第八章光电传感器资料

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光电传感器概述重点课件

Hale Waihona Puke 度稳定性温度稳定性是指光电传感器在温度变化下保持其性能不变的能力。
由于光电传感器通常由半导体材料制成，因此温度变化可能会影响其性能，如灵敏度、响应速度等。
提高温度稳定性的方法包括采用温度补偿技术、选择适合特定温度范围的材料和结构等。
可靠性
可靠性是衡量光电传感器在长时间使用下保持其性能的能力的指
要点二
详细描述
光纤传感器利用光纤中光的传输特性，如相位、偏振态、强度等，来检测温度、压力、位移等物理量。光纤传感器在石油化工、航空航天、能源等领域有广泛应用，用于监测管道压力、油罐液位、矿井安全等。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外辐射进行检测的传感器，具有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
详细描述
光电开关通过发射器和接收器之间的光线传输来进行检测，当光线被阻挡或反射时，接收器会输出相应的电信号，从而实现开关控制。在自动化生产线、安全防护等领域，光电开关被广泛应用于检测物体是否存在、运动速度和方向等参数。
光电编码器
总结词
光电编码器是一种通过光电转换原理实现角度或位置测量的传感器，具有高精度、高分辨率、可靠性高等优点。
标。
高可靠性的光电传感器能够在长时间使用下保持稳定的性能，适用于需要长期稳定运行的应用场景，如工业控制、航天探测等。
提高可靠性的方法包括优化传感器设计、采用高质量的材料和制造工艺、进行充分的测试和验证
等。
04 光电传感器的应用实例
光电开关
总结词
光电开关是一种利用光电效应进行检测的开关器件，具有非接触、响应速度快、可靠性高等优点。
光电耦合器

光电传感器感简介

粉色接红色FGS模式；粉色接蓝色为BGS 模式
安装
三、自动线用的光电传感器—Omron E3ZLS61
安装时要让光电开关的检测面和检测物体成平等线（不能倾斜于检测物体）。但是，在检测有光泽物体时（有光泽的表面），如右图一样，将光电开关倾斜5～10°后安装。这时，要确认对背景物体无影响。
二、光电传感器分类及工作原理—对射型
检测方式：对向设置投光器与受光器。如果检测物体进入投光器和受光器之间遮蔽了光线，进入受光器的光量将减少。掌握这种减少后便可进行检测。
投
受
光
光
部
部
二、光电传感器分类及工作原理—回归反射型
检测方式：投受光器一体，投光部发出的光线射到相对设置的反射板上，反射回到受光部。如果检测物体遮蔽光线，进入受光部的光量将减少。掌握这种减少后，便可进行检测。
光电传感器感简介
光电传感器介绍
一、光电传感器概述二、光电传感器分类及工作原理三、自动线用的光电传感器—Omron E3ZLS61
一、光电传感器概述
•「光电传感器」是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。 •光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。 •光电传感器主要分为对射型、回归反射型、扩散反射型、限定反射型、距离设定型等。
受光光強
检测距离
二、光电传感器分类及工作原理—距离设定型
检测方式受光元件使用2个光电二极管(接近外壳的一侧)称为N(Near)侧，而另一端称为F(Far)侧。检测物体反射的投光光束射到受光元件上，检测物体距离不同射到受光元件上的位置也不同，通过检测此不同来确定检测物体的距离。 1.检测物体存在于已设定距离的位置上的情况下，反射光将在N侧和F侧的中间点成像，两侧的二极管将受到同等的光量； 2.相对于设定距离，检测物体存在于靠近传感器的位置的情况下，反射光将在N侧成像，N侧受光量大； 3.相对于设定距离，检测物体存在于较远的位置的情况下，反射光将在F侧成像，F侧受光量大。传感器可通过计算N侧与F侧的受光量差来判断检测物体的位置。

传感器之光电传感器解读

输出电流
输
暗电流
出
灵
敏
度
温度特性
频率特性
四、光电池
（一）工作原理光生伏特效应。
光线照射
电路符号
发电
（二）基本特性
1.光谱特性：一定照度下,光波波长与光电池灵敏度的关系。
受光范围窄
硒光电池
硅光电池
受光范围宽
（紫外---紫----红----红外）
2.光电特性: 光照度与输出电动势、输出电流之间的关系。 3.温度特性指开路电压、短路电流与温度变化的关系。 4.频率特性: 指输入的调制光频率与输出电流的关系。硅光电池的频率特性较好，频率上限约几万Hz。
光照
电路符号
（二）特性参数
1.暗电阻与亮电阻暗电阻-----在室温且全暗条件下测得的稳定电阻。例如 MG41-42型光敏电阻的暗阻大于等于 0.1兆欧。暗电阻-----在室温且一定光照条件下测得的稳定电阻。例如MG41-42型光敏电阻的亮阻小于等于1000欧。
光敏电阻接在电路上，亮电流（大）与暗电流（小）之差被称为光电流。
增大
U0 ? 2I? RF
二、光电检测实例
（一）WDS型光电比色高温计：通过辐射体在两个不同波长上的辐射能量之比，测定辐射体的温度。非接触式，可测量高温。
变送器
反射镜目镜
人工棱镜
记录仪
辐射体
光阑分光镜
物镜
光导棒
瞄准反射镜
观不可见光测
可见光
比例计算
（二）光电比色计用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
空箱检测及推出处理
被长距传送的金属板检测
第三节光导纤维传感器

第八章-光电传感器输出信号的采集

None 是
三、数据采集卡
声卡
声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是经过DSP音效芯片的处理，进行模拟音频信号与数字信号的转换，因此，声卡也可以作为一块数据采集卡来使用。
三、数据采集卡
声卡的技术参数
声卡的技术参数主要有两个：采样位数（分辨率）和采样率。
采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度，这个数值越大，解析度就越高，录制和播放声音的效果就越真实。声卡位数反映了对信号描述的准确程度。目前声卡的主流产品位数都是16位，而一般数据采集卡大多只是12位。
量程：输入信号的幅度，常用有±5V、±10V、0~5V、
0~10V，要求输入信号在量程内进行。
增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，
通过数据采集卡的电压放大芯片将AD转换后的数据进行固定倍数的放大。由两种型号PGA202(1、10、100、1000)和 PGA203(1、2、4、8)的增益芯片。
一、光电传感器信号的二值化处理
微型计算机所能识别的数字是“0”或“1”，即低或高电平。 “0”或“1” 在光电信号中它既可以代表信号的有与无，又可以代表光信号的强弱到一定程度，还可以检测运动物体是否运动到某一特定的位置。将光电信号转换成“0” 或“1”数字量的过程称为光电信号的二值化处理。
光电信号的二值化处理分为单元光电信号的二值化处理与序列光电信号的二值化处理。
二、DAQ设备
需要以多快的速度采集或生成信号？
对于DAQ设备来说，最重要的参数指标之一就是采样率，即 DAQ设备的ADC采样速率。典型的采样率（无论硬件定时或软件定时）可达2MS/S。在决定设备的采样率时，需要考虑所需采集或生产信号的最高频率成分。
Nyquist定理指出，只要将采样率设定为信号中所感兴趣的最高频率分量的2倍，就可以准确地重建信号。然而，在实践中至少应以最高频率分量的10倍作为采样频率才能正确地表示原信号。选择一个采样率至少是信号最高频率分量 10倍的DAQ设备，就可以确保能够精确地测量或者生成信号。

第八章光电传感器

暗电流随温度升高而增加。原因：热激发
上午2时56分在一定温度范围内，温度的变化对光电流的影响较小。
（5）频率特性：
光敏管的频率响应是指具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流（或负载上的电压）随频率的变化关系。由曲线可知，减小负载电阻RL，可以提高响应频率，负载不变，频率提高，输出降低。应根据频率选择最佳负载。
第八章：光电式传感器
上午2时56分
§8－1基本工作原理
光电式传感器基本原理：
被测量
光量变化
电量
光电式传感器基本元件：
核心
光电元件
光源
光学元件（1）开关型
光电式传感器基本类型：
（光电转速表，光电继电器等）
（2）光通量变化型（光电位移计，光电式测振计等）
上午2时56分
（3）图像型
（CCD）
外光电效应——在光线的作用下，物体内的电子
光敏电阻的光电流有惯性。上升时间t1 下降时间t2=时间常数
上午2时56分
频率响应较好
频率响应较差
光敏电阻主要参数和基本特性（续）
（6）温度特性
1, 暗电阻 (暗电流 ) 2, 光电流灵敏度温度↑ 3, 光谱特性曲线 → （峰值）向短波方向移动
上午2时56分
一，电荷耦合摄象器件 CCD
（Charge Coupled Device）
（一）基本组成部分
原理
一个完整的CCD器件由光敏元阵列、读出移位寄存器、其它辅助输入输出电路组成。
上午2时56分
1，MOS光敏元
组成结构：图8-20 势阱→光生电子 →电荷色→象素（MOS）光敏元阵→光生电荷图象（与光照强度对应）

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

9
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。
24
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，

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。

《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

光电传感器光电光电传感器利用光线，以非接触的方式检测物的油污及状态的变化。

1.光的性质（1）直射：在空气或水中传播时，常为直线直射。

（2）反射：镜子或玻璃常像海或湖的表面，光线闪烁不定，称为光的正反射；白纸则会向所有的方向反射，称为漫反射。

（3）折射：光经过不同的折射率界面，产生不同的传播方向，称为折射。

2.光源（1）光的反射形态（2）光的颜色和种类按检测方式分类一、对射式1.检测方式投光器和受光器需对向设置，从投光器投射，由受光器接收。

检测物一旦遮光，受光器的受光量便产生变化，由变化量进行检测。

2.特征（1）动作稳定度高、检测距离长（数厘米至数十米）。

（2）即使检测物体通过路径改变，检测位置也不受影响。

（3）很少受检测物体的光泽、颜色、倾斜度影响。

3.动作确认（1）动作模式切换输出的输出方式正确。

D:Dark ON ( 遮光时 ON )L:Light ON ( 入光时 ON )（2）指示灯的确认橘：动作指示灯绿：稳定指示灯（3）灵敏度旋钮用来调整灵敏度。

二、反射式1.检测方式投、受光器一体，从投头部投出的光，经过对向装置的反射板，反射回受光部。

检测物一旦遮光，受光器的受光量会产生变化，由变化量进行检测。

2.特征（1）检测距离：数厘米至数米。

（2）配线、光轴调整容易（省时工）。

（3）很少受检测物体的颜色、倾斜度影响。

（4）检测物体由于让光通过2次，所以较适合半透明的检测。

（5）检测物体的表面若为镜面，则表面反射光的受光量，会导致如无检测物的状态，无法进行检测。

此时，采用具有MSR功能的光电开关来防止。

3.MSR（Mirror Surface Rejection）功能（1）原理：反射式光电开关利用内藏于本体的偏光滤器和回归反射板的特性，仅接受来自回归反射板的反射光。

. 通过投光侧偏光器的光变为横向光。

. 投射至回归反射板的三角锥的光，从横方向变为纵方向. 其反射通过受光侧的偏光滤光器到达受光素子。

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传感器之光电传感器解读

第八章-光电传感器输出信号的采集

第八章光电传感器

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《传感器与检测技术》第八章光电式传感器

光电传感器

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