第一章-光电传感技术基础
传感器应用全章基本知识点
第一章检测与传感技术基础检测系统由传感器、测量电路、显示记录装置组成。
根据测量手段分：直接测量、间接测量、组合测量测量方式：偏差式测量（指针式万用表）、零位式测量（天平）、微差式测量（电子称）。
测量系统由被测对象、传感器、变送器、传输通道、信号处理环节、显示装置测量误差的表示方法：绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差测量误差的性质：随机误差、系统误差、粗大误差传感器的组成：敏感元件、转换元件、信号调理转换开关传感器的静态特性：灵敏度（大）、迟滞（小）、线性度（小）、重复性（小）、精度（大）、漂移（小）灵敏度：输出量Y与引起输出增量Y的相应输入量增量X之比线性度：输出与输入之间数量关系的线性程度（拟合直线）迟滞：传感器在输入量由小到大级输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象第二章应变式传感器金属电阻应变片由基片、敏感栅（核心，有丝式和箔式）、覆盖层、引线组成。
康铜是广泛应用材料（热电偶也用）。
电阻应变片的温度补偿方法：线路补偿（电桥补偿）和自补偿（不容易实现）。
为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。
第三章电容式传感器电容式传感器可分为变极距型、变面积型、变介电常数型。
电容式传感器测量电路：调频电路（电容转频率通过鉴频器转电压）、运算放大器（电容转电压）、二极管双T型交流电桥（电容转电压）、环形二极管充放电、脉冲宽度调制电路（电容转电压）第四章电感式传感器变磁阻式传感器（自感型）可分为变气隙型电感式传感器（常用）和变面积型电感式传感器。
为了提高灵敏度采用差动式电感传感器。
电涡流传感器分为高频反射式和低频透射式，测量电路有调频式和调幅式第五章压电式传感器压电材料有压电晶体、压电陶瓷、有机压电材料居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度。
X轴电轴纵向y轴机械轴横向产生压电效应z轴光轴不产生。
原始的压电陶瓷不具有压电性质，必须要有外加电场和压力（极化方向）的共同作用。
目前常用锆钛酸铅PZT。
光电传感技术与智能控制
光电传感技术与智能控制第一章光电传感技术光电传感技术是一种将光信号转换成电信号的技术。
它的应用领域涉及到医疗、零售、工业、农业等多个领域。
在智能控制方面，光电传感技术可以实现智能家居、智能工厂、智慧城市等领域的控制。
1.1 光电传感器光电传感器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的传感器。
它可以检测物体的位置、移动、颜色等信息。
在智能控制方面，光电传感器可以实现对机器人的控制、自动驾驶的控制等。
例如，自动驾驶汽车需要利用激光雷达等传感器获取周围环境信息，从而进行自主导航。
1.2 光电传感器的应用光电传感器的应用非常广泛。
例如，在医疗领域中，胰岛素泵需要利用光电传感器来检测血糖水平，从而实现胰岛素的自动注射。
在零售领域中，光电传感器可以用来检测商品的重量、价格等信息。
在农业领域中，光电传感器可以用来检测土壤的湿度、温度等信息，从而对植物进行智能化的灌溉。
第二章智能控制智能控制是一种自动化控制技术，它利用人工智能和大数据等技术来实现智能化的控制。
智能控制可以应用于智能家居、智能工厂、智慧城市等领域。
2.1 智能家居智能家居是利用智能控制技术对家居环境进行智能化控制的一种应用。
通过智能家居系统，可以实现智能灯光控制、智能窗帘控制、智能温度控制等功能。
如何实现智能家居的控制呢？首先需要安装多个传感器，例如温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，用来获取环境信息。
用户可以通过智能终端控制设备，命令传输到智能家居控制中心，控制中心再将命令传输到各个智能设备，实现智能化控制。
2.2 智能工厂智能工厂是一种利用智能控制技术对工厂生产流程进行智能化控制的一种应用。
通过智能工厂系统，可以实现自动设备控制、自动物流控制、自动检测等功能。
在智能工厂中，需要使用大量传感器来监测不同的环节，例如温度、湿度、压力等。
同时，需要使用人工智能技术来处理大量生产流程中的信息，控制各种设备的运转、配合。
通过智能工厂系统，生产效率可以得到显著提升。
第一章 传感器与检测技术基础思考题答案
第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。
此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。
在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值。
然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值。
调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。
正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值ΔU，即可由毫伏表指示出来。
光电传感与检测技术--绪论
编辑ppt
第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器?
光电传感与检测技 术
编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
Fe编r辑rpapt ri330
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
车胎压力监测 编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
编辑ppt
第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器
光电传感与检测技 术
编辑ppt
第1章 绪 论 1.1 课程内涵
光电传感与检测技 术
光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术, 它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波 处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算 机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。
• 如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机 构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。
• 传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。
外
感官
大脑
肌体
界
信
息
传感器
计算机
执行机构
编辑ppt
第1章 绪 论 1.3.1什么是传感器
光电传感与检测技 术
➢ 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称 为传感器。
外光电传感器: 光电管、光电倍增管、 像增强器…
热传感器
热释电传感器、 热电堆光传感器、 辐射热计传感器…
编辑ppt
第1章 绪 论
光电传感与检测技 术
(2)按照光电传感器输出信号的性质分类:
★光纤传感器、
★光栅传感器、
★光电式传感器、
★模拟光学传感器、
光电传感技术讲义
基于光电效应原理工作的光电传感器，在检测和控制中 应用非常广泛。
本章主要介绍光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏晶 体管等典型光电器件的光谱响应、频率响应、时间响应等 主要参数与基本特性，特别介绍了光电位置传感器PSD。
电磁波谱
辐射的定义
“辐射”的本质是原子中电子的能级跃迁.低 能级电子受某种外界能量激发,可跃迁至高能 级,当处于非稳态的受激电子落入较低能级时, 就会以“辐射”的形式向外传播能量.
光电发射包括3个基本阶段: ①电子吸收光子以后产生激发,即得到能量;
②得到能量的电子(受激电子)从发射体内向真 空界面运动(电子传输);
③这种受激电子越过表面势垒向真空逸出.
光电探测传感器件
利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的 器件称为光电探测传感器件，有时也称光电探测 传感器件。
根据对辐射的作用方式不同（或说工作机理的 不同），光电探测传感器件（光电探测传感器件） 可分为 光子探测传感器件 热电探测传感器件
器的输出上升到稳定值或下降
到照射前的值所需时间称为响
间图
应时间。
上
当用一个辐射脉冲照射光电
升 时
传感器，如果这个脉冲的上升
间
和下降时间很短（如方波），
和 下
则光电传感器的输出由于器件
降 时
的惰性而有延迟，把从10%上
升到90%峰值处所需的时间称
为传感器的上升时间(如右图)，
而把从90%下降到10%处所 需的时间称为下降时间.
发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而 线性地增大,而与入射光的光强无关.光电子发射的能量 关系符合爱因斯坦公式:
3.光电发射的红限
在入射光频谱范围内,光阴极存在着临界波长.当光波 长等于临界波长时,光电子刚刚能从阴极逸出.这个波长 通常称为光电发射的”红限”,或称为光电发射的阈波长 (光电阴极的长波阈λ0)
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。
光电传感技术在航空航天中的应用
光电传感技术在航空航天中的应用第一章：光电传感技术概述随着科技的迅猛发展，光电传感技术越来越广泛的应用于航空航天领域。
光电传感技术指的是将光电传感器与计算机技术相结合，感知、获取目标信息并进行处理的一种技术。
与传统的机电传感技术相比，光电传感技术具有更高的精度、更好的稳定性和更低的体积，是航空航天领域中不可或缺的技术手段。
第二章：光电传感器的种类及其应用光电传感器是光电传感技术的核心设备，主要包括光电开关、光电编码器、光电传感器等几种类型。
其中，光电开关广泛应用于机械手臂、自动化生产线、物联网等领域，可以用于检测、测量和定位等功能；光电编码器主要应用于机器人控制系统、CNC 机床、印刷机械等领域，可以用于角度测量和位置控制；光电传感器主要应用于医疗设备、汽车制造、飞机制造等领域，可以用于测量、检测等功能。
第三章：光电传感技术在飞行控制系统中的应用光电传感技术在飞行控制系统中的应用主要体现在惯性测量单元（IMU）和光电陀螺仪两个方面。
目前，光电陀螺仪已经被普遍应用于飞行控制系统中，可以实现高精度的飞行数据测量。
而IMU则是现代化飞行器中非常重要的组成部分，可以通过对飞行器的姿态、速度等数据进行精准测量来提高飞行控制的稳定性和精度。
第四章：光电传感技术在航空航天研究中的应用光电传感技术在航空航天研究中的应用也非常广泛。
例如，光电测速设备可以用于测量飞机的飞行速度和轨迹；光电成像技术可以用于制作高清晰度的星图或者行星地图；光学雷达则可以用于构建三维地图，适用于在行星探索中。
第五章：光电传感技术在卫星通讯中的应用光电传感技术在卫星通讯中的应用主要体现在两个方面：一个是卫星上的光电传感器系统，另一个是地面站的光电传感器系统。
卫星上的光电传感器系统可以用于卫星制导、导航和定位，地面站上的光电传感器系统则可以用于接收和解码卫星信号。
第六章：光电传感技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，光电传感技术在航空航天领域的应用前景将非常广阔。
第1章 光电技术基础下
电阻率大于1012Ω·cm
电阻率为10-3—1012Ω·cm
半导体的独特性能
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其应用 极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：
光敏性——半导体受光照后，其导电能力 大大增强；
热敏性——受温度的影响，半导体导电能 力变化很大； 掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质， 其导电能力极大地增强；
n N e , (1 e
) 载流子的平均寿命。
q dg d e, 2 hl
与电极间距 平方成反比
τ=1/Kf(ni+pi)称为
达到动态平衡状态时， n0 N e, μ为电子 光激发载流子引起半导体电导率的变化 n0 q 迁移率
bd qbd 本征半导 g N e , 体光电导 l l
+4
+4
空穴 硼
+3
硅
+4
受主能级的存在使较高能量的电子 直接跳上它而不跳向导带，所以平 均电子的能量降低，费米能级降低。
3. N型半导体
在纯净的硅晶体中掺入五价元 素（如磷或锑），使之取代晶 格中硅原子的位置，就形成了 N（Negative）型半导体。五 个价电子，其中四个与相邻的 半导体原子形成共价键，必定 多出一个电子，它很容易被激 发而成为自由电子，该原子就 成了不能移动的带正电的离子。 每个五价原子给出一个电子， 称为施主原子。这种半导体又 称为“电子型半导体”。 因施主能级的存在可使较多电子高 跳上导带，在高能态的电子就多， 所以费米能级升高。 磷
导通压降 硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
U
反向饱和电流
反向特性
P
–
+N
死区电压
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
传感器技术及其应用复习基础知识
第1章 传感器基础知识1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的 装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
第二章:传感器特性 何谓传感器的静态特性，传感器的主要静态特性有哪些? 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。
主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
(1) 线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
(2) 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。
其定义为输出量的增量Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。
它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏.(3) 迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。
《光电传感技术》课件
2 应用情况
光电传感技术得到了广泛 应用，并且应用领域不断 扩展与深入。
3 展望和期望
随着技术的进一步发展， 我们期待光电传感技术能 够更好地服务于人类和社 会。
2 应用领域
工业自动化、智能交通、医疗卫生、军事安全、环境监测、新能源等领域都有光电传感 技术的应用。
光电传感器分类与特点
分类
• 光电开关 • 光电编码器 • 光纤传感器 • 光电传感器组合
特点
• 高精度、高灵敏度 • 反应速度快 • 非接触式检测 • 可适应不同光谱范围
应用
• 位置、速度、加速度等 物理参量的检测
光电传感器的工作原理
光电传感器是一种将光信号转换成电信号 的器件，包括光源与接收器，通过量子效 应实现对待检物体位置、形态、表面特征、 颜色等特征的感应和检测。
光电传感技术的应用案例
制造业
医疗健康
自动化流水线生产、机器人操作、 工业检测等。
光疗、医学成像、血糖检测等。
智能家居
照明控制、安防检测、人脸识别 等。
《光电传感技术》PPT课 件
光电传感技术是一种利用光电器件将光、电能相互转换并实现信号变换的技 术。本课程将为您全面介绍光电传感技术的应用和原理。
什么是光电传感技术？
1 定义
光电传感技术是利用光电器件实现物理量（如位置、角度、压力等）的非接触式、自动 化感应与检测，以及相应信息的采集、处理和输出的技术。
未来展望
未来发展趋势
小型化、高精度化、多功能化、多模式化、网 络化和智能化的方向发展。
未来的应用前景
在5G、物联网等新兴技术的推进下，光电传感 技术将在工业、智能交通、医疗卫生、智能家 居领域发挥更加重要的作用。
光电传感技术在能源管理中的应用
光电传感技术在能源管理中的应用随着工业化的快速发展以及世界人口的不断增长，能源问题一直是人们关注的焦点。
如何高效地利用能源，实现降低碳排放，促进经济可持续发展，成为当今社会面临的重要问题。
光电传感技术作为一种新兴的技术手段，在能源管理中的应用备受关注。
一、光电传感技术的基础概念光电传感技术是指利用光电子器件对环境的特征进行探测、感知和分析的一种技术。
通俗地讲，就是通过光学和电学的相互作用，将能量转化为电信号进行传输和处理，达到监测、识别、控制目标的目的。
光电传感技术有着很强的抗干扰能力、高分辨率、低功耗的特点，广泛应用于工业、医疗、生活等领域。
在能源管理中，光电传感技术可用于实现对能源的自动化控制，提高能源的利用效率和可靠性。
二、光电传感技术在能源管理中的应用1. 光电传感技术在太阳能电池中的应用太阳能作为一种清洁可再生能源，近年来得到了广泛的关注和应用。
太阳能电池将光能转化为电能，是太阳能利用的核心技术之一。
光电传感技术的高分辨率和低功耗是太阳能电池制造过程中的重要技术保障。
通过光电传感技术的应用，可以实现对太阳能电池的精准定位、精细控制和高效利用，提高太阳能电池的转化效率和稳定性。
2. 光电传感技术在节能灯中的应用节能灯作为一种新型的照明设备，比传统的白炽灯节能90%以上，更加环保和节能。
光电传感技术的应用可以实现对节能灯的自动化控制，实现人体存在时点亮，人体离开时自动关闭的目的。
通过采用光电传感技术，可以充分利用光线明暗的变化来实现灯光的智能控制，并将适应性、高效性和稳定性相结合，提高节能灯在生活中的应用价值。
3. 光电传感技术在风力发电中的应用风力发电是现代风能利用技术的重要组成部分。
在风力发电系统中，风车叶片的转动状态直接决定了发电的效果和稳定性。
光电传感技术的高灵敏度和高分辨率可以实现对风车叶片的实时监测和控制，提高整个风力发电系统的工作质量。
通过光电传感技术的应用，可以实现对风力发电系统的远程监控和维护，提高风力发电的安全性和效益性。
光电传感技术
（3） 频率特性 光敏管的频率特性是指在同样的电压和同 样幅值的光强度下，当入射光强度以不同的正弦交变频率调
制时，光敏管输出的光电流（或相对灵敏度）随调制频率变
化的关系。光敏二极管的频率特性是半导体光电器件中最好 的一种，普通光敏二极管频率响应时间达10μs。因此特别适 合快速变化的光信号探测。
• 当给pn结加反向偏置电压时（p负n正），有 很小反向电流流过pn结；该电流为无光照时 的pn结电流，称为暗电流
（2） 光伏效应
在零偏压，光照下
• • •
hc 光照p区（p区极薄），当光波长 c Eg 激发光生电子——空穴对 光生电子向p区体内扩散，p区极薄小于电子扩 散长度， 内建电场将光生电子扫向n区，空穴留在p区， 此时，pn结两端有电压，称为开路电压uoc。 当将p区n区用导线短接，电流表读数不为零； 此电流称为短路电流isc。
电效应器件，即使不加初始阳极电压，也会有光电流产生，为
优异的光电发射材料应满足： （1）对光的吸收系数大，以便体内有较多的电子受到激 发； （2）受激电子最好是发生在表面附近，这样向表面运动 过程中损失的能量少； （3）材料的逸出功要小，使到达真空界面的电子能够比 较容易地逸出； （4）另外，作为光电阴极，其材料还要有一定的电导率， 以便能够通过外电源来补充因光电发射所失去的电子。
2、光敏三极管的主要特性：
（1）光谱特性
光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射 光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量 太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短 时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面 附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到 达PN结，因而使相对灵敏度下降。
光电传感原理(标准版)ppt资料
光电发射效应
光敏物质吸收光子后，电子从基态被激发到高能态而脱离 原子核的束缚，从而在外电场作用下参与导电，即发生内 光电效应。
如果被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场作用 下形成光电子流，这就是外光电效应或称光电发射效应。
在光电器件中，光电管、光电倍增管等光电器件，都是基 于外光电效应理论的。
由光的粒子说可知，光是以光速运动着的粒子（光子） 流，一种频率的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能 量为
hv
式中 h-普郎克常数，h＝6.626×10－34J•s
可见，光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大。
对于光的计量有两种描述方法：一种是测量其客观物理实质 的辐射度学量，另一种是测量其对人眼生理作用的光度学量。
光电传感原理
光电传感技术
2.1 电磁波谱 2.2 辐射源特性及其度量 2.3 光电效应 2.4 光电探测传感器件
电磁波谱
图2-1 电磁波谱
光的特性
光是电磁波谱中的一员，不同波长光的分布如图4-2所示，这些光的频 率（波长）各不相同，但都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等 性质。
hv
lm/m2（lx）
光度学量单位
光电效应
光电效应是指因光照而引起物体电学特性改变的现象。电学特性变化 是指光照射物体时，物体发射电子、电导率发生变化或产生光电动势 等。
光电效应大致可归纳为两大类：
外光电效应——物质受到光照后向外发射电子的现象，这种效应 多发生于金属和金属氧化物；
内光电效应——物质受到光照后所产生的光电子只在物质内部运 动，而不会逸出物质外部的现象，这种效应多发生于半导体内。 内光电效应又可以分为光电导效应和光生伏特效应。
光生伏特效应是指，光照使不均匀半导体或均匀半导体中光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象，是把光能变为电能的一种效
光电式传感器-电子技术实践基础
大多数光敏晶体管的基极无引出线， 当集电极加上相对于发射极为正的电压而 不接基极时，集电结就是反向偏压，当光 照射在集电结时，在结附近产生电子—空 穴对，会有大量的电子流向集电极，形成 输出电流，且集电极电流为光电流的β倍， 所以光敏晶体管有放大作用。
梳状电极 光电导 透光窗口
A
A
外壳
玻璃支柱 绝缘基体 引脚
梳状电极
2020/7/14
光电导
15
光电器件 三、光敏电阻
2、主要参数和基本特性
（1）暗电阻、暗电流、亮电阻、 亮电流、光电流
暗电阻：光敏电阻在未受到光照时 的阻值，此时流过的电流为暗电流。
亮电阻：在受到光照时的电阻，此 时的电流称为亮电流。
根据工作原理：内光电效应型和外光电效应型。
2020/7/14
1
光的特性与光源
一、光的特性
光波：波长10~106nm电磁波。 可见光波长：380~780nm； 紫外线波长：10~380nm； 红外线波长：780~106nm。 光具有反射、折射、散射、衍 射、干涉和吸收等性质。
光的粒子性：光是以光速运动 着的粒子（光子）流，一束频率为 的光由能量相同的光子所组成，每
27
光电器件
五、光电池
光电池是利用光生伏特效应把光 能直接转变成电能的光电器件。
光电池可把太阳能直接转变为电 能，因此又称为太阳能电池。
光电池有较大面积的PN结，当光 照射在PN结上时，在结的两端出现电 动势。故光电池是有源元件。
光电池有硒光电池、砷化镓光电 池、硅光电池、硫化铊光电池、硫化 镉光电池等。
如核仪器中闪烁探测器多使用 光电倍增管做光电转换元件。
传感技术(1)
模型是略去无用和次要因素，对所关心的具 体问题的内在实质的抽象反映。
研究数学模型的目的和意义
理论指导实践，例如 y=kx 线性模型 可以获得传感器的全面信息 在传感器的设计时不盲目
14
电动式动态力测力传感器
F-被测动态力
F’
F
v-速度
v
E-感生电动势
I
I-感生电流
E
Fˊ-安培力
传感器依据其工作原理命名
按被测量分类
位移、速度、温度、压力、 气体成分、浓度等等
传感器依据被测量命名
半导体传感器、光纤传感器、
按使用的敏感材料分类复 器合 、材 陶料 瓷传 传感 感器器、、金高属分传子感材
传感器依据使用的材料命名
料传感器等
按能量关系分类
能量转换型传感器 能量控制型传感器
能量转换型直接将被测量转换为输出量的能量能 量控制型由外部提供能量，而由被测量控制输出 量能量
高新技术领域 现代生产技术领域 基础科学领域
传感器与其它学科的关系
先导学科 “伴生”关系
2
二、传感器的定义
传感器在国内外的一些叫法
Transducer, Sensor, Transduction Element, 国外 Converter, Gauge, Transponder, Transmitter,
按构成原理分类
结构型传感器 物性型传感器
结构型通过敏感元件结构参数变化实现信息转换； 物性型通过敏感元件材料物理性质的变化实现信 息转换
按输出信号分类
数字式传感器 模拟式传感器
输出为数字量 输出为模拟量
10
五、对传感器的一般性要求
可靠性 精度（动、静） 抗干扰 通用性 外形小 成本低 能耗小
- 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)。
余弦辐射体的辐射出射度
Me
de dA
Le0
例：常见的几种显示器
为了反映显示屏的特性，用上述哪个参数描述 合适？为什么？
为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力， 最适合的辐射度量是 （ ）
A 辐射照度
B 辐射强度
C 辐射出度
D 辐射亮度
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
6.辐效率和光效率
辐射通量 e e＝dQe/dt
W 光通量 v
v=Iv d
lm
辐射出射度 Me Me=de/dS W/m2 光出射度 Mv Mv=dv/dS lm/m2
辐射强度 Ie Ie=de/d
W/sr 发光强度 Iv
Iv=dv/d
cd
辐射亮度 Le Le=dIe/(dScos) W/m2·sr (光)亮度 Lv Lv=dIv/(dScos) cd/m2
单选题 1分
点光源在给定方向的立体角dΩ内发射的辐射通量 称为
A 辐射出射度 B 辐射亮度 C 辐射强度 D 辐射能
提交
单选题 1分 可见光的波长范围为：
A 380nm——760nm B 350nm——780nm C 380nm——780nm D 300nm——800nm
提交
多选题 1分
将辐射量转换为光度量可通过（ ）
照度计使用线性好的硒(Se)光电 池或硅(Si）光电池;光电池前加一 块余弦角度补偿器(乳白玻璃或白 色塑料)。
二、与接收器有关的辐射度参数和光度参数
本身不辐射的反射体接收辐射后，吸收一部分，反 射一部分。若把反射体当做辐射体，则光谱辐出度 Mer（λ）（r 代表反射）与辐射体接收的光谱辐照 度Ee（λ）的关系为
5.辐亮度和光亮度
光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强
度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面
积。
Le
dI e
dA cos
d 2Φe
ddA cos
dS
S
单位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2）。
d d
面辐射源沿不同方向的辐射能力的差异
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
有些辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角 无关，称为余弦辐射体或朗伯体
光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计 量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度， 其基本单位是坎德拉（cd）。光度学只适用于可见光 波段。
常用辐度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
对应的光度量
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
物理量名 称
符号
定义或定义式
单位
辐射能 Qe
J
光量 Qv
Qv=v dt lm·s
M er e ()Ee ()
式中，ρe（λ）为辐射度光谱反射比，是波长的函 数。
二、与接收器有关的辐射度参数和光度参数
地面照度
满月在天顶时大约是0.2lx
白天光约104lx
星光大约10-3lx
黄昏约10lx
二、与接收器有关的辐射度参数和光度参数
2.曝辐量和曝光量
照射到物体表面某一面元的辐照度Ee在时间t内 的积分称为辐照量He，即
1861年基尔霍夫提出并引入到热力学中
一、黑体辐射定律
2.普朗克辐射定律
黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射度
Me,s,λ（角标“s”表示黑体）由普朗克公式表示为
M e,s,
2πc 2 h
hc
5 (e kT 1)
式中，k为波尔兹曼常数；h为普朗克常数；T 为绝对温度；c为真空中的光速。
一、黑体辐射定律
单位：瓦特每平方米（W/m2）
Ee
dΦe dA
不要把辐照度Ee与辐出度Me混淆起来。辐照度是从 物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从 面光源表面发射辐射的角度来定义的。
二、与接收器有关的辐射度参数和光度参数
1.辐射照度和光照度
照度计（或称勒克斯计）是一种专门测量光度、亮度 的仪器仪表。物体表面所得到的光通量与被照面积之 比。照度与人们的生活有着密切的关系。不适或较差 的照明条件是造成事故和疲劳的主要原因之一。
光源的相对光谱辐射量
X e, X e,r
X e, max
相对光谱辐射量Xe,λr与波长λ的关系称为光源相
对光谱辐射分布。
三、光谱辐射分布与量子流速率
2 量子流速率
光源在给定波长λ处, 由λ到λ+Δ λ波长范围内发射
的辐射通量dΦe除以该波长λ的光子能量hv，得到光 源在该波长λ处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为 明视觉光谱光视效率
V
K Km
1 Km
v e
暗视觉光谱光视效率
V
K Km
1 Km
v e
光谱光视效能和光谱光视效率
1.0
0.8
V'
V
0.6
光视 效 率
0.4
0.2
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
例：
已知某He-Ne激光器的输出功率为3mW， 试计算其发出的光通量为多少lm？
辐射照度 Ee Ee=de/dA W/m2 (光)照度 Ev Ev=dv/dA Lx
三、光谱辐射分布与量子流速率
1.光源的光谱辐射分布参量
光源发射的辐射能在辐射光谱范围内是按波长 分布的。光源在单位波长范围内发射的辐射量称为
辐射量的光谱密度Xe,λ，简称为光谱辐射量，即
X e,
dxe
d
式中，通用符号Xe,λ是波长的函数，代表所有的光 谱辐射量。
射、传播或接收的功率。
单位时间内流过的辐射能量。
单位：瓦特 W
e
dQe dt
v
dQv dt
单位：流明lm
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
3.辐强度和发光强度
点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内 的辐射通量。
单位：瓦特·球面度-1（W·sr-1）
Ie
dΦe d
S d
de
点光源在有限立体角Ω内 发射的辐通量
e Ied
各向同性点源发射的总 辐通量
4
e 0 Ied 4 Ie
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
立体角
球面度 （steradian， 符号∶sr）是立体 角的国际单位。立 体角为所对应的球 面表面积除以r2。 球表面积为4πr2， 因此整个球有4π个 球面度，即Ω=S/r2。
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
§1 光电传感技术基础
光电传感技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以 电磁波方式传播的粒子。
光的本质是物质，它具有粒子性，又称为光量子或光子。光
子具有动量与能量，并分别表示为p与E。
p h
c
式中h为普朗克常数（6.626×10-34J·s）；v为光的振动频率 (s-1)；c为光在真空中的传播速度（3×108m·s-1）。
1.1光辐射的度量
一种是物理的（客观）度量方法，与之相对应的为 辐射度量参数，它适用于整个电磁辐射谱区域，对辐 射量进行物理计量。
另一种是从人眼生理（主观）上对辐射量进行计量， 以辐射对大脑的刺激程度进行辐射计量，称之为光度 量参数。只适用于380nm～780nm的可见光谱区。
物理量符号标角标“e，emission”表示辐射度 物理量，角标“v，visible”表示光度物理量。
明视觉光谱光视效能
K
v e
单位：流明/瓦特（lm/W）
在波长555nm处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
光谱光视效能和光谱光视效率
暗视觉光谱光视效能
K
v e
在波长507nm处，K'有最大值，其数值为 K'm=1725lm/W。
标准钨丝灯的光视效能为17.1 lm/W
光谱光视效能和光谱光视效率
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
1.辐射能和光能
辐射能是以辐射形式发射或传输的能量。 当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它形 式的能量，如热能、电能等。
单位：焦耳J Qe h
Qe h 单位：lm˙s
一、与光源有关的辐射度参数和光度参数
2.辐射通量和光通量
辐射通量e又称为辐射功率，是指以辐射形式发
流速率dNe,λ，即
dNe,
dΦe hv
Φe,d
hv
光源在波长λ为0→∞范围内发射的总量子流速率
Ne
Φe,d Φe, max
0 hv
hc
0
Φe,r
d
三、光谱辐射分布与量子流速率
2 量子流速率
对可见光区域，光源每秒发射的总光子数
Nv
0.7 Φ 8 e, d
0.38 hc
量子流速率Ne或Nv的计量单位为辐射元的光子
光源所发射的总辐射通量Φe与外界提
供给光源的功率P之比称为光源的辐(射)效
率ηe；
v
Φv P
e
Φe P
100 0 0
辐效率ηe无量纲，发光效率ηv的计量单位是 流明每瓦[lm·W-1]。
二、与接收器有关的辐射度参数和光度参数
1.辐射照度和光照度
在辐射接收面上的辐照度定义为照射在面元 dA上的辐射通量与该面元的面积之比。
t
He 0 Eedt
物体表面某一面元接收的光照度Ev在时间t内 的积分称为曝光量Hv即
t
Hv 0 Evdt
辐射度单位和光度单位两套不同的体系。
辐射度单位体系中，辐通量（又称为辐射功率）或 者辐射能是基本量，是只与辐射客体有关的量。其基 本单位是瓦特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于 整个电磁波段。