光学传感器第一节光电传感器的基本理论
《光电传感器原理》课件
探索光电传感器在哪些领
详细说明光电传感器是如
限制。
域中得到广泛应用。
何工作的。
光电传感器的设计
光电传感器的设计要点
提供设计和选择光电传感器时需要考虑的关键因素。
光电传感器的参数选择
介绍在设计光电传感器时如何选择合适的参数。
光电传感器的性能测试技术
探讨评估光电传感器性能的方法和技术。
总结
1 光电传感器的发展历 2 光电传感器的未来趋 3 光电传感器在工业自
光电元件及其特性
介绍常见的光电元件，以及 它们的特性和用途。
光电效应原理
1 光电效应的基本概念
解释光电效应的基本概念和重要性。
3 光电效应的电子解释
探讨光电效应背后的电子行为和解释。
2 光电效应的实验现象
描述光电效应在实验中观察到的现象。
4 光电效应的波粒二象性
说明光电效应揭示出的光的波粒二象性。
《光电传感器原理》PPT 课件
欢迎收看《光电传感器原理》PPT课件！本课程将介绍光电传感器的基本原理、 光电元件及其特性、应用领域以及设计要点等内容。让我们一起探索这个令 人着迷的领域吧！
概述
光电传感器的定义
介绍光电传感器是什么，以 及它们在什么情况下被应用。
光电效应原理
解释光电效应是如何产生的， 以及它的基本原理。
程
势
动化中的应用前景
回顾光电传感器的发展历 史以及取得的重要里程碑。
展望光电传感器未来的发 展方向和趋势。
探讨光电传感器在工业自 动化中的广阔应用前景。
以上是本次课程的大纲。感谢您的观看！
光电元件及其特性
光电二极管的结构与 特性
介绍光电二极管的结构、工作 原理和特性。
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
光电式传感器 光电传感器 光电传感器基础知识
课程内容
1 . 概述 2. 光电传感器的组成 3. 光电传感器的分类
2 . 光电传感器的组成
通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、 激光二极管及红外发射二极管等。接收器则由光电二极管、光电三极管、光电池等组成。 在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效 信号和应用该信号。
课程内容
1 . 概述 2. 光电传感器的组成 3. 光电传感器的分类
3. 光电传感器的分类
（1 ）按探测机理分类
光子传感器：利用某些半导体材料在入射光的照射下产生光电效应，使材料 的电学性能发生变化。按照光子传感器的工作原理，又可分为内光电传感器 和外光电传感器。
热传感器：在吸收了红外辐射后，会引起温度的变化，并伴随产生一些物理 性能的变化。这类传感器又可分为：热电堆光传感器、辐射热计传感器、热 释电传感器等。
遮光式：当光源发出的光通量经被测物遮住其中一部分光之后，使投射到光 电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路中的位置有关。
3.光栅传感器 光电式传感器 光纤传感器 固态图像传感器
3. 光电传感器的分类 （2 ）按传输方式分类 辐射式：被测物体本身就是光辐射源。被测物发射的光通量射向光电元件， 也可经一定的光路后作用到光电元件上。
吸收式：被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸 收后透射到光电元件上。
3. 光电传感器的分类 （2 ）按传输方式分类 反射式：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。
第一部分光电式传感器的基本知识教学-精选
第一节 光电式传感器的基本知识
二、常用光源及光电式传感器种类
1．常用光源
（1）自然光源 太阳光、月光等自然界存在的光线。
（2）热辐射光源 热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光 源称为热辐射光源。
（3）电致发光器件——发光二极管 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。
（6）响应时间 光敏电阻受光照后，光电流并不立刻升到最大值，而要经 历一段时间（上升时间）才能达到最大值。同样，光照停止后， 光电流也需要经过一段时间（下降时间）才能恢复到其暗电流 值，这段时间称为响应时间。
（7）温度特性 温度，暗电阻和灵敏度。
第二节 光电式传感器及其基本特性
三、光敏晶体管
1．光敏二极管 光敏二极管的 PN 结装在管壳的顶部，可以直接受到光的 照射。 当有光照射时，形成与光照度成正比的比无光时大得多的 反向电流即光电流。
第二节 光电式传感器及其基本特性
1．光电池的结构及工作原理
在 N 型衬底上渗入 P 型杂质形成 一个大面积的 PN 结，作为光照敏感面。 光子能量大于硅的禁带宽度，P 型区每 吸收一个光子就产生一对光生电子 - 空 穴对，并形成由表及里扩散的自然 趋势。PN 结内电场使扩散到 PN 结附近的电子 - 空穴对分离， 光生电子被推向 N 区，光生空穴被留在 P 区，从而使 N 区带 负电，P 区带正电，形成光生电动势。
面的一个自由电子，使电子的能量增加到 h。
当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功 A 时，自由电子就可以克服金属表面束缚而逸出， 形成电子发射。这种逸出的电子成为光电子。
1——阳极 A，2 ——阴极 K，3 ——石英玻 璃外壳，4 ——抽气管蒂，5 ——阳极引脚，6 — —阴极引脚。
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、光电测量、光电控制等领域。
它通过感受光的强度、波长等特性，将光信号转换为电信号，从而实现对光的检测和控制。
一、光电传感器的基本原理光电传感器的基本原理是光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子与物质中的电子相互作用，将光能转化为电能的现象。
光电传感器利用光电效应，将光信号转化为电信号，实现对光的检测和测量。
光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
光源发出光信号，光敏元件接收光信号并产生电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理，最终输出一个与光信号相关的电信号。
二、光电传感器的工作原理1. 光敏元件的工作原理光敏元件是光电传感器的核心部份，常见的光敏元件有光敏电阻、光敏二极管、光电二极管、光电三极管、光电晶体管等。
以光敏电阻为例，它是一种能够根据光强度变化而改变电阻值的元件。
光敏电阻的内部结构是一个光敏材料和两个电极。
当光照射到光敏电阻上时，光敏材料中的电子会被激发，电子的运动会导致电阻值的变化。
光敏电阻的电阻值与光照强度成反比，当光照强度增加时，电阻值减小；当光照强度减小时，电阻值增大。
光敏二极管和光敏三极管的工作原理类似，它们通过光照射到半导体结构上，产生光生电流或者光生电压，从而实现对光信号的检测。
2. 光电传感器的工作原理光电传感器通常包含一个光敏元件和一个信号处理电路。
光敏元件接收光信号并产生电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理，最终输出一个与光信号相关的电信号。
光电传感器的工作原理可以分为两种类型：光电开关和光电传感器。
- 光电开关：光电开关通过检测光的有无来实现对物体的检测。
当物体遮挡光电开关的光束时，光敏元件接收到的光信号减弱或者消失，信号处理电路检测到光信号的变化，输出一个开关信号，表示物体被检测到。
光电开关常用于自动控制、物体计数、物体定位等应用场景。
- 光电传感器：光电传感器通过检测光的强度、波长等特性来实现对物体的检测。
光学传感器
发射的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电 器件有光电管、光电倍增管等。
第9章 光学传感器
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量E = hν h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量 ，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量 大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电 子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光 开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s
入射到光电器件光敏面上的辐射功率所产生的响应电 压，恰好等于该器件的噪声电压值，那么这个辐射功率 称为等效噪声功率，常用NEP表示。
等效噪声功率越小，光敏器件的性能越好。 通常用NEP的倒数来作为衡量光电器件探测能力的指 标，称为探测度D。
第9章 光学传感器
4.响应时间τ
响应时间是描述光电器件对入射光辐射响应快慢的参 数,也称为时间常数。
金属
钨 W
极限频率 v /1014Hz
10.95
钙 Ca
钠 Na 钾 K 铷 Rb 铯 Cs
7.73
5.535.44.154.69逸出功 A0 / eV
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13
1.94
第9章 光学传感器
2. 内光电效应
当光照射在物体上，使物体的电导率发生变化或产生光 生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。 根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生 伏特效应两类.
120μlm
（1）光电导效应
在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自 由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光 电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
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：1. 物体检测：光电传感器可以用于检测物体的存在、位置和形状等信息。
例如，在生产线上，光电传感器可以用来检测产品的到位、缺陷等。
2. 计数和测量：光电传感器可以用于对物体进行计数和测量。
例如，在包装行业中，光电传感器可以用来计数产品数量，确保包装的准确性。
3. 位置和速度测量：光电传感器可以用于测量物体的位置和速度。
光电传感器第1节课件
电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为 光敏电阻的光电特性。 光电传感器第1节课件
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和 强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（184）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导 与辐射通量的关系。
PCI-L-2 PCI-L-3 PCI-4 PCI-5 PCI-6
PCI2TE-4 PCI2TE-6 PCI2TE-12
0.5~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12
2~12
2~12
峰值响 应
（μm） 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
0
0
0
0
t=0 t≥0 t=0
光电传感器第1节课件
t≥0
（3-8） （3-9）
• 光敏电阻电导率的变化规律为
0t
a n ht
其光电流的变化规律为
I
I0t
a
n
ht
停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为011来自/II01
1t /
光电传感器第1节课件
（3-10） （3-11）
3.2.5 噪声特性
在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为
Ip gpUUgSE (3-1)
式中Sg为光电导灵敏度，E为光 敏电阻的照度。显然，当照度很 低时，曲线近似为线性，Sg由式 （1-85）描述；随照度的增高， 线性关系变坏，当照度变得很高 时，
曲线近似为抛物线形，Sg由光电式传感（器1第-18节7课）件 描述。
光电传感器课件可编辑全文
由此可见，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Au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，我们把这种物理现象 称为光电效应。通常把光电效应分为三类：
照射阴极K时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰 击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子， D1发射出的二次电子又被D1、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次 电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加， 这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各 级的倍增率为σ ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光
的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量
大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形
成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动
能为(1／2)mυ2
根据能量守恒定律有 1 m 2 h - A
2
6-2
式中，m为电子质量；为电子逸出的初速度。
由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于
图6-1-7 光敏电阻的光电特性
图6-1-8 光敏电阻的光谱特性
1-硫化镉 2-硫化铊 3-硫化钼
3)光电特性
光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。如图6-1-7所 示，光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做检测元件，这是光敏 电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。
4)光谱特性
光电传感原理
光电传感原理1光电传感器的基本原理光电传感器是一种将光信号转换为电信号的装置，是现代自动化控制中最为常见的传感器之一。
光电传感器的基本原理是利用光电效应将光信号转换成电信号，然后通过放大、滤波等操作后输出到后续电路中。
光电传感器广泛应用于输送机、包装机、数控机床等各种自动化设备中，成为了现代工业自动化控制中不可或缺的组成部分。
2光电效应的基本原理光电效应是指在光作用下，材料中的电子吸收光的能量后跃迁到导带中的过程。
当光强度足够大时，电子将从材料表面产生，形成电荷。
这个过程中受到的光强越大，产生的电荷也就越多。
光电效应最早是由爱因斯坦在1905年提出的，通过光电效应实验，丰富了物理学的基础理论，赢得了1921年诺贝尔物理学奖。
3光电传感器的分类根据不同的工作原理和应用场合，光电传感器可以分为很多不同的类别。
比如按照工作原理可以分为光电开关、光电障碍检测器等。
按照不同的应用场合还可分为光电测距、光电编码器、光电检测等多种类型。
4光电开关的工作原理光电开关也被称为光电传感器，是一种将光信号变换为电信号实现开关量检测的装置。
光电开关工作的基本原理是，利用LED发射的光束照射在检测处，当有障碍物遮挡时，检测处没有接收到光;当没有障碍物时，检测处被光束照射并发出信号。
电路能控制输出信号的状态，从而实现物体检测。
光电开关适用于自动化生产中对薄膜、镜面、粉尘等物品的检测。
5光电测距的工作原理光电测距是一种利用光电器件测量目标物体距离的方法。
光电测距的基本原理是利用LED发射的光束照到目标物体上，再经由物体反射，光信号返回到接收端，接收端接收到反射回来的光，测量出目标物体与光电传感器的距离。
利用这种原理，光电测距传感器可以广泛应用于自动化仓储、环保、道路监控等领域。
6光电编码器的工作原理光电编码器也称为旋转编码器，它是一种能够将机械运动转化为数字信号输出的装置。
光电编码器工作的基本原理是基于光、机械原理，在传动装置上加装光电检测系统，当传动装置运动时，检测系统检测到的光线信号先转化为电信号，经过解码和放大等处理，就可以得到旋转编码器所需的数字信号。
光电传感器的基础知识及术语重点
光电传感器的基础知识及术语重点什么是光电传感器？光电传感器是一种能将光信号转换为电信号的传感器。
它由光电转换器件和信号处理电路组成，是一种测量、检测、控制和自动化等领域不可或缺的部分。
光电传感器的分类根据不同的分类标准，光电传感器可以分为多种类型。
其中，按照测量原理不同，可分为反射式、穿过式、散射式和透射式光电传感器；按照应用场景不同，可分为红外光电传感器、紫外光电传感器、激光光电传感器等。
光电传感器的工作原理光电传感器的基本工作原理是将光信号转换为电信号。
具体来说，当光电转换器件受到外界光源的照射时，光电器件内部的电荷状态会发生变化，从而产生电信号。
信号处理电路进一步处理电信号，使其达到特定的幅度、频率和波形等要求，实现对光信号的检测、测量和控制等任务。
光电传感器的术语重点反射型光电传感器反射式光电传感器是指发射和接收元件集成于一个装置内，通过反射光信号来检测目标位置和状态。
穿过型光电传感器穿过式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于两个装置内，利用物体遮挡光束来检测目标位置和状态。
散射型光电传感器散射式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于一个装置内，利用反射的散射光信号或散乱物质发射的散射光信号来检测目标位置和状态。
透射型光电传感器透射式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于两个装置内，通过光束贯穿物体来检测目标位置和状态。
红外光电传感器红外光电传感器是利用红外线来感知、测量和控制的传感器。
紫外光电传感器紫外光电传感器是利用紫外线来感知、测量和控制的传感器。
激光光电传感器激光光电传感器是利用激光来感知、测量和控制的传感器，具有高速、高精度和高稳定性等优点。
光电传感器的应用领域光电传感器广泛应用于自动化生产线、仓储物流、机器人等众多领域。
例如，可以用光电传感器来检测机器人的位置和姿态，实现机器人的定位和导航；还可以结合光电传感器来监测物品的进出、数量和位置，实现自动化仓储库存管理。
光电传感器作为光电技术的重要应用之一，具有多种不同的类型和工作原理，并且在各种各样的应用场景中发挥着越来越重要的作用。
光电传感器教学PPT课件
光电传感器
三、光电传感器的应用
2.开关亮光电传感器 （2） 码盘式角度-数字编码器
图3-53 编码盘结构 13
光电传感器
三、光电传感器的应用
2.开关亮光电传感器 （3）光电式角度—数字编码器。结构如图3-54所示。
14
图3-54
光电传感器
四、应用实例
1.冷轧钢带跑偏监测 图3-55为一种利用光电传感器进行边缘位置检测的装置。用于带钢冷轧 过程中控制带钢的移动位置纠偏。
光电传感器
一、光电测量原理
1.外光电效应 在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象称为外光电效应。 2.内光电效应 在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生改变的现象称内光电效应。 3.光生伏打效应 在光线照射下，能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏打 效应。基于光生伏打效应的器件有光电池、可见光电池等。
图3-47 5
光电传感器
二、光电元件
3.光敏电阻 光敏电阻的特点是灵敏度高、光谱响应范围宽。可从紫外一直到红外， 且体积小，性能稳定、广泛应用于测试技术。 4.光敏晶体管 光敏晶体管分光敏二极管和光敏晶体管。
6
光电传感器
二、光电元件
光敏二极管，其结构原理如图3-48。
图3-48 7
光电传感器
二、光电元件
9
光电传感器
三、光电传感器的应用
1.模拟亮光电传感器
10
图3-50
光电传感器
三、光电传感器的应用
2.开关亮光电传感器 按工作原理分，可分为脉冲盘式和码盘式两种。 （1） 脉冲盘式角度—数字编码器 脉冲盘式角度-数字编码器的结构如图3-51所示。
图3-51 11
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1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，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。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
光学传感器的原理及应用
光学传感器的原理及应用一、光学传感器的原理光学传感器是一种能够利用光学原理测量、检测和感知环境的装置。
其工作原理与光的相互作用密切相关。
光学传感器的原理主要基于光的吸收、散射、反射、折射等过程。
光学传感器的工作原理如下： 1. 光电效应：光电效应是指当光束照射到物质表面时，光束的能量被物质吸收后，导致自由电子从物质中解离出来。
光学传感器利用光电效应可以将光信号转化为电信号进行测量。
2. 光散射：光散射是指当光束与物质中的微粒相互作用时，光束的方向发生改变。
光学传感器可以通过测量散射光的方向和强度来检测物质的形态和浓度。
3. 光反射：光反射是指当光束照射到物体表面时，一部分光束会发生反射。
光学传感器可以通过测量反射光的强度和角度来判断物体的表面特性。
4. 光折射：光折射是指当光束从一种介质进入另一种介质时，光束的传播方向发生改变。
光学传感器可以利用光折射的原理来测量介质的折射率和浓度。
二、光学传感器的应用光学传感器由于其高精度、高速度、无接触等特点，在各个领域得到了广泛的应用。
以下是光学传感器的几个常见应用领域：1. 工业自动化光学传感器在工业自动化中起着重要的作用。
例如，光电开关通过检测光的存在与否来控制设备的运行。
光电编码器可以实现高速旋转物体的位置检测。
光纤传感器可以监测物体的形态和位置变化。
光学传感器的应用可以提高生产效率和产品质量。
2. 医疗设备光学传感器在医疗设备中有广泛的应用。
例如，光学血氧传感器可以测量血氧饱和度和心率，用于监测患者的生命体征。
激光扫描仪可以进行医学影像的获取和分析。
光学生物传感器可以检测生物分子的存在和浓度，用于疾病诊断和治疗。
3. 机器人技术光学传感器在机器人技术中扮演着重要的角色。
通过激光测距传感器，机器人可以精确地感知周围环境的距离和形态，从而实现避障和导航功能。
光学力传感器可以测量机器人与物体的接触力和摩擦力，用于精确控制机器人的动作。
4. 环境监测光学传感器在环境监测中有着重要的作用。
9光电式传感器12 共62页PPT资料
二、光电器件的特性参数 灵敏度K：表征光电器件输出信号能力的特征量
光电器件的输出信号电压VS与入射光功率PS之比，即 单位入射光功率作用下器件的输出信号电压：
K = V S / P S = V S / ( H A d )
光谱特性：描述光电器件的工作范围 某一种光电器件的灵敏度与入射波长的关系，称为 该光电器件的光谱特性 用不同辐射波长对某一器件的灵敏度描绘的曲线， 就是该器件的光谱特性曲线
阴极灵 敏度 (uA/lm)
40 30 40 30 60 40
阳极工 作电压
(V)
< 900 < 900 < 900 < 1000 < 1300 < 750
暗电流 (A)
< 8×10-9 < 6×10-9 < 8×10-9 < 1×10-7 < 5×10-8 < 2×10-9
环境 温度 (℃)
-40 - 40 -50 - 50 -40 - 50 -80 - 60 -40 - 40 -40 - 50
（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
加电压与阳极所产生的电流之间的关系称
为光电管的伏安特性。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
以GD-4型光电管为例，阴极是用锑铯材料
制成，对可见光范围的入射光灵敏度比较
高。适用于白光光源，被应用于各种光电
第一章：光电传感器资料
硅光敏二极管结构
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；
光敏二极管基本电路
2.光敏三极管
• 与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信 号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。
亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的 亮电阻，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。
伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
勒克斯，照度的单位，指每平方 米的流明（lm）数，lm是光通量 的单位。
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， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
温度对光谱特性影响
• 随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此， 采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
1．3．2 光电池
• 光电池在有光线作用下实质上就是电源，电 路中有了这种器件就不再需要外加电源。
• 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。
梳 状 电 极
半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。 灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定
2． 光敏电阻的特性
暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间 测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流， 称为暗电流。
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12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
真空光电管 充气光电管 光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
16
（2）光电管的光照特性 当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一 定时，光通量与光电流之间的关系。
IA/ μA
光照特性曲线的
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
斜率称为光电管
100 75
的灵敏度。
50
25
1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2. 5
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
Φ/1m
17
（二） 光电倍增管 1. 光电倍增管的结构与原理
由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成 阴极由半导体光电材料锑铯做成，次阴极 是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。 次阴极可达30级。通常为12~14级。 使用时在各个倍增电极上均加上电压，阴 极电位最低，以后依次升高，阳极最高。 相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存 在加速电场。 光学传感器第一节光电传感器的基本理
四、光敏电阻 1. 光敏电阻的结构和工作原理
电极 半导体
玻璃底板 A
E
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
I RL RG
E
如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电 压的作用下，用光照射就能改变电路中电流 的大小：
光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
29
当光照射到光电导体上时，若光电导体为本 征半导体材料，而且光辐射能量又足够强， 光导材料价带上的电子将激发到导带上去， 从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使 光导体的电导率变大。
光波是波长为10～106nm的电磁波。
可见光：380～780nm 紫外线：10～380nm 红外线：780～106nm
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
一、光电效应
外光电效应
金属表面受光照射后， 金属内或表面的电子逸 出金属表面向外发射的 现象
hv
1 2
mv02
内光电效应
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
硫化铅 硫化铊 硫化镉
/%
0 500 100入0射1光50波0 长20/0n0m2500
硫化镉的峰值在可见光区域，硫化铅的峰 值在红外区域。故选用时要把元件和光源 结合起来考虑。光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
(3) 温度特性
相对灵敏度（%）
100 80
+20 ºC
60
40
20
-20 ºC
λ/μm
K = V S / P S = V S / ( H A d )
光谱特性：描述光电器件的工作范围 某一种光电器件的灵敏度与入射波长的关系，称为 该光电器件的光谱特性 用不同辐射波长对某一器件的灵敏度描绘的曲线， 就是该器件的光谱特性曲线
等效噪声功率：描述光电器件品质 若辐射到光电器件光敏感面上的辐射功率所产生的 响应电压，恰好等于该器件的噪声电压值，那么这 个辐射功率称为噪声等效功率（NEP）（单位W）
N E P = P S / V S / V n
探测度D：衡量光电器件的探测能力 将NEP的倒数称为光电器件的探测度D
D=1/NEP
时间常数：描述光电器件对入射光响应快慢性能 在阶跃输入光功率的条件下，光电器件输出电流 is(t)上升到稳态值(i∞)的0.63倍的时间
is(t)i (1e t)
论
UOUT
K
A
RL
D1 D2 D3 D4
Iபைடு நூலகம் R1 R2 R3 R4 R5
光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
21
第
第
一
三
入
倍
倍
射
增
增
光
极
极
阳极A
阴极K
第
第
二
四
倍
倍
增
增
极
极
光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
22
（三）光电管和光电倍增管的应用
1. 光电管、光电倍增管在分光光度计中的应用
2. 光电倍增管在γ射线探测器中的应用
第九章 光学传感器
第一节 光电传感器的基本理论 第二节 光电器件的基本特性 第三节 光电管、光电倍增管及其应用
光学传感器
光电传感器是将光信号转化为电信号的器件， 它具有反应速度快、检测灵敏度高、可靠性 好、抗干扰能力强、结构简单等特点
光电传感器 辐射热探测器 光纤传感器
第一节 光电传感器
光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
31
2. 光敏电阻的基本参数
(1) 伏安特性
所加的电压越高，光电流越大，而且没有
饱和的现象。
I/ μA
250 200 150 100 50
0
10
20 30 40 50 U/V 光学传感器第一节光电传感器的基本理
论
（2）光谱特性
相 对 灵 敏 度
100 80 60 40 20
三、光电管和光电倍增管及其应用 （一）光电管 1. 结构和原理
２．主要性能
（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
加电压与阳极所产生的电流之间的关系称
为光电管的伏安特性。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
当辐射的交变信号频率f上升时，光敏器件的灵敏 度k下降，从峰值处下降到3dB时所对应的频率称 为截止频率f0，截止频率f0对应的时间即为时间常
数 =1/2f0
线性度
线性度是指光电器件的输出光电流（或电压）与 输入光功率成比例的程度和范围。
一般来说，在弱光照射时光电器件输出光电流都 能在较大范围内与输入光功率（光辐射强度）成 线性关系。强光时就趋于平方根关系
光电导效应
当光照在半导体材料上，使半导体材料的电导率发 生变化或产生光生电动势的现象
本征光电导效应 非本征光电导效应
光生伏特效应
在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
二、光电器件的特性参数 灵敏度K：表征光电器件输出信号能力的特征量
光电器件的输出信号电压VS与入射光功率PS之比， 即单位入射光功率作用下器件的输出信号电压：
光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱 特性、很长的使用寿命、高度的稳定性能、 小的体积及工艺简单，故应用广泛。
光学传感器第一节光电传感器的基本理 论
2. 光敏电阻的主要参数
（1）暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、 光电流 光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电 阻，此时流过的电流为暗电流。 在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的 电流称为亮电流。 亮电流与暗电流之差为光电流。