的器件。当
光线照射到光敏电阻上时，光敏电阻的电阻值会随之改变。通过测量光敏电阻的电阻值变化，可以得到光照强度的信息。
4. 信号处理电路：信号处理电路是将光电传感器输出的电信号进行放大、滤波、转换等处理，以便得到准确的测量结果。
三、光电传感器的工作过程
光电传感器的工作过程通常包括以下几个步骤：
1. 发射光线：光源发出光线，照射到目标物体上。
2. 接收光线：光电二极管或者光敏电阻接收到被照射物体反射回来的光线。
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。
光电传感器的原理
光电传感器的原理
光电传感器是一种利用光电效应来实现物理量探测的器件。它可以将光信号转换成电信号，从而实现对光线、颜色、位置、距离等物理量的测量和控制。在工业自动化、机器人、医疗设备、汽车电子、安防监控等领域中，光电传感器得到了广泛的应用和发展。
一、光电效应的基本原理
光电效应是指当光线照射到金属表面时，金属中的自由电子被激发出来，形成电子流，从而产生电流。这种现象被称为外光电效应。内光电效应则是指光线照射到半导体材料上时，激发出电子-空穴对，从而产生电子流和空穴流。
光电效应的基本原理可以用光子能量和电子结构来解释。光子能量与光的频率有关，当光子能量达到或超过金属或半导体的电子结构中的某个能级时，就可以激发出电子，使其脱离原子或分子，从而形成电子流。这个能级被称为电离能级或导带底部能级。
二、光电传感器的基本结构和工作原理
光电传感器的基本结构可以分为光源、光电转换器、信号处理电路和输出部分。光源通常采用LED或激光器，发出光线照射到被测物体上，被测物体反射或散射出的光线再经过光电转换器，被转换成电信号，经过信号处理电路进行放大、滤波、积分等处理后，输出给控制系统或显示器。
光电传感器的工作原理主要是基于光电效应和光散射效应。当光线照射到被测物体上时，被测物体会反射、散射或吸收部分光线，这
些光线经过光电转换器后被转换成电信号，从而实现对被测物体的测量和控制。
光电传感器可以根据测量物理量的不同分为光电开关、光电编码器、光电距离传感器、光电颜色传感器、光电反射式传感器等类型。其中，光电开关是最常见的一种光电传感器，它可以实现对物体的存在、位置、形状等特征的检测和控制，广泛应用于工业自动化、机器人、安防监控等领域。
光电传感器技术在无人车中的应用与发展
光电传感器技术在无人车中的应用与发展
第一章：引言
无人车是指能够自主感知环境和自主决策的无人驾驶汽车。随
着人工智能和自动驾驶技术的快速发展，无人车正成为未来智能
交通系统的关键组成部分。在无人车中，光电传感器技术发挥着
至关重要的作用。本文将从无人车发展背景出发，重点探讨光电
传感器技术在无人车中的应用与发展。
第二章：无人车发展背景
随着城市交通拥堵日益严重和交通事故频发，人们对交通系统
的效率和安全性提出了更高的要求。无人车能够有效降低交通事
故发生的概率，提高交通流量运输效率，并减少交通污染。因此，无人车的研究和应用正受到越来越多的关注。
第三章：光电传感器技术概述
光电传感器是一种利用光电特性进行信号检测和转换的传感器。它通过接收、转换和处理光信号来感知环境和障碍物。光电传感
器技术具有高精度、快速响应、耐高温、耐腐蚀等优点，被广泛
应用于无人车的感知和决策系统中。
第四章：光电传感器技术在无人车中的应用
1. 距离和障碍物检测：光电传感器可以精确测量车辆与障碍物
之间的距离，帮助无人车避免碰撞事故。激光雷达等光电传感器
技术能够实时扫描周围环境，生成高精度的三维地图，为无人车
提供精准的障碍物检测和避障功能。
2. 交通信号识别：光电传感器可以用于识别交通信号灯，进一
步提高无人车在交通巡航和红绿灯控制方面的智能化水平。利用
光电传感器对信号灯进行实时识别和判断，无人车能够准确控制
车速，提高通行效率和安全性。
3. 景观识别：利用光电传感器技术，无人车可以实时感知周围
环境的景观，如道路标志、车道线和行人等。通过对景观的识别
光电传感器技术在智慧建筑和智慧家居中的应用
光电传感器技术在智慧建筑和智慧家居中的
应用
第一章：引言
随着科技的不断发展，人们的生活方式也在发生着变化。智慧
建筑和智慧家居成为了当前社会的热门话题，其背后的光电传感
器技术也逐渐得到了广泛的应用。本文将重点探讨光电传感器技
术在智慧建筑和智慧家居中的应用。
第二章：光电传感器技术简介
光电传感器是一种能将光信号转换成电信号的传感器。它通过
感受物体反射、遮挡后的反光信号，来实现对物体的检测和定位。光电传感器技术是一个多学科交叉的领域，涵盖了光电传感器的
工作原理、材料、设计、制造和应用等方面。目前，光电传感器
已经被广泛应用于照明、工业控制、电子消费品等领域。
第三章：光电传感器技术在智慧建筑中的应用
智慧建筑是一种新兴的建筑形态，其包含了许多智能化设备和
系统。光电传感器技术在智慧建筑中的应用主要有以下几个方面：
1. 照明控制
光电传感器技术可以通过检测环境的光强度来实现对照明的控制。当环境足够亮时，照明系统可以自动关闭，避免资源的浪费；
当环境变暗时，照明系统可以自动打开，提高空间亮度，提升使
用舒适度。
2. 风扇控制
在智慧建筑中，光电传感器技术可以通过感应室内的温度和湿
度变化来控制风扇的运转。当室内温度过高时，风扇可以自动启动，以达到降温降湿的目的，提升空间环境的舒适度。
3. 人体感应
光电传感器技术可以通过感应人体的移动来实现对室内设备的
自动控制。例如，在有人靠近时自动打开门锁、开灯、开窗帘等，提高使用便利性和安全性。
第四章：光电传感器技术在智慧家居中的应用
智慧家居是一种以智能、舒适、健康、安全等为核心的居住环境。光电传感器技术在智慧家居中的应用主要包括以下方面：
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化为电信号的装置，广泛应用于工业自动化、光电测量、光学通信、无线电通信等领域。它通过感知光信号的强度、频率、波长等特征，将其转化为电信号，从而实现对光信号的检测和测量。
一、光电传感器的基本原理
光电传感器的基本原理是利用光电效应，即光照射到光敏元件上时，会产生电
信号。光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是光电传感器中的发光元件，常用的光源有激光二极管、发光二
极管、红外线二极管等。光源的选择要根据具体的应用需求来确定。
2. 光敏元件：光敏元件是光电传感器中的接收元件，它能够将光信号转化为电
信号。常用的光敏元件有光电二极管、光敏电阻、光电二极管阵列等。光敏元件的选择要考虑到光源的波长、光强度等因素。
3. 信号处理电路：信号处理电路用于放大、滤波和解调光敏元件输出的电信号，以便进行后续的信号处理和分析。信号处理电路的设计要根据具体的应用需求来确定。
二、光电传感器的工作原理可以分为直接检测和间接检测两种方式。
1. 直接检测：直接检测是指光电传感器直接接收被测物体反射或透过的光信号。当被测物体反射或透过的光信号照射到光敏元件上时，光敏元件产生电信号，经过信号处理电路的放大和滤波，最终输出检测结果。
2. 间接检测：间接检测是指光电传感器通过测量光信号与被测物体之间的相互
作用来检测被测物体的某些特性。常见的间接检测方式有光散射、光吸收、光透射等。
三、光电传感器的应用
光电传感器在工业自动化中有着广泛的应用。以下是一些常见的应用领域：
光电传感器技术在天文观测中的应用研究
光电传感器技术在天文观测中的应用研究
第一章：绪论
天文观测是研究宇宙的基础，可以帮助人们了解宇宙的结构、
演化和物理特性。而光电传感器技术是天文观测中十分重要的一
项技术。本文将从几个方面来介绍光电传感器技术在天文观测中
的应用研究。
第二章：光电传感器技术概述
光电传感器技术是将光信号转换为电信号的技术，可以实现对
光信号的测量、检测和判断。其主要包括光电转换器、模数转换
器和数字信号处理器等。其中，光电转换器是光电传感器的核心
部分，其主要包括光电二极管、光电倍增管和光电探测器等。具
体的，光电二极管是一种将光转化为电的半导体器件，能够将光
信号转化为电流信号。光电倍增管是一种放大光信号的器件，可
以将微小的光信号放大到很大的电信号。光电探测器则是一种对
光信号进行检测的器件，包括光电二极管、光电倍增管、光电导、光衰减器、光谱仪等。
第三章：光电传感器技术在天文观测中的应用
3.1 弱光天文观测
在弱光天文观测中，光电传感器技术的应用十分广泛。其主要
包括星焰和星暗的测量、星等的测量和星场的测量等。其中，星
焰和星暗的测量通常采用光电二极管和光电探测器进行测量，能
够实现对微弱的光信号的检测，并将其转化为电信号，从而进行
相关的分析和处理。而星等的测量则需要采用光电倍增管等器件，能够对光信号进行放大处理。另外，在星场的测量中，光电传感
器技术也能够发挥重要作用，其主要体现在星场中的星体分布、
星体亮度和星体形态等方面。
3.2 光谱分析
在光谱分析中，光电传感器技术的应用非常广泛。其主要是通
过光电探测器、光电二极管和光电倍增管等器件，实现对光谱信
光电传感器信号采集与控制系统设计
光电传感器信号采集与控制系统设计第一章：引言
光电传感器信号采集与控制系统在现代工业自动化中扮演着重
要的角色。光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，广泛应用于工业生产中的测量、检测、控制等领域。设计一套稳
定可靠的光电传感器信号采集与控制系统，能够实时准确地采集
和处理传感器信号，并对其进行精确控制，对于提高生产效率、
降低成本具有重要意义。
第二章：光电传感器信号采集系统设计
2.1 光电传感器信号采集原理
光电传感器信号采集是通过光电器件将光信号转化为电信号的
过程。光电器件可以是光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。
光敏电阻的电阻值与光照强度成反比，光电二极管和光电三极管
的输入端光照强度增加时，输出电流或电压也相应增加。通过对
光电器件的电信号进行放大、滤波等处理，可以得到准确可靠的
光电传感器信号。
2.2 光电传感器信号采集电路设计
光电传感器信号采集电路主要包括前端传感器接口电路、放大
电路、滤波电路和模数转换电路等。前端传感器接口电路负责将
传感器的信号转化为标准的电压或电流信号，放大电路用于放大
传感器信号的幅度，滤波电路则对信号进行去噪处理，模数转换
电路将模拟信号转化为数字信号，方便后续处理和控制。
2.3 光电传感器信号采集系统的可靠性设计
为了提高光电传感器信号采集系统的可靠性，可以采取以下措施：一是选择稳定可靠的光电器件，保证其性能指标符合要求；
二是合理设计电路布局，减少干扰和噪声，提高信号质量；三是
使用高质量的元器件和连接线，提高系统的抗干扰能力；四是进
行严格的系统测试和质量控制，确保系统的长期稳定运行。
光电传感器(详细)
电磁波波谱图 光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速 c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波 长λ和频率ν的关系为 ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
二、光源（发光器件） 1、白炽灯 2、气体放电灯 3、发光二极管 4、激光器
• 常见的光源有哪几类？ 自然光源－－太阳光 人工光源－－热辐射光源 气体放电光源 激光器 电致发光器件
U R I 光强
光电管的结构示意图
2. 主要性能
光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光 谱特性、响应时间、峰值探测率和温度特性来描述。
（1） 光电管的伏安特性
IA/ μA
12 10 120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm 20μlm 50 100 150 200
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。
光电传感器
光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成 电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的 器件称光敏器件。
光电传感器PPT课件
光电传感器
1
.
光电传感器是利用光敏元件将光信号转 换为电信号的传感器。
它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外 线波长和紫外线波长。
2
光电传感器可用于检测直接引起光亮变化的
非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分
析等，也可以作为探测元件组成其他传感器，对许
多非电量进行检测。
光电传感器主要有：
3、可见光光敏电阻器。主要用于各种光电控制系统，
如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自
动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装
置和"位置检测器",极薄零件的厚度检测器，照相机自动
曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方
面。
10
光敏电阻的应用
.
三、光敏晶体管
光敏晶体光有光敏二极管和光敏三极光
20
.
五、光电池
光电池是根据光生伏特效应工作的。是
一种自发式的光电元件，它受到光照射时能 产生一定方向的电动势，只要接通外电路， 便有电流通过。应用最广泛的是硅光电池。
21
.
光电池的外形
22
.
光电池既可以作为电源，又可以作为光 电检测器件，作为电源使用的光电池，主要 是直接把太阳的辐射能转换为电能，成为太 阳电池。太阳电池不需要燃料，没有运动部 件，也不排放气体，具有重量轻、性能稳定、 光电转换率高、使用寿命长、不产生污染等 优点，在航天技术、气象观测、工农业生产 乃至人们的日常生活等方面都得到广泛的应 用。
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
光电传感器原理及性能参数测试研究
光电传感器原理及性能参数测试研究第一章：引言
光电传感器是一种用于探测光信号的设备，广泛应用于自动化与控制系统中。光电传感器在工业自动化中的应用越来越广泛，其应用领域涵盖了制造业、食品加工、医药卫生、交通运输等多个领域。
在应用过程中，正确的测试和评估光电传感器的性能是非常重要的。本文旨在介绍光电传感器的原理和性能参数测试方法。
第二章：光电传感器的原理
光电传感器的原理是利用光电效应，将光信号转换为电信号。其具体的工作原理是：当光线照射到半导体PN结或金属表面时，会激发电子与空穴的相互作用，产生光电流，将变化的光信号转化为电信号传递。
光电传感器的应用范围广泛，从简单的反射式传感器、对射式传感器，到高精度的照度计和分光光度计等，都属于光电传感器的范畴。
第三章：光电传感器的性能参数
在进行光电传感器性能测试之前，需要先了解和评估光电传感器的性能参数。主要包括以下几个方面：
1. 灵敏度：灵敏度是光电传感器的一个重要指标。一般来说，光电传感器的灵敏度越高，其检测信号的能力就越好。而灵敏度的大小又与该传感器所使用的光电元件、电路以及信号处理技术都有关系。
2. 分辨率：分辨率是指光电传感器可以检测到的最小变化量。在实际应用中，分辨率越高，表示传感器可以检测到更小的变化信号。
3. 响应时间：响应时间是光电传感器从接收到信号到输出信号的时间。响应时间越短，表示传感器的检测能力越强。
4. 动态范围：光电传感器的动态范围是指其可检测的最高和最低光强度之间的范围。在实际应用中，一个光电传感器的动态范围越宽，其适用范围就越广。
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2017/5/28
传感与检测技术
26
3.63
光电传感器的应用
(4) 光电池 光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏 二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全 相同。由于光电池工作时不需要外加电压，光电转 换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等， 它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 熄火保护装置等。
传感与检测技术
主讲：自动化学院检测教研室
刘红丽
2017/5/28
传感与检测技术
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3.6 光电式传感器
主要内容：
3.6.1光电效应 3.6.2 光电器件 光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电晶体管、 光电池、其他光电器件、电荷耦合器 3.6.3 光电式传感器的应用
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源自文库
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3.6.2
光敏二极管基本电路
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
②光敏三极管
与普通晶体管不同的是， 光敏晶体管是将基极—集电极 结作为光敏二极管，集电结做 受光结，另外发射极的尺寸做 的很大，以扩大光照面积。 大多数光敏晶体管的基极 无引线，集电结加反偏。玻璃 封装上有个小孔，让光照射到 基区。
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3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
③频率特性 频率特性指光电池相对输 出电流与光的调制频率之间 关系。 硅、硒光电池的频率特性不 同，硅光电池频率响应较好 硒光电池较差。 所以高速计数器的转换一般 采用硅光电池作为传感器元 件。
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硅光敏二极管光谱响应
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光敏晶极管光谱响应
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
伏安特性 光敏二极管：当反向偏 压较低时，光电流随电 压变化比较敏感，随反 向偏压的加大，光生电 流趋于饱和，这时光生 电流与所加偏压几乎无 关，只取决于光照强度。
光敏二极管伏—安特性
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光电池工作原理图
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光电池结构
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3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
①光照特性 • 开路电压，光生电动势与照度之间关系称开 路电压曲线，开路电压与光照度关系是非线 性关系，在照度2000lx下趋于饱和。 • 短路电流，短路电流与照度之间关系称短路 电流曲线曲线，短路电流是指外接负载RL相对 内阻很小时的光电流。
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
光敏晶体管具有放大作用，伏安特性曲线 如图所示
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光敏晶体管等效电路
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光敏晶体管伏安特性
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
温度特性 由于反向饱和电流与温 度密切有关，因此光敏 二极管的暗电流对温度 变化很敏感。
①光敏二极管
光敏二极管结构与一般二 极管相似，它们都有一个P－ N结，并且都是单向导电的非 线性元件。为了提高转换效 率大面积受光，PN结面积比 一般二极管大。
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硅光敏二极管结构
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
①光敏二极管 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， 光照越强光电流越大； 光电流方向与反向电流一致。
光 电 池 符 号
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3.6.2 光电器件 (5) 光电池（有源器件）
太 阳 电能 警供 示
LED
太阳能手机充电器 2017/5/28
太 阳 能 电 池
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3.6.2 光电器件 (5) 光电池（有源器件）
结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅 状受光电极，下电极是一层衬底铝。 原理：当光照射PN结的一个面时，电子——空穴对 迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关 的电动势。一般可产生0.2V～0.6V电压50mA电流。
硅、硒光电池的频率特性
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3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
④温度特性
指开路电压和短路电流 随温度变化的关系。
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3.6.3
光电传感器的应用
• 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等 优点,传感器的结构简单,形式灵活多样,体积 小。近年来,随着光电技术的发展,光电传感器 已成为系列产品,其品种及产量日益增加,在各 种轻工自动机上获得广泛的应用。
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光敏二极管频率响应曲线
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3.6.2 光电器件 (5) 光电池（有源器件）
光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直 接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电 源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控 制等。 光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光 电池、砷化镓、氧化铜等等。
V0 i p RL
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——晶体管电流放大系数
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
特性：光敏晶体管的光谱特性 • 硅材料的光敏管峰值波长在0.9μm附近（可见光） 灵敏度最大； • 可见光或探测赤热状 物体时一般都用硅管 • 锗管的峰值波长约为 1.5μm（红外光） • 对红外进行探测时用 锗管较适宜。
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3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
光电池作为测量元件使用时，一般不做电压源 使用，而作为电流源的形式应用。
光电池光照特性
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光电池光照与负载的关系
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3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
②光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度 不同。 硅光电池的光谱响应峰值在 0.8μm附近，波长范围0.4～ 1.2μm。硅光电池可在很宽的 波长范围内应用。 硒光电池光谱响应峰值在 0.5μm附近, 波长范围0.38～ 0.75μm。
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光敏晶体管光谱特性
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
光谱特性 硅光敏二极管：当入射波长＞900nm时，响应下降， 因波长长， 光子能量小于禁带宽度，不产生电子— —空穴对； 当入射波长＜900nm时，响应也逐渐下 降，波长短 的光穿透深度小，使光电流减小。
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3.6.3 光电传感器的应用 （1）测量物体
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3.6.4 光电器件 (3) 光电器件的测量方法
反射式 透射式
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3.6.3
光电传感器的应用
(2) 烟尘浊度监测仪 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 道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的 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，因而光检测器输出信号的强弱便可反映 烟道浊度的变化。
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3.6.3
光电传感器的应用
图示为光电式数字转速表工作原理图。图(a)表示转轴上涂黑 (3) 光电转速传感器 白两种颜色的工作方式。当电机转动时，反光与不反光交替 出现，光电元件间断地接收反射光信号，输出电脉冲。经放 大整形电路转换成方波信号，由数字频率计测得电机的转速。 图(b)为电机轴上固装一齿数为z的调制盘〔相当图(a)电机轴 上黑白相间的涂色〕的工作方式。其工作原理与图(a)相同。 若频率计的计数频率为f，由下式： n=60f/z 即可测得转轴转速n(r/min)。
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3.6 光电式传感器
本章要点：
•光电效应； •光电器件； •光电器件应用。
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光敏二极管暗电流与温度关系
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
频率响应: 光敏管的频率响应是指光敏 管输出的光电流随频率的变 化关系。光敏管的频响与本 身的物理结构、工作状态、 负载以及入射光波长等因素 有关。图光敏二极管频率响 应曲线说明调制频率高于 1000Hz时，硅光敏晶体管灵 敏度急剧下降。
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
②光敏三极管
硅（Si）光敏晶体极管一般都是NPN结构，光照 射在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被 拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与 发射极之间的电压升高，这样，发射极便有大量电 子经基极流向集电极，形成三极管输出电流，使晶 体管具有电流增益。在负载电阻RL上的输出电压为：
光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管
光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。
特点：响应速度快、频率响应好、灵敏度高、 可靠性高; 广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、 自动报警、自动计数等领域和装置。
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3.6.2 光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管