光电式传感器
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。
传感器课程3.4光电式传感器
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 照射的物体产生相应的电效应。
光调制就是把某一被测信息加载到传输光波上
功能型（传感型、物性型）传感器
光纤在传感器中的作用分 非功能型（传光型、结构型）
亮电阻和亮电流：光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的 稳定电阻值，称为该光照下的亮电阻，或亮阻。此时流过的 电流，称为亮电流。
光电流：亮电流与暗电流之差，称为光电流。显然，光敏电 阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小， 亮电流要大。这样光敏电阻的灵敏度就高。
1）伏安特性（I-U曲线）
（1）典型的光电开关结构 （2）光电开关的应用
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。
与传统的各类传感器相比其优点：不受电磁干扰， 体积小，重量轻，可挠曲，灵敏度高，耐腐蚀，传 输频带宽，绝缘性能好，耐水抗腐蚀性好，防爆性 好，易与微机连接，便于遥测等。
可见： 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现
象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又
和面积及散热条件等因素有关。 电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线，说明其阻值
光电式传感器的原理与应用
光电式传感器的原理与应用光电效应是指当光线照射在一些物质表面上时，物质中的电子能级会发生变化，从而产生电子的运动和电荷分离的现象。
根据光电效应的原理，光电式传感器可以分为光电开关、光电门、光电测距传感器等多种类型，并且可以用于各种不同的应用领域。
光电开关是最常见的一种光电式传感器，它通过检测光线是否被物体阻挡来判断物体的存在与否。
光电开关广泛应用于工业自动化控制中，例如自动门控制、装配线上零件检测、流水线产品计数等。
光电门是一种通过检测物体通过门的时间来判断物体速度的传感器。
光电门通常用于测量物体的速度和位置，例如运动中的物体的位置控制、高速运动物体的测量等。
光电测距传感器是一种通过测量光线行进时间来计算物体与传感器之间的距离的传感器。
光电测距传感器常用于工业自动化、机器人导航和避障、无人机高度测量等领域。
1.高精度：光电式传感器可以实现非接触式测量，因此具有较高的测量精度。
2.高速度：光电式传感器的响应速度快，可以快速检测物体的位置和状态变化。
3.长寿命：光电式传感器不会受到物体的磨损和腐蚀，具有较长的使用寿命。
4.多功能性：光电式传感器可以根据不同的应用需求选择不同的工作模式和测量范围。
除了以上优点，光电式传感器也存在一些限制和注意事项：1.受环境影响：光电式传感器对环境光的干扰比较敏感，需要进行遮光处理或使用滤光片来减少光干扰。
2.受物体颜色影响：光电式传感器的测量结果受到物体颜色的影响，颜色较暗或较亮的物体会使测量结果产生误差。
3.距离限制：光电式传感器的测量范围有限，一般在几米以内，超出范围会导致测量精度下降。
总之，光电式传感器通过利用光电效应来测量和探测物体的位置、距离、速度等物理量，具有高精度、高速度、长寿命和多功能性等优点，在工业自动化、机器人导航和避障、无人机测量等领域得到广泛应用。
但需要注意处理环境光的干扰、物体颜色对测量结果的影响以及测量范围的限制。
传感器与检测技术光电式传感器
物联网的蓬勃发展
随着物联网的普及，光电式传感器将在更多领域展 现出更大的应用潜力。
光电式传感器与物联网的结合
1 物联网的发展
物联网连接了各种设备和传感器，实现了更智能、便捷的生活和工作。
2 光电式传感器在物联网中的应用
光电式传感器可以与其他传感器和设备连接，为物联网系统提供高精度的光学检测能力。
未来发展趋势和展望
技术创新
随着技术的不断进步，光电式传感器将变得更加灵 敏、精确和可靠。
光电式传感器的原理和优势
1 光电式传感器的工作原理
通过发射光信号并检测被物体反射回来的光 信号来实现物体检测。
2 光电式传感器的优势
具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点， 适用于各种环境中的精确测量。
光电式传感器的应用领域
工业自动化
光电式传感器广泛应用于工业机械的自动化控 制中，例如物料检测和位置识别。
交通运输
光电式传感器在交通运输领域中用于交通信号 控制和车辆检测。
机器人技术
光电式传感器在机器人技术中发挥重要作用， 可帮助机器人感知周围环境并执行任务。
医疗保健
光电式传感器可应用于医疗设备中，如医疗成 像和生命体征监测。
光电式传感器的工作原理和结构
光电式传感器的工作原理
当物体进入传感器的检测范围时，光电传感器会发 射光束并检测反射光的强弱以实现物体的检测。
光电式传感器的结构
光电式传感器通常由发射器、接收器和信号处理电 路组成。
光电式传感器的应用案例
1
自动门传感器
光电式传感器可用于自动门系统中，实现自动开关门功能。
2
打印机纸张检测
光电式传感器可用于打印机中检测纸张的位置和状态。
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于自动控制、仪器仪表、光电子技术等领域。
本文将介绍光电式传感器的工作原理及其应用。
一、光电式传感器的概述光电式传感器是一种以光电效应为基础的传感器，通过元件内的光电效应来感知光信号，并将其转化为电信号进行处理。
光电式传感器通常由光源、敏感元件和信号处理部分组成。
二、光电式传感器的工作原理基于光电效应的物理原理。
当光照射到光电式传感器的敏感元件上时，光子会与敏感元件中的电子发生作用，导致电子从原子中脱离，并形成电流。
这个过程可以通过光电效应来解释。
光电效应是指，当光照射到金属表面或半导体材料中时，光子的能量被传递给金属或半导体晶格内的电子，使其脱离原子而形成自由电子。
当光照射强度增加时，脱离的电子数量也会相应增加。
在光电式传感器中，敏感元件通常采用半导体材料。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会将部分半导体晶格中的电子激发，使其跃迁到导带中形成自由电子。
这些自由电子可以被电极收集，从而形成电流信号。
通过测量电流信号的强度，可以确定光信号的强度。
三、光电式传感器的应用光电式传感器具有快速、高精度、高灵敏度等特点，因此在多个领域得到了广泛应用。
1. 工业自动化控制：光电式传感器可以用来检测物体的位置、距离和速度，实现自动化控制系统中的精确定位和测量。
2. 光电检测：利用光电式传感器的灵敏度和快速响应特性，可以实现对透明物体、颜色或表面特性变化的检测，例如反射式光电传感器可用于检测物体的存在或缺失。
3. 光学通信：光电式传感器在光学通信领域中起着至关重要的作用，可以将光信号转化为电信号进行处理和传输。
4. 医疗设备：光电式传感器被广泛应用于医疗设备中，例如血氧监测仪和心率监测器等，用于监测患者的生理参数。
5. 环境监测：光电式传感器可以用于测量环境中的光照强度、光质量等指标，对气候变化、自然灾害等进行监测和预警。
四、总结光电式传感器是一种将光信号转化为电信号的重要工具。
简要说明光电式传感器的应用和特点
简要说明光电式传感器的应用和特点
光电式传感器是一种利用光电效应进行检测和测量的装置。
它通过将光源和光电元件（如光敏二极管或光电二极管）组合在一起，利用光的反射、吸收或透过来实现对光信号的感测。
以下是光电式传感器的一些应用和特点：
应用：
1.接近传感器：光电式接近传感器可用于检测物体的存在
或接近，例如自动门的开关、自动灯光控制等。
2.光电编码器：光电式传感器可以用于测量旋转、线性或
角度位置，并广泛应用于机械、自动化和工业控制系统中。
3.反射式传感器：光电式反射式传感器可用于检测物体的
反射光，常用于印刷、包装行业中的标签检测、物体计数等。
4.光栅传感器：光电式光栅传感器可用于检测物体的速度、
位置或旋转，常用于电梯、输送带等运动控制系统中。
特点：
1.非接触式检测：光电式传感器能够在不接触被测物体的
情况下进行检测，不会对被测物体造成损坏或污染。
2.高精度和快速响应：光电式传感器具有较高的精度和快
速的响应时间，可以实时检测到物体的位置、速度或其他特性。
3.良好的环境适应性：光电式传感器在各种环境条件下都
能正常工作，如光照强度变化、温度变化等。
4.长寿命和可靠性：光电式传感器通常具有较长的使用寿命和较高的可靠性，适用于长期运行和工业环境中的应用。
《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
传感器原理与应用—光电式
(a)原理 图3.83 光平面位置检测器
(b)结构
新型光电器件
二． 三． 四．
固态图像传感器（solid image sensor ） 图像传感器是电荷转移器件与光敏阵列元件集为一体构成的，具有自扫描功能的摄像器件。
图像传感器从功能上说，它是一个能把受光面的光像分成许多小单元(称为像元)，并将它们转换成电 信号，然后顺序地输送出去的器件。
致发光光源和激光光源。
一． 光源
光电传感器的组成
1. 热辐射光源 2. 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。例如钨丝白炽灯和卤钨灯。 3. 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；发热大；寿命短；易碎，电压高，使用
有一定的危险。 4. 气体放电光源 5. 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为气体放
(5) 峰值探测率 (6) 峰值探测率是表征光电器件噪声水平的性能参数。
1
A f
D*
☻ 探测器件的性能常用峰值探测率D*表征，D*值大，
PNE / A f
PNE
噪声等效功率小，光电器件性能好。
A 光敏器件的有效光敏面 积
f 探测系数带宽
光电传感器的组成
二． 光电器件
2.
光电器件的性能参数
(5) 温度特性
新型光电器件
二． 三．
固态图像传感器（ solid image sensor ） 从构造上说，图像传感器是一种小型固态集成元件，其核心是电荷转移器件(Charge Transfer Device，CTD)，其中最常用的是电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)。CCD由阵列式 排列在衬底上的金属-氧化物-硅(Metal Oxide Semi-Conductor，简称MOS)电容器组成，它具有 光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。
《传感器技术与应用》课件第七章光电式传感器
05
光电式传感器的优缺点 与发展趋势
光电式传感器的优点
测量精度高
非接触测量
光电式传感器采用光信号作为测量媒介， 具有较高的测量精度和灵敏度，能够实现 微小量的精确测量。
光电式传感器通过光信号与被测物体的相 互作用进行测量，无需直接接触被测物体 ，能够减少对被测物体的损伤和磨损。
光电二极管和光电晶体管
光电二极管
利用内光电效应制成的光电转换器件，能够 将入射光的辐射能转换为电流。
光电晶体管
在普通晶体管的基础上增加光敏基区，利用 内光电效应实现光信号的放大和调制。
光电耦合器
光电耦合器定义
将发光器件和光敏器件封装在同一壳 体内，通过光的传输实现电信号的传 输与隔离的器件。
光电耦合器原理
响应速度快
抗干扰能力强
光电式传感器具有较快的响应速度，能够 实现快速动态测量和实时控制。
光电式传感器采用光信号传输，不易受到 电磁干扰的影响，能够在复杂的环境中进 行稳定测量。
光电式传感器的缺点
对光源依赖性强
光电式传感器依赖于特定光源，如激光、红外线等，需要稳定的 光源和光路系统，对光源的稳定性要求较高。
利用光纤传输光信号，通过光电器 件将光纤中的光信号转换为电信号。
光电式传感器的应用领域
工业自动化控制
用于检测生产线上的产品、测量长度和速度 等参数。
环境监测
用于检测空气质量、水质等环境参数。
医疗诊断
用于检测生物体的生理参数，如血压、脉搏 等。
安全防范
用于监控、报警等安全系统，保障人员和财 产安全。
发光器件发出光线，光敏器件接收光 线并转换为电信号，从而实现输入与 输出之间的电气隔离。
光电式传感器
光电式传感器光电式传感器是一种通过光信号来检测物体的位置、形状和颜色等信息的传感器。
它主要由光电元件、放大器电路、信号处理电路和输出电路等组成，可广泛应用于机器人、自动化生产线、计量仪器、安防监控等领域。
工作原理光电式传感器的主要工作原理是利用光电元件对物体反射和透射的光信号进行检测。
它通过发射一束光线照射到被探测物体上，然后检测被反射和透射的光线的强度、频率、相位等参数来确定被探测物体的存在和状态。
光电元件一般采用光电二极管、光敏电阻、光电管、光电晶体管等，而光线的发射和收集一般通过透镜、光纤和反光镜等实现。
分类及应用根据不同的工作原理和应用场景，光电式传感器可以分为多种类型。
其中比较常见的有：接近式光电传感器接近式光电传感器是一种最常用、最简单的光电式传感器。
它主要通过发射一束红外线照射到被测物体上，然后检测透射回来的光线的强度变化来判断被测物体是否存在。
接近式光电传感器广泛应用于人体检测、自动门、安全门和计量系统等方面。
光电开关光电开关是一种通过光电元件来检测、开关电路的传感器。
它主要通过发射一束光线来检测物体的存在和位置等信号，然后将信号（一般为0和1）传递给输出模块，以实现开闭等控制功能。
光电开关广泛应用于自动化生产线、安全门、包装机械、自动售货机等领域。
光电码盘光电码盘是一种通过光学编码来进行位置检测的传感器。
它主要通过在码盘的表面上覆盖光学码来检测旋转物体的位置、角度、方向等信息。
光电码盘广泛应用于电机控制、机器人、航空航天、导航和工业自动化等领域。
处理技术光电式传感器的检测精度和稳定性直接关系到其应用效果和可靠性。
因此，传感器制造商一直致力于探索改进传感器的处理技术。
目前，主要的处理技术包括增益调整、滤波、线性化、自动校正等。
其中增益调整是通过调整放大器的增益来提高传感器的灵敏度和稳定性，滤波则是通过滤除噪音信号来提高传感器的检测精度。
而线性化和自动校正则是通过将传感器输出信号进行线性化处理和自动调整校准，来提高传感器的可靠性和准确性。
光电式传感器的结构和功能
光电式传感器的结构和功能光电式传感器是一种常用的传感器，它利用光电效应将光信号转化为电信号，从而实现对光照强度的检测和测量。
该传感器的结构和功能十分重要，下面我将为您详细介绍。
一、结构光电式传感器主要由发光器、接收器、滤波器和输出电路等组成。
1. 发光器：发光器通常由发光二极管（LED）组成，它能够将电能转化为光能。
当电流通过LED时，LED会发出特定波长的光线，这些光线被用于照射待测物体。
2. 接收器：接收器通常由光敏电阻或光敏二极管（光电二极管）组成，它能够将光能转化为电能。
当接收器接收到照射物体反射回来的光线时，光敏元件会产生对应的电压或电流信号。
3. 滤波器：滤波器的作用是将非目标波长的光线滤除，只保留目标波长的光线。
通过选择合适的滤波器，可以提高光电式传感器的灵敏度和准确度。
4. 输出电路：输出电路负责将接收到的电信号进行放大、滤波和转换，最终输出一个与光照强度相关的电信号。
这个信号可以被连接到其他电路或设备中进行进一步的处理或控制。
二、功能光电式传感器具有广泛的应用，其功能主要体现在以下几个方面：1. 光照检测：光电式传感器能够检测环境中的光照强度，根据光照强度的变化来判断是否需要进行照明或调节照明强度。
2. 物体检测：通过测量物体反射的光线强度，光电式传感器能够实现对物体的检测。
例如，在自动门控制系统中，光电式传感器可以检测到人或物体的到来，从而触发门的开启或关闭。
3. 颜色识别：光电式传感器可以根据物体反射的光线波长来识别物体的颜色。
这在工业自动化和机器人领域有着重要的应用。
4. 位置测量：光电式传感器可以通过测量物体反射光线的强度来判断物体的位置。
这在自动化控制和机器人导航中具有重要意义。
总结：光电式传感器的结构和功能使其成为现代工业和生活中不可或缺的重要设备。
它能够准确地检测和测量光照强度，并根据需要进行相应的控制和处理。
光电式传感器的应用范围广泛，例如照明系统、自动控制和机器人领域等，为人们的生活带来了便利和高效。
光电式传感器的基本结构
光电式传感器的基本结构《光电式传感器的基本结构》光电式传感器是一种广泛应用于工业自动化控制领域的传感器，能够将光信号转换为电信号进行检测和测量。
其基本结构包含以下几个关键部分。
1. 光源：光电式传感器通常需要一个光源来提供光线。
光源可以是光电二极管、发光二极管或激光二极管等。
不同的应用需要不同类型的光源，以确保传感器能够产生足够的光强度。
2. 发射器：发射器是光电式传感器中的一个重要组成部分。
它将光源发出的光线聚焦并发射出去，用于照射被测物体。
发射器通常包括透镜、反射镜或光纤等，以确保光线能够准确照射到被测物体上。
3. 接收器：接收器是光电式传感器的另一个关键组成部分。
它用于接收并转换光线被被测物体反射或散射后返回的光信号。
接收器通常包括光敏元件，如光电二极管或光敏电阻等，用于将光信号转换为电信号。
4. 信号处理电路：光电式传感器的信号处理电路用于放大、滤波和处理接收到的光信号，以确保信号的稳定性和准确性。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器和比较器等元件，可根据具体应用需求进行设计和配置。
5. 输出端口：输出端口是光电式传感器用于将检测结果输出的接口。
根据不同的应用需求，输出端口可以是开关量输出、模拟量输出或通信接口等。
开关量输出常用于检测目标是否存在或超过设定阈值，而模拟量输出则用于测量目标物体的距离、亮度或颜色等信息。
6. 外壳和保护措施：光电式传感器通常使用外壳来保护内部元件，并提供结构支撑。
外壳材质可以是金属、塑料或玻璃等，以适应不同的工作环境。
此外，还可以采取防尘、防水和防震等措施，以提高传感器的可靠性和耐久性。
总的来说，光电式传感器的基本结构包括光源、发射器、接收器、信号处理电路、输出端口以及外壳和保护措施。
这些组成部分协同工作，使得光电式传感器能够可靠地检测和测量目标物体的光信号。
随着科技的不断进步，光电式传感器将在更多领域发挥作用，并为工业自动化控制带来更多便利和效益。
光电式传感器的原理和应用
下一页
(5) 频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段 时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流 也不立刻为零，这说明光敏电阻有时延特性。由 于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们 的频率特性也不相同。
返回
光敏电阻的频率特性
上一页
下一页
(6) 温度特性
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，从图中可以看出， 它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，在 使用光敏电阻检测时为了能接受远红外光，或为了提高 灵敏度，要采取控制温度的措施。
返回
上一页
下一页
(1) 暗电阻，暗电流
若将光敏电阻置于无光照的黑暗条件下， 测得光敏电阻的阻值称为暗电阻，这时， 在给定工作电压下测得光敏电阻中的电流 值称为暗电流。
返回
上一页
下一页
(2) 亮电阻、光电流
光敏电阻在光照下，测得的光敏电阻的阻 值称为亮电阻，亮电阻一般在几千欧姆。 这时在工作电压下测得的电流为亮电流。 亮电流和暗电流之差称为光电阻的光电流 IФ
返回
上一页
下一页
5.2.2 码盘和码制
编码器有两种：增量编码器和绝对编码器
接触式编码盘示意图
返回
上一页
下一页
二进制码、十进制码与循环码对照表
角度
0 1α 2α 3α 4α 5α 6α 7α 8α 9α 5α 11α 12α 13α 14α 15α
返回
电刷位置
a b c d e f g h i j k l m n o p
若调制盘上开有z个缺口,测量计数时间为t(s),被测转 速为n(r/min)，则此时得到的计数值c为：
返回
上一页
下一页
(4)烟尘浊度连续监测仪
光电式传感器的4种应用形式
光电式传感器的4种应用形式光电式传感器是一种利用光电效应来实现信号检测和转换的传感器。
它通过光电元件将光能转化为电能，然后再将电能转化为与被测物理量有关的信号，从而实现对被测量的检测和测量。
光电式传感器的应用形式多种多样，可以广泛应用于工业生产、安防监控、医疗健康、环境检测等领域。
下面将分别介绍光电式传感器的四种主要应用形式。
第一种应用形式是接近开关。
光电式传感器可以通过检测物体与传感器之间的距离来实现接近开关的功能。
当被测物体靠近或远离传感器时，光电信号的强度会发生变化，通过检测光电信号的变化即可实现接近开关的控制。
这种应用形式在工业生产中得到广泛应用，例如在流水线上控制物体的进出、在自动门系统中控制门的开关等。
第二种应用形式是测距传感器。
光电式传感器可以利用光的传播速度和探测到光的时间差来测量被测物体与传感器之间的距离。
这种应用形式在机器人导航、无人驾驶等领域具有重要意义。
例如，在无人驾驶汽车中使用光电式传感器来测量与前方物体的距离，以便及时做出避让或制动的决策。
第三种应用形式是光电编码器。
光电式传感器可以利用光电元件对光信号的变化进行检测和计数，从而实现对物体运动的监测和控制。
光电编码器常用于旋转运动的测量和控制，可以精确地测量物体的角度和转速。
在机械制造、自动化控制等领域中，光电编码器被广泛应用于机器人关节的控制、数控机床的位置反馈等方面。
第四种应用形式是光电传感器阵列。
光电式传感器阵列由多个光电元件组成，可以实现对多个位置的物体进行检测和识别。
光电传感器阵列常用于图像传感和图像处理领域，如机器视觉、物体识别和跟踪、人脸识别等。
通过光电传感器阵列可以获取物体的形状、大小、颜色等信息，进而实现对物体的自动识别和分类。
总的来说，光电式传感器的应用形式多种多样，可以根据不同的需求和场景进行选择和组合。
它在工业生产、安防监控、医疗健康、环境检测等领域发挥着重要作用，为人们的生活和工作带来了便利和安全。
光电式传感器实验报告
一、实验目的1. 了解光电式传感器的工作原理及特点；2. 掌握光电式传感器的应用领域；3. 学习光电式传感器的测试方法；4. 通过实验验证光电式传感器的性能。
二、实验原理光电式传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的传感器。
它具有非接触、响应速度快、抗干扰能力强等特点，广泛应用于工业自动化、智能交通、医疗等领域。
光电式传感器的工作原理：当光线照射到光电元件上时，光电元件内部会发生光电效应，产生光电子，从而产生电流。
光电流的大小与光强成正比，通过测量光电流的大小，可以实现对光强的检测。
三、实验仪器与设备1. 光电式传感器：光电二极管、光电三极管、光电耦合器等；2. 光源：白炽灯、激光笔等；3. 测量电路：电流表、电阻、电源等；4. 数据采集与处理系统：电脑、数据采集卡、数据采集软件等。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试（1）连接电路：将光电二极管、电阻、电流表连接成测试电路。
（2）调整光源：将光源照射到光电二极管上，调节电阻值，使电流表读数在1～10mA范围内。
（3）测试不同光照强度下的电流值：分别用白炽灯、激光笔照射光电二极管，记录电流表读数。
（4）绘制电流-光照强度曲线，分析光电二极管的特性。
2. 光电三极管特性测试（1）连接电路：将光电三极管、电阻、电流表连接成测试电路。
（2）调整光源：将光源照射到光电三极管上，调节电阻值，使电流表读数在1～10mA范围内。
（3）测试不同光照强度下的电流值：分别用白炽灯、激光笔照射光电三极管，记录电流表读数。
（4）绘制电流-光照强度曲线，分析光电三极管的特性。
3. 光电耦合器特性测试（1）连接电路：将光电耦合器、电阻、电流表连接成测试电路。
（2）调整光源：将光源照射到光电耦合器上，调节电阻值，使电流表读数在1～10mA范围内。
（3）测试不同光照强度下的电流值：分别用白炽灯、激光笔照射光电耦合器，记录电流表读数。
（4）绘制电流-光照强度曲线，分析光电耦合器的特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电动势的现象称为光生伏特效应，根据该效应制
成的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏晶体
管和光敏晶闸管等。
光敏电阻
1、工作特性 2、主要参数 3、基本特性
伏安特性
光照特性 光谱特性 响应特性 温度特性
光敏电阻
工作特性
光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料 利用内光电效应制成的光电子器件。光敏电阻没有
在电路中大多数光电三极管的基极无引 出线，因而见到的光电三极管有时只有两 个管脚。工作时要求发射结正偏，集电结 反偏。无光照射时，光电三极管只有很小 的暗电流。当有光照射作用时，会产生光 电流（基极电流Ib），光电流Ib放大β倍就 是集电极电流Ic，所以光电三极管也具有放 大作用。
基本特性
1、光照特性 2、光谱特性 3、响应特性
光电二极管和光电三极管
光电二极管
光电二极管同普通二极管一样，也是非 线性半导体器件，但在结构上光电二极管 有着特殊之处，它的外壳顶部由透明材料 制成，装在顶部的PN结可以直接受到光的 照射。
光电二极管在电路中通常处于反向偏置状 态。当无光照射时，反向电阻很大，反向 电流很小；当有光照射在PN结上时，光子 打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子空穴对，它们在PN结处的内电场作用下定 向运动，形成光电流，光照度越大，光电 流越大。 光电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。
光电二极管 5、光电池的结构类似一只半导体（ ）， 也由（PN结 ）组成 6、光控路灯的电路图如图所示。当继电器线圈 中没有电流通过时，动触点跟静触点1接通。 当继电器线圈中有电流 通过时，动触点与静 触点2接通。当光照增强时，B点的电压将 （ 增大 ），C点的电压将（ 增大 ），通过 继电器线圈的电流将（ 增大 ），灯泡将 （ 不亮 ）
用下的光照特性曲线如图所示，当照度很低时，
曲线近似为线性，随着照度的增高，线性关系 变坏，当照度很高时，曲线近似为抛物线形。
图中，曲线的斜率表示的是光敏电阻的转换效
率（入射光辐射与光生电流）。在光电测量场 合下，对照度曲线线性度要求较高；但在光电
开关应用中，对线性度要求不高。
光谱特性
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系 称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。
简答题
1、光电效应有哪些？相对应的光电器件各有哪 些？ 2、光敏电阻的主要参数有哪些？使用时应注意 哪些问题？ 3、试述光电二极管、光电三极管的结构特点和 工作原理 4、光电池在结构上有何特点？使用时应注意哪 些问题？
5、许多大楼的楼道内安装的自动照明灯具有 这样的功能，天黑时，出现声音就点亮，而 在白天，即使有声音发出也不点亮。试问它 的控制电路中安装了哪几种类型的传感器？ 其各自的工作原理是什么？
光敏器件种类很多 如： 光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 光电耦合器、 光纤等等。
光电效应
光电器件之所以能感受光，是因为它具有
光电效应，光电效应是指物体吸收光之后产生
电特性变化的物理现象。光电效应可以分为三
类: 外光电效应、内光电效应和光生伏特效应
。
１. 外光电效应
基本特性
1、光照特性 2、光谱特性
光照特性
光电池的短路电流在很大范围内与光照 度成线性关系，开路电压与光照度成非线 性关系。因此光电池作为测量元件使用时 应把它作为电流源使用，不用做电压源。
这里的短路电流就是负载电阻相对于光 电池内阻来说很小时的电流值。
光谱特性
光电器件的光谱特性指相对灵敏度K与入 射光波长之间的关系，又称光谱响应。 光谱特性表示的是光线波长和相对光谱 灵敏度之间的关系。光电池对不同的波长， 灵敏度不同。
作业：
详见教材 P87 填空题第3、4、5、6题 简答题第3、4题
1、光电器件是利用半导体材料的（ 光电 ）效 应进行工作的。光电器件能够将（ 光 ）信号 直接转变为（ 电 ）信号。 2、光敏电阻受光照时的电阻称为（ 光电阻 ）， 没有光照时的电阻称为（ 暗电阻 ） 3、当光电二极管两端加上反向电压时，光电二 极管的（ 光 ）电流随光照度的增大而 （ 增大） 4、光电三极管在无光照射时和普通（ 三极管） 一样，处于（截止 ）状态；当有光照射作 用时，产生光电流。
模块四 光电式传感器
1、学习光电效应的概念及种类 2、学习光敏电阻、光电二极管、光电三极管、 光电池
1、学习光电效应的概念及种类 2、学习光敏电阻的工作特性、主要参数及基本 特性
光电式传感器是以光为测量媒介，以光电 器件为转换元件的传感器。它在受到光照射后， 即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。 它除了能测量光强之外，还能利用光线的透射、 遮挡、反射、干涉等特性测量多种物理量，如 尺寸、位移、速度等。 光电式传感器测量时不与被测对象直接接 触，不存在摩擦作用，光束的质量又近似为零， 对被测对象几乎不施加压力。
课堂小结：
1、光电效应，是指当光照射到某种物质时，该物质的 导电特性发生变化的一种物理现象。 2、外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面 的现象。 3、内光电效应：在光线作用下，物体内部释放出电子， 但这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部， 从而使物体的导电性能发生变化的现象称为内光电效 应 4、光生伏特效应：在光线作用下，物体产生一定方向 电动势的现象
光敏传感器：利用光敏元件将光信号转换为电信号 的传感器。 声控传感器：利用声音的相对比较，返回是否有声 单的相对信号给机器人主机达到控制电器的目的。
光生伏特效应是指半导体在受到光照射时
产生电动势的现象。
半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。 在热力学温度零度和没有外界能量激发时， 价电子受共价键的束缚，晶体中不存在自 由运动的电子，半导体是不能导电的。但 是，当半导体的温度升高或受到光照等外 界因素的影响，某些共价键中的价电子获 得了足够的能量，足以挣脱共价键的束缚， 成为自由电子，同时在共价键中留下相同 数量的空穴。空穴是半导体中特有的一种 粒子，它带正电，与电子的电荷量相同。
光电二极管， 接收红外光
家用电视机的遥控器
红外发光二极管， 发射红外光
光电三极管
光电三极管
它与普通三极管很相似，具有两个PN结， 有NPN和PNP型两种。不同之处是光电三极 管必须有一个对光敏的PN结作为感光面， 一般用集电结作为受光区，因此光电三极 管相当于一个在基极和集电极之间接有光 电二极管的普通三极管。
光照特性
光电二极管的光电流与光照度成线性关系， 适用于做检测元件。光电三极管的光照特性
曲线呈非线性关系，斜率大，灵敏度较高。
光谱特性
由光谱特性可以确定光源与光电器件的
最佳匹配。一般硅管探测发可见光或红外
线的物体；锗管探测红外光；砷化镓对紫
外光特别敏感，用于测量太阳光中的紫外
线。
响应特性
光电二极管的响应特性是半导体光电器 件中最好的一种，响应时间约为10us.光电 三极管的响应速度比相应的光电二极管大 约慢了一个数量级，而锗管的响应时间要
5、光敏电阻 主要参数： 1)暗电阻、暗电流：不受光照射时的电阻 2) 亮电阻、亮电流：受光照射时的电阻 3)光电流：亮电流 - 暗电流 6、基本特性：伏安特性、光照特性、光谱特性、 响应特性、温度特性
作业：
教材P87 填空题第1、2题 简答题第1、2题
1、学习光电二极管、光电三极管的结构和符号 2、学习光电二极管、光电三极管的基本特性 3、学习光电池的工作原理、基本特性
伏安特性
在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻 两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图为 硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。
由图2.1可见，在光照度不变的情况下，光敏电阻
在一定的电压范围内，其曲线为直线，电压越高，
光电流也就越大，（即直线没有向下弯曲，但应注
意，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的 额定最高值）。
合。
温度特性
光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响 较大。温度升高时，光敏电阻的灵敏度和暗电阻 都会下降。 光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、 灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点，许多光 敏电阻对红外线十分敏感，适宜在红外线光谱区 工作，被广泛应用于自动化技术中作为开关式光 电信号的传感元件。
比硅管小一个数量级。因此在要求快速响
应时，应选用硅光电二极管。
光电池
光电池也称太阳能电池或光伏电池，是一
种直接将光能转换为电能的光电器件。光
电池在有光线作用时，实际上就是电源。
光电池的工作原理基于光生伏特效应。 它实际上是一个大面积的PN结，在结构上 类似于光电二极管。当光照射到PN结上时， 如果光的能量足够大，就将在PN结附近激 发电子-空穴。在PN结电场的作用下，电子 移向N区,空穴移向P区，结果使N区带负电 成为光电池的负极，P区带正电成为光电池 的正极，因而两电极之间就有了电压，即 产生了光生电动势。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面并向外 发射的现象称为外光电效应，也称光电发射效应，逸出
来的电子称为光电子。根据该效应制成的光电器件有光
电管、 光电倍增管、光电摄像管等。
２. 内光电效应
在光线作用下，物体内部释放出电子，但这些电子 并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的 导电性能发生变化的现象称为内光电效应，也称光电导 效应。根据该效应制成的光电器件有光敏电阻等。
光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子—空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。
暗电流（越小越好）
主要参数：
1、暗电阻、暗电流。若将光敏电阻置于无光 照的黑暗条件下，测得光敏电阻的阻值称为暗 电阻，这时，在给定工作电压下测得光敏电阻 中的电流值称为暗电流。 2、亮电阻、亮电流。光敏电阻在光照下，测 得的光敏电阻的阻值称为亮电阻，亮电阻一般 在几千欧姆。这时在工作电压下测得的电流为 亮电流。 3、光电流。亮电流和暗电流之差称为光电阻 的光电流。