光电传感器设计共61页

光电开关传感器-课程设计[1]

天津工业大学

传感器及测试技术课程设计

2010 年11 月24 日

摘要

本文介绍了光电传感器中光电开关的工作原理及性能,说明了光电开关在现代生活中的重要地位,显示了光电技术在日常生活生产中推广应用的巨大潜力。从分析光电传感器的原理出发，着重对它在生产生活等领域进行分析。通过传感器外形结构图和应用电路图，了解光电传开关的工作原理、结构、使用方法以及主要事项。介绍了该传感器的特点、应用领域、开始与未来的发展以及成像特点。

关键词：光电开关光电传感器

摘要 ............................................................................................................................................. II 第一章光电开关介绍. (1)

1.1 光电开关的介绍 (1)

1.2 光电开关的分类 (1)

1.2.1 按检测方式分 (1)

1.2.2 按结构分类 (3)

1.3 光点开关的应用图例 (3)

1.4 光电开关专用名词的解释 (5)

1.5 光电开关的特点 (6)

第二章光电开关的原理 (8)

2.1 光电效应 (8)

2.2 光电开关中的主要光电元件 (8)

2.2.1 光敏电阻 (8)

2.2.2 光敏二极管 (8)

2.2.3 光敏三极管 (9)

2.3 光电开关的基本原理 (9)

2.4 光电接近开关 (10)

2.5 光电开关与光电耦合器的区别 (11)

第三章光电开关在实际生活中的应用 (13)

怎样设计一个光电传感器电路

怎样设计一个光电传感器电路光电传感器电路的设计是一项关键而复杂的任务，它涉及到电子工

程和光学原理的应用。一个优秀的光电传感器电路设计能够提供准确、稳定和可靠的光电信号，为后续的数据处理和分析提供可靠的基础。

本文将介绍如何设计一个光电传感器电路，从选择元器件到电路连接

的具体步骤和注意事项。

一、光电传感器选取

光电传感器的选择是光电传感器电路设计的第一步。根据应用需求

和环境条件选择合适的光电传感器，主要包括光敏电阻、光电二极管

和光电三极管等。不同的光电传感器在灵敏度、响应速度和工作频率

等方面存在差异，需要根据具体应用需求进行选择。

二、电路设计原理

光电传感器电路主要由光电传感器、信号放大器和滤波器等组成。

光电传感器将光信号转换为电信号，信号放大器将微弱的光电信号放大，并通过滤波器滤除杂散信号，最后输出符合要求的信号。

三、电路连接

1. 将光电传感器正确连接到电路中，根据光电传感器的引脚布局确

定连接方式，确保正极和负极正确连接。

2. 连接信号放大器和滤波器，根据电路设计原理选择适当的放大器

和滤波器，并将其正确连接到电路中。

3. 如果需要对信号进行进一步处理，如AD转换等，根据需求选择

合适的模块，连接至电路中。

四、电路调试

电路连接完成后，需要进行调试以确保光电传感器电路的正常工作。具体调试步骤如下：

1. 提供光源以产生光信号，可以使用光源模块或者自然光源。

2. 测量光电传感器输出的电压信号，可以使用示波器或者多用表进

行测量。

3. 调节信号放大器和滤波器的参数，以获得所需的信号放大倍数和

频率特性。

光电传感器电路

光电传感器电路设计

1、设计要求

利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。

图1 光电对管实物图

2、电路设计

电路原理图如图2所示。

图2 光电传感器电路原理图

电路由四部分组成。

光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。

3、电路测试

测试电路如图3所示。

由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。

图3 测试电路

测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。

(a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形

(c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形

图4 测试波形

4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm）

PCB图如图5所示。其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。

图5 光电传感器电路PCB图

5、完成实物图

实物图如图6所示。

(a)未焊接的PCB板

(b)焊接好的PCB板

(c)板子的外加塑料壳

图6 实物图

6、小结

在本次电路设计中，主要的难点有两个。

一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。

二是PCB板的绘制。本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件

光电传感器的设计与测试

光电传感器是一种利用光电效应进行信号传输的元件，广泛应用于工业、医疗、航空、军事等领域。其设计与测试需要考虑多种因素，下面将对其进行介绍。

一、光电传感器的种类与原理

光电传感器根据原理可以分为接触式和非接触式两种。接触式光电传感器通常采用光电二极管或光电三极管等元件，其特点是灵敏度高、响应速度快、精度高，但需要与被测物理接触。非接触式光电传感器则通常采用光电效应或激光干涉等原理，其特点是不需要与被测物理接触，但精度相对较低。

二、光电传感器的设计要点

1. 光源的选择：光源的选择决定了光电传感器的响应速度和灵敏度。常用的光源有激光、LED、石英灯等，需要根据实际应用需求选择。

2. 光电元件的选择：光电元件是光电传感器的核心部件，需要根据应用环境和被测物理性质选择合适的光电元件。常用的光电元件有光电二极管、光电三极管、光电电容等。

3. 灵敏度的调节：灵敏度的调节决定了光电传感器的信号输出强度。常用的灵敏度调节方法有调节光源强度、调节放大器增益等。

4. 补偿电路的设计：补偿电路的设计能够消除光源、电缆等因素对光电传感器信号的影响，并提高信号的稳定性和可靠性。

5. 信号处理电路的设计：信号处理电路的设计能够对光电传感器输出的信号进行过滤、放大、去噪等处理，提高信号质量和可靠性。

三、光电传感器的测试方法

1. 基本测试方法：可通过测量光电传感器的输出电压、电流、光强等基本参数来评估其性能。常用的测试仪器有万用表、示波器等。

2. 精度测试方法：精度测试需要通过标准器件或参考物理量来进行比较和校准。例如，用光电传感器测量标准光源的强度，通过比较测量值和标准值之间的差异来评估光电传感器的精度。

(完整word版)光电传感器电路

光电传感器电路设计

1、设计要求

利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。

图1 光电对管实物图

2、电路设计

电路原理图如图2所示。

图2 光电传感器电路原理图

电路由四部分组成。

光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。

3、电路测试

测试电路如图3所示。

由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。

图3 测试电路

测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。

(a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形

(c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形

图4 测试波形

4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm）

PCB图如图5所示。其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。

图5 光电传感器电路PCB图

5、完成实物图

实物图如图6所示。

(a)未焊接的PCB板

(b)焊接好的PCB板

(c)板子的外加塑料壳

图6 实物图

6、小结

在本次电路设计中，主要的难点有两个。

一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。

二是PCB板的绘制。本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件

如何设计一个简单的光电传感器电路

如何设计一个简单的光电传感器电路设计一个简单的光电传感器电路可以实现对光的检测和测量。光电传感器电路由光电二极管和相关元件组成，能够将光信号转换为电信号。接下来将介绍一个简单的光电传感器电路设计。

1. 光电二极管

光电二极管是光电传感器电路的核心部件。光电二极管的作用是将光信号转换为电信号。一般常用的光电二极管有PIN型光电二极管和PN型光电二极管。在这个简单的电路设计中，我们选择使用PN型光电二极管。

2. 光敏电阻

光敏电阻也是光电传感器电路中重要的元件之一。光敏电阻的电阻值会随着光照的强弱而发生改变。在设计中，我们将光敏电阻与光电二极管串联连接，通过测量电阻值的变化来间接测量光的强弱。

3. 运算放大器

为了使光电信号能够被电路检测到并输出，需要使用运算放大器来放大信号。运算放大器是一种具有高增益和低失真的放大器，能够增强电路的灵敏度和稳定性。

4. 电源与滤波电路

为了确保电路正常工作，需要为电路供电，并通过滤波电路去除杂散信号和噪声。一般选用5V的直流电源，并通过低通滤波器滤除高频噪声。

5. 输出装置

为了能够直观地观察到光电传感器的输出结果，可以选择添加一个LED或蜂鸣器等输出装置。通过输出装置的亮灭或声音来反映光强的变化。

在设计光电传感器电路时，需要注意以下几点：

1. 光敏元件的选择：根据实际需求选择合适的光敏元件，如光敏电阻、光电二极管等。

2. 电源电压的选择：根据电路元件的工作电压范围选择合适的电源电压。

3. 输出信号的处理：可以根据实际需求使用运算放大器、比较器等对输出信号进行处理和判断。

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。

光电式传感器-PPT课件

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，所以应用广泛。此外许多光敏电阻对红外线敏感，适宜于红外线光谱区工作。光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐，并且由于光照特性的非线性，不适宜于测量要求线性的场合，常用作开关式光电信号的传感元件。
第8章光电式传感器
第8章光电式传感器
光敏电阻的结构很简单，图8-2（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。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。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图8-1（b）所示。图8 - 2（c）为光敏电阻的接线图。
第8章光电式传感器图 8 –10 NPN型光敏晶体管结构简图和基本电路
第8章光电式传感器
图8-11 (a) 结构简化模型； (b) 基本电路
第8章光电式传感器
2.
(1) 光谱特性光敏管的光谱特性是指在一定照度时，输出的光电流（或用相对灵敏度表示）与入射光波长的关系。硅和锗光敏二（晶体）极管的光谱特性曲线如图8-12所示。从曲线可以看出，硅的峰值波长约为0.9μm，锗的峰值波长约为1.5μm，此时灵敏度最大，而当入射光的波长增长或缩短时，相对灵敏度都会下降。一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外光的探测，用锗管较为适宜。

光电传感器的设计与性能测试

光电传感器的设计与性能测试随着科技的不断发展，现代工业已经逐渐进入了数字化、高精度、自动化和智能化的时代。而在诸多高科技的领域中，光电传

感器作为传感领域的重要组成部分，具有非常重要的应用价值。

在各种自动化工业中，光电传感器都扮演着重要的角色，可以用

于检测距离、位置、速度、颜色、形状等物理参数，获取所需信息，并以此来实现各种自动化控制。因此，有一套完整的光电传

感器的设计与性能测试机制是非常有必要的。

1、光电传感器设计的基本原理

光电传感器其实就是一个检测器件，它能够把光信号转化成电

信号。光电传感器的原理就是利用光电效应，将光子转变为电子，而后再利用电荷转移技术从传感器中取出电子。例如，LED和激

光二极管都是发光二极管，可以通过将电能转化为光能，向光电

传感器中输入光源信号。

2、光电传感器的设计流程

在设计光电传感器时，首先需要清晰地了解自己的设计目的，

明确需要检测的物理参数，并且根据需要选择合适的光电组件。

然后，设计电路板并进行电路仿真，通过自己的实验室实现光电

器件的选用。

3、光电传感器的性能测试方法

在设计好光电传感器后，还需要进行性能测试。测试方式分为

两种，一种是静态测试，另一种是动态测试。静态测试是通过优

化器件参数和优化运算电路参数逐渐调整产生的。而动态测试是

对传感器的功能进行的仿真过程，验证传感器的性能和控制能力。

4、光电传感器的测试工具

在进行性能测试时，需要使用各种测试工具，其中包括一些小

型化测试仪器，例如数字电压表、测试板及示波器等等。同时，

在测试中还需要一些耐高压、阻燃，对温度、湿度、气氛等要求

基于光电传感器的转速测量系统设计

课程设计说明书

题目基于光电传感器的转速测量系统设计课程名称电力电子技术课程设计

院（系、部、中心）

专业电气工程及其自动化

班级

学生姓名

学号240102224

设计时间2013. 6.3 ~ 6.14

设计地点工程实践中心8—315

指导教师

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

班级电气101 起止日期13.6.3~6.14

指导教师许大宇

(1)给出设计说明书一份；

(2)有条件的情况下尽量给出必要的实验数据；

(3)在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。

4．主要参考文献

1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009

2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001

3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000 5．课程设计进度安排

13年6月4日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月5日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月6日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月7日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月8日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年6月9日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年6月10日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年6月11日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年6月12日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年6月14日设计答辩。

光电传感器测量系统的设计

检测技术与应用课程设计报告

系别自动化工程系

班级

姓名

学号

指导教师

xx年1月

光电传感器测量系统的设计

一、设计目的

1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用考前须知。掌握光电效应的概念。

2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。

3、掌握数字光照度计的使用方法。

4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。

5、掌握正确调试电路的方法。

6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。

7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性，

二、设计任务及要求

1. 测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。

2. 根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。

计算机、LabVIEW虚拟仪器软件和DRLAB快速可重组综合实验台为必选设备；

传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依据、其他元件可根据自己需求自行选择；

尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。

3. 论述基本原理，并画出相关电路图。

论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；

电路图参考教材电路自己设计。

4. 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。

在调试电路时注意各元件的性能参数指标，防止损坏。

光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相同，不同的环境下所得到的结果差异较大，但对结果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差异本结果仅作为参考。

光电传感器PPT

易于实现自动化控制
光电传感器输出的信号可以直接接入自动化控制系统，方便实现自动化控制和数据采集。
光电传感器的缺点
对环境光敏感易受光学污染影响
成本较高需要稳定的光源
光电传感器对环境光照度较为敏感，光照度的变化可能会影响其正常工作。
如果光电传感器的镜头受到污染或被遮挡，可能会影响其正常工作。
等领域的发展提供有力支持。
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。
透射式光电传感器
通过测量光束穿过物体后的强度变化来检测物体的存在和运动。
光纤式光电传感器
利用光纤传输光信号，将光信号的传输和检测集成在一起，具有较高的灵
敏度和抗干扰能力。
反射式光电传感器
通过测量光束照射到物体表面后的反射强度变化来检测物体的位置和距离。
图像传感器
通过将物体成像在感光元件上，实现物体的检测和识别，常用于机器视觉和图像处理领域。
相对于一些其他传感器，光电传感器的制造成本较高，可能会增加整个系统的成本。

光电传感器PPT课件

溶液对单色光的吸收规律
单色光通过溶液时遵从朗伯特—比尔（LambertBeer）定律：
I=I0e-kCL
式中，I为透射光强度；I0为入射光强度；C为溶液的浓度； L为溶液的厚度；k为消光系数或叫吸收系数。上式表明当I0、k 和L不变时，浓度C越大，则光被吸收的越多， I越小，因此通过测量入射光强度就可以求出溶液的浓度C。
光
SiO2
光
P
N
－
+
I PN
RL (a) 光电池的结构图
(b) 光电池的工作原理示意图
光电池的示意图
一，光电管 1，结构与工作原理
光电管由在真空玻璃管中密封的一个阴极和一个阳极构成，阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有感光材料，不同材料的光谱特性不同，常用的有银、钙、锑等。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。
光电管:
阴极K
真空管
阳极A 光
IP
K
RL
Uo
光电管
A
E
（a）
（b）
光电管结构示意图（a），光电管工作电路（b）
分光光度计是根据比尔定律，测定物质对某一区域不同波长光吸收的大小，进而测出物质在溶液中的浓度和得到其光谱特性。常用于核酸，蛋白定量以及细菌生长浓度的定量，在生化分析中是必不可少的仪器。
光电器件的应用

《光电传感器》PPT课件

光电池的材料及制造工艺使用环境条件上一页下一页4242光电池光电池外形外形光敏面4343能提供较大电流能提供较大电流的大面积光电池的大面积光电池外形外形4444光电池在动力方面的应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能硅光电池板4545光电池在动力方面的应用续光电池在动力方面的应用续太阳能发电4646光电池在动力方面的应用续光电池在动力方面的应用续光电池在人造卫星上的应用光电式传感器的应用光电式传感器的应用脉冲式传感器上一页下一页基于光电器件的光电流随光通量而发生变化是光通量的函数
编辑ppt
1
第7章光电传感器
7.1 光电传感器引入以数码相机为例
编辑ppt
2
7.2 光电效应和光电器件
外光电效应: 在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。如光电管、光电倍增管
内光电效应: 在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。
阻挡层光电效应(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。如光电池、光敏晶体管等
61
5. 光电电源
光电池组:若干型号相同的光电池，经串、并联。有光照时光电池组发电，为负载供电，并对蓄电池充电。无光照时，蓄电池向负载供电。二极管的作用:防止无光照时，蓄电池通过光电池组放电. 光电池是航天工业的重要电源，也可作为航标灯、高速公
路警示灯等野外无人值守设备的电源。

槽型对射光电传感器程序设计流程

槽型对射光电传感器程序设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!

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