第10章光电传感器-2.
传感器原理及其应用-第10章-红外传感器重点
第10章 红外传感器
10.2 红外传感器
红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传 感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的 性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择合适的、性能良 好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。
按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两
维恩公式比普朗克公式简单，但仅适用于不超过3000 K的温 度范围，辐射波长在0.4～0.75m 之间。当温度超过3000 K时， 与实验结果就有较大偏差。
从维恩公式可以看出，黑体的辐射本领是波长和温度的函数， 当波长一定时，黑体的辐射本领就仅仅是温度的函数，这就是 单色辐射式测温和比色测温的理论依据。
武汉理工大学机电工程学院
第10章 红外传感器
近年来，红外技术在军事领域和民用工程上，都得到了广泛 应用。军事领域的应用主要包括： (1) 侦查、搜索和预警； (2) 探测和跟踪； (3) 全天候前视和夜视； (4) 武器瞄准； (5) 红外制导导弹； (6) 红外成像相机； (7) 水下探潜、探雷技术。
10.2.1 红外光子传感器
红外光子传感器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下， 产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性 质的变化，就可以确定红外辐射的强弱。
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第10章 红外传感器
按照红外光子传感器的工作原理，一般分为外光电效应和内 光电效应传感器两种。内光电效应传感器又分为光电导传感器、 光生伏特(简称光伏)传感器和光磁电传感器3种。 (1) 大部分外光电传感器只对可见光有响应。可用于红外辐射 的光电阴极很少。S-1(Ag-O-Cs)是一种。它的峰值响应波长 是0.8 m，光谱响应扩展到1.2 m。目前外光电效应探测器只用 于可见光和近红外波长范围。
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PPT
图像传感器广泛应用于摄像机、数码相机、安防监控等领域，能够捕捉和记录图 像信息，为人们提供视觉感知和数据记录的功能。
04
光电传感器的挑战与未来发 展
提高灵敏度和精度
01
灵敏度和精度是光电传感器的重 要性能指标，提高这两个指标有 助于提高传感器对目标物体的检 测能力和测量精度。
02
可以通过优化光电传感器的结构 设计、改进制造工艺、采用高性 能材料等方法来提高其灵敏度和 精度。
05 结论
光电传感器的重要性和发展前景
光电传感器在自动化生产、智能家居、 环境监测等领域具有广泛的应用，能够 实现非接触、高精度、快速响应的测量 和检测，对提高生产效率和产品质量具
有重要意义。
随着科技的不断进步，光电传感器技术 也在不断发展，未来将会有更多的新型 光电传感器出现，如红外传感器、光纤 传感器等，其应用领域也将不断拓展。
详细描述
光电开关通过将光信号转换为电信号 ，实现物体的位置、速度、距离等参 数的检测和控制。广泛应用于自动化 生产线、机器人、安防系统等领域。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外线进 行检测的传感器，具有非接触、 高精度和快速响应的特点。
详细描述
红外传感器能够检测物体的温度 、辐射能量等参数，常用于温度 测量、热成像、气体分析等领域 。
光纤传感器
总结词
光纤传感器是一种利用光纤传输光信号进行检测的传感器，具有抗电磁干扰、 耐腐蚀、高灵敏度的特点。
详细描述
光纤传感器能够检测物体的位移、压力、温度、折射率等参数，广泛应用于石 油化工、航空航天、医疗等领域。
图像传感器
总结词
图像传感器是一种能够将光学图像转换为数字信号的传感器，具有高分辨率、低 噪声、动态范围广的特点。
光电传感器-PPT
⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
光电传感器通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。 发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。
接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
常用光电传感器介绍课件
PART 03
常用光电传感器介绍
光电倍增管
总结词
光电倍增管是一种高灵敏度的光电转换 器件，能够将微弱的光信号转换为电信 号，常用于夜视、光谱分析等领域。
VS
详细描述
光电倍增管由光电阴极、倍增极和阳极组 成，能够将入射光子转化为电子，并通过 多级倍增极放大电子数量，最终输出电信 号。由于其高灵敏度和低噪声等特点，光 电倍增管在许多高精度和高灵敏度的光电 器件中得到广泛应用。
详细描述
小型化光电传感器具有体积小、重量轻、易于携带等优 点，适用于空间受限的应用场景，如消费电子产品、无 人机等。集成化光电传感器则将光电转换器件与信号处 理电路集成在一起，实现更高效的光电转换和信号处理 功能，有助于提高系统性能和降低成本。
多功能化、智能化
总结词
光电传感器正朝着多功能化和智能化的方向发展，能 够实现多种光信号的检测和处理，并具备自适应、自 校准等智能功能。
硅光电池
总结词
硅光电池是一种将光能转换为电能的传感器， 具有高效率、低成本、稳定性好等优点，广 泛应用于太阳能光伏发电和各种光检测器中。
详细描述
硅光电池利用硅半导体材料的光电效应，当 入射光照射到硅光电池上时，光子被吸收并 释放出电子-空穴对，形成光生电流。由于 硅光电池的转换效率高、性能稳定可靠，因 此被广泛应用于太阳能光伏发电和各种光检 测器中。
对被测物体有要求
光电传感器的测量效果受到被测物体表面性质的影响，对于某 些特殊表面（如镜面、半透明等）的物体，测量效果可能不佳。
PART 05
光电传感器的发展趋势
高精度、高灵敏度
要点一
总结词
随着科技的不断进步，光电传感器在精度和灵敏度方面取 得了显著提升，能够更准确地检测和响应各种光信号变化。
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换为电信号的器件，广泛应用于光电检测、光电测量、光电控制等领域。
它可以感知光的强弱、颜色、位置等信息，并将这些信息转化为电信号，供后续的处理和控制使用。
在本文中，我们将详细介绍光电传感器的工作原理及其应用。
一、光电传感器的分类光电传感器根据其工作原理和应用领域的不同，可以分为以下几类：1. 光电开关：光电开关是一种通过光信号来控制开关状态的传感器。
它通常由光源、接收器和信号处理电路组成。
当光源发出的光被物体遮挡时，接收器接收到的光信号强度会发生变化，从而触发信号处理电路，实现开关的状态转换。
光电开关广泛应用于自动控制系统、物体检测等领域。
2. 光电传感器阵列：光电传感器阵列是由多个光电传感器组成的一种传感器。
它可以同时感知多个位置的光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器阵列通常用于图象传感、光电测量等领域。
3. 光电编码器：光电编码器是一种能够将物体位置信息转换为电信号的传感器。
它通常由光源、光栅和接收器组成。
当物体经过光栅时，光信号会发生变化，接收器会将这些变化转换为电信号，从而实现对物体位置的测量。
光电编码器广泛应用于机械控制系统、位置测量等领域。
二、光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理基于光电效应和光电转换原理。
光电效应是指当光束照射到某些物质表面时，会使其产生电子的现象。
光电转换原理是指将光信号转换为电信号的过程。
光电传感器通常由光源、光电二极管（或者光敏电阻）、信号处理电路和输出电路等组成。
1. 光源：光源是光电传感器中产生光信号的部份。
常见的光源包括发光二极管（LED）和激光二极管（LD）等。
光源发出的光束经过透镜或者反射镜聚焦后，照射到被测物体上。
2. 光电二极管（或者光敏电阻）：光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
当光束照射到光电二极管上时，光电二极管内部的光敏材料会吸收光能，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对会在电场的作用下分离，形成电流。
10光电式传感器习题与解答
第10章光电式传感器一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、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称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅B.PN结C. 光电二极管D.MOS电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。
A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
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
光电式传感器的原理与应用课件PPT
➢ (3) 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。基于光生伏特效应原理的器件属于半 导体光电元件,有光电池等。
➢ (4) 热释电现象：热电材料受红外光等照射时，若其 表面温度上升或下降,则该表面产生电荷的现象。
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5
10.1 光电效应及光电器件
➢10.1.1 光电管 ➢10.1.2 光电倍增管 ➢10.1.3 光敏电阻 ➢10.1.4 光敏二极管 ➢10.1.5 光敏晶体管 ➢10.1.6 光电池 ➢10.1.7 光电传感器的应用
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6
10.1.1 光电管
(a)反射式光电阴极光电管 (b)透射式光电阴极光电管
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硫化铅的光谱温度特性
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10.1.4光敏二极管
光敏二极管的工作原理也是基于内光电效 应，与光敏电阻的差别仅在于光线照射在 半导体PN结上,PN结参与了光电转换过程。
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(a)结构示意图和图形符号 (b)基本电路
光敏二极管
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10.1.5光敏晶体管
光敏晶体管通常指 光敏三极管，光敏 三极管有两个PN 结，因而可以获得 电流增益，它比光 敏二极管具有更高 的灵敏度。
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(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。
10光电式传感器习题及解答
第10章光电式传感器一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、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称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅B.PN结C. 光电二极管D.MOS电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。
A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
光电传感器PPT课件
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光电倍增管的类型
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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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。
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光电池的外形
22
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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。
两种，它们都是根据光电导效应工作的。与
光敏电阻器相比，光敏晶体管具有灵敏度高、 高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便 等优。
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1、光敏二极管
将光敏二极管的PN 结设 置在透明管壳顶部的正下方， 光照射到光敏二极管的PN结 时，电子-空穴对数量增加， 光电流与照度成正比。
光敏二极管把光信号转换 为电信号。
2、内光电效应
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光照射在半导体材料时，激发出光生电子—空穴对，
从而使半导体材料产生分为两种
1）光电导效应——光照射使材料的电阻率变化的现
象。
根据该效应工作的器件有光敏电阻和光敏二极管与三
极管。
2）光生伏特效应——光照引起半导体PN结两端产生
电动势的现象。
5
根据该效应工作的光电器件有光电池。
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PN结相关知识
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导 体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗） 基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
光电式传感器习题及解答
一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、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称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅结C. 光电二极管电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。
A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
光电传感器PPT
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。
详细描述
目前，科研人员正致力于研究新型光电传感器材料，如石墨烯、过渡金属硫化物等，这些材料具有优异的光电性 能和化学稳定性，有望在光电传感器领域发挥重要作用。
实现光电传感器的智能化和网络化
总结词
随着物联网和人工智能技术的快速发展，实现光电传感器的智能化和网络化已成为必然 趋势。
详细描述
通过集成微处理器、通信模块和人工智能算法，光电传感器可以实现自适应调整、远程 控制和实时数据分析等功能，从而更好地适应复杂多变的应用环境。同时，通过将光电 传感器接入物联网，可以实现大规模的远程监控和数据共享，为工业自动化、智慧城市
激光雷达
利用光电传感器中的激光雷达技术， 可以测量物体的距离和速度，广泛应 用于自动驾驶和机器人领域。
光电传感器在环保领域的应用
水质监测
光电传感器可以检测水中的溶解氧、浊度、 PH值等参数，对水质进行实时监测。
紫外线检测
光电传感器中的紫外线传感器能够检测紫 外线的强度，常用于防晒霜效果评估和环
境监测等领域。
提高光电传感器的可靠性和稳定性
材料改进
通过改进光电传感器的材料，提高其耐久性和稳定性， 降低故障率。
工艺优化
优化光电传感器的制造工艺，提高其生产效率和产品 质量。
可靠性测试
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• 2热释电型红外传感器 • 1) 热释电效应 • 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等 而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极 化现象称为热释电效应。 • 若使某些强介电质物质的表面温度发生变化，随着 温度的上升或下降，在这些物质表面上就会产生电 荷的变化，这种现象称为热释电效应，是热电效应 的一种。 • 这种现象在钛酸钡之类的强介电质物质材料上表 现得特别显著。 • 热释电效应产生的电荷不是永存的，很快便被空 气中的各种离子所结合。
• 用红外线作为检测媒介，来测量某些非电量 ，比可见光作为媒介的检测方法要好。其优 越性表现在： • (1) 红外线（指中、远红外线）不受周围可见 光的影响，故可在昼夜进行测量。 • (2) 由于待测对象发射出红外线，故不必设光 源。 • (3) 大气对某些特定波长范围的红外线吸收甚 少（2~2.6μm ,3~5μm ,8~14μm三个波段称为 “大气窗口”）,故适用于遥感技术。
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• 2 ) 热释电红外线光敏元件的材料 • 热释电红外线光敏元件的材料较多，其中以陶瓷 氧化物及压电晶体用得最多。 • 3 )热释电红外传感器 • 结构及电路如图所示。传感器的敏感元件是PZT （钛锆酸铅 ），在上下两面做上电极，并在表面上 加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。 • 等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电 流发生器，其输出阻抗极高，输出电压信号又极其 微弱，管内有场效应管FET放大器及厚膜电阻，以达 到阻抗变换的目的。
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• 人体检测热释电型红外传感器
• 检测原理： • 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会 发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红 外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红 外线而进行工作的。人体发射的10um左右的 红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外 感应源上。红外感应源通常采用热释电元件 ，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生 变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷， 后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
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• 这种遥控码具有以下特征： • 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms 、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示 二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔 1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制 的“1”，其波形如图2所示。
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红外接收头
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红外避障传感器
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红外遥控系统
• 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分 组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进 行控制操作，如图1所示。发射部分包括键 盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收 部分包括光、电转换放大器、解调、解码 电路。
传感器与检测技术
第10章 红外传感器
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1 概述 • 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不 停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐 射能量的大小及其按波长的分布 —— 与它的表面温 度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐 射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温 度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 • 例如：人体、火焰、冰等物体都会放射出红外线， 只是其发射的红外线的波长不同而已。 • 人体的温度为36~37οC，所放射的红外线波长为 9~10μm（属于远红外线区）。 • 加热到400~700οC的物体，其放射出的红外线波长为 3~5μm（属于中红外线区）。 • 红外线传感器可以检测到这些物体发射出的红外线 ，用于测量、成象或控制。 山东交通学院-传感器与检测技术课程
• 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷 、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器 内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制 由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐 射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装 设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各 分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配 合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行 动。
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• 红外自动干手器 • 如图所示。反相器F1、F2、晶体管VT1及红外发射 二极管VL1等组成红外光脉冲信号发射电路。 • 红外光敏二极管VD2及后续电路组成红外光脉冲 的接收、放大、整形、滤波及开关电路。 • 当将手放在干手器的下方10～15cm时，由VL1发 射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管VD2接 收，电路输出使VT4导通。 • 继电器KM得电工作，触点KM1闭合接通电热风机 ，热风吹向手部。
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• 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生 一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探 测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外 线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使 接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强 其能量幅度。 • 人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波 长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶 端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光 的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测 ，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成 了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 • 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦 ，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不 同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 • 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应 距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严 密。
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遥控发射器及其编码
• 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式 可以分成两大类，这里我们以运用比较广 泛，解码比较容易的一类来加以说明，现 以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例 说明编码原理。当发射器按键按下后，即 有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也 不同。
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信号处理 电信号
延时电路
继电器KM 交流 电源
红外光发射
红外光
红外光接收
红外光 手
热风机
热风
图 红外自动干手器电路原理框图 山东交通学院-传感器与检测技术课程
2003年全国大学生 电子设计竞赛 简易智能电动车
1m 1m 2m 0.3m 0.2m 50c m
5cm
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灭火模块
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灭火机器人
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火焰传感器
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• 火焰传感器 • flame transducer 火焰是由各种燃烧生成物 、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物 质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热 辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的 固体辐射。 不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布 有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的1 ～2μm近红外波长域具有最大的辐射强度。 例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长分布 示于图。
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内接线
氧化膜
PZT元件
铝件
空洞 FET 接脚
图 热释电红外传感器基本结构 山东交通学院-传感器与检测技术课程
• 热释电型红外传感器
• 热释电红外传感器(简称PIR) (Pyroelectric Infrared Radial Sensor )是80年 代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人 体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压 信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火 报警、自动览测等。
红外测障模块
U7C 4 R21 3K9 5 74HC14 6 R23 502 R7 1K VCC
C22
22pF
2200pF
R13 100Ω Q2
R20 3K9 C15 100uF
9012 J8
1 2 3
IRMOLD
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• 被动式热释电红外探头的优缺点 • 优点： 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉 。 • 抗干扰性能： • 1、防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上 地小动物，一般不产生报警。 • 2、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求， 一般手机电磁干扰不会引起误报。 • 3、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻 璃照射，不产生报警。 • 热释电红外传感器的安装要求 • 热释电红外传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大 的关系.。正确的安装应满足下列条件： • 1、热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。 • 2、热释电红外传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 • 3、热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离 物。 • 4、热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动 会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装 在有强气流活动的地方。
下层为红外对管
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