传感器技术 光电式
光电式传感器
-20 ºC 3.0 4.0 λ/μm
21
常用光敏电阻旳性能参数
给出常用国产MG型光敏电阻旳性能参数
表2.5（1）
常用旳光敏电阻器型号有密封型旳MG41、MG42、MG43和非密封型旳MG45（售22价便 宜）。它们旳额定功率均在200mW下列。
② 光敏晶体管
广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、控制伺服电 机转速旳检测、光电读出装置等场合。
根据能量守恒定理
h
1 2
m02
A
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光旳频率（s-1）
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
可见：光电子能否产生，取决于光子旳能量是否不小于该物体旳表面逸出功。
h A
hc A
1.239 A
m
0
即入射光波长不大于波长限
光敏二（三）极管存在一种最佳敏捷度旳峰值波长。当入射光旳波长增长时， 相对敏捷度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光旳 波长缩短时，相对敏捷度也下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收， 而且在表面激发旳电子空穴对不能到达PN结，因而使相对敏捷度下降。01.239 A Nhomakorabeam
时才干产生外光电效应 6
光电管
光电管是装有光阴极和阳极旳真空玻璃管，其阴极受到合适旳光照后发 射光电子，这些光电子被具有一定电位旳阳极吸引，并在管内形成空间 电子流，称为光电流。 此时若光强增大，轰击阴极旳光子数增多，单位时间内发射旳光电子数 也就增多，光电流变大。 在光电管旳外电路上接合适电阻，电阻上旳电压降将和管内空间电流成 正比，或与照射到光电管阴极上旳光有函数关系，从而实现光电转换。
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于自动控制、仪器仪表、光电子技术等领域。
本文将介绍光电式传感器的工作原理及其应用。
一、光电式传感器的概述光电式传感器是一种以光电效应为基础的传感器，通过元件内的光电效应来感知光信号，并将其转化为电信号进行处理。
光电式传感器通常由光源、敏感元件和信号处理部分组成。
二、光电式传感器的工作原理基于光电效应的物理原理。
当光照射到光电式传感器的敏感元件上时，光子会与敏感元件中的电子发生作用，导致电子从原子中脱离，并形成电流。
这个过程可以通过光电效应来解释。
光电效应是指，当光照射到金属表面或半导体材料中时，光子的能量被传递给金属或半导体晶格内的电子，使其脱离原子而形成自由电子。
当光照射强度增加时，脱离的电子数量也会相应增加。
在光电式传感器中，敏感元件通常采用半导体材料。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会将部分半导体晶格中的电子激发，使其跃迁到导带中形成自由电子。
这些自由电子可以被电极收集，从而形成电流信号。
通过测量电流信号的强度，可以确定光信号的强度。
三、光电式传感器的应用光电式传感器具有快速、高精度、高灵敏度等特点，因此在多个领域得到了广泛应用。
1. 工业自动化控制：光电式传感器可以用来检测物体的位置、距离和速度，实现自动化控制系统中的精确定位和测量。
2. 光电检测：利用光电式传感器的灵敏度和快速响应特性，可以实现对透明物体、颜色或表面特性变化的检测，例如反射式光电传感器可用于检测物体的存在或缺失。
3. 光学通信：光电式传感器在光学通信领域中起着至关重要的作用，可以将光信号转化为电信号进行处理和传输。
4. 医疗设备：光电式传感器被广泛应用于医疗设备中，例如血氧监测仪和心率监测器等，用于监测患者的生理参数。
5. 环境监测：光电式传感器可以用于测量环境中的光照强度、光质量等指标，对气候变化、自然灾害等进行监测和预警。
四、总结光电式传感器是一种将光信号转化为电信号的重要工具。
光电式速度传感器的工作原理
光电式速度传感器的工作原理光电式速度传感器，这个名字听起来有点高大上，但其实它的工作原理简单得就像你吃泡面。
想象一下，阳光普照，万物复苏，咱们的传感器就像个“眼睛”，专门用来“看”东西的运动。
它的核心其实是一些光源和光电探测器，光源发出的光线会照射到移动的物体上，哎，这个时候就开始有意思了。
光线一照到物体，反射回来，探测器就能捕捉到这道反射光。
嘿，这就像是小朋友在玩“捉迷藏”，一旦被找到，立马就能报告“我找到你了！”。
光电式速度传感器的运作可不止这点。
你知道吗，传感器里的光源通常是激光或者LED，激光嘛，精准得很，能把光线聚焦得像针一样细，简直就是“光的特种兵”。
而那些光电探测器就好比“侦察兵”，专门负责监测光线的强弱变化。
一旦物体开始移动，光线被遮挡或者反射的强度变化就会被探测到。
说白了，它就是在为我们提供一个“快照”，记录下物体移动的速度。
想想看，车子在高速公路上飞驰，传感器就像个勤快的小蜜蜂，忙着记录车速，一旦有变化，它马上就能捕捉到。
这种传感器的反应速度真是快得惊人，几乎像闪电一样，轻松应对高速运动的物体。
就拿赛车来说吧，咱们的光电式速度传感器能在一瞬间就告诉车手现在的速度是多少。
试想一下，赛车手正紧张地比赛，忽然传感器“嗖”地一下，给出一个精准的速度值，这可比看天气预报准多了。
用它来做测速，简直是如虎添翼，既安全又高效。
光电式速度传感器的应用范围可广泛了，除了赛车，还有工厂的流水线、物流仓库，甚至交通监控系统都有它的身影。
想象一下，物流中心的传送带上，包裹们像小子弹一样飞驰而过，传感器忙得不可开交，确保每一个包裹都能准确无误地到达目的地，真是科技改变生活，效率倍增啊。
像任何技术一样，光电式速度传感器也有它的小脾气。
环境光的变化会影响它的表现，就像人心情不好的时候工作效率低一样。
太强的阳光或者杂乱的光线都可能让它搞不清楚状况。
不过，别担心，现在的科技日新月异，很多新型的传感器都能克服这些小麻烦，像升级版的“战斗机”，更加强大，适应性更强。
《光电式传感器》课件
光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01
传感器技术与应用(第2版) 第4章 光电式传感器
I = F1（f ）
或
S = F2（f ）
称为频率特性。以光生伏打效应原理工作的
光敏元件（如光电池）频率特性较差，
以内光电效应原理工作的光敏元件（如 光敏电阻）频率特性更差。
图4 -11各种光敏元件的频率响应
(a)光敏电阻器；(b)光电池；(c)光敏三极管
5.温度特性
部分光敏器件输出受温度影响较大。
光敏电阻，当温度上升时，暗电流增大， 灵敏度下降。
光敏晶体管，由于温度变化对暗电流影响 非常大，并且是非线性的，给微光测量带来 较大误差。
光电池受温度的影响主要表现在开路电压 随温度增加而下降，短路电流随温度上升缓 慢增加。
第4章 光电式传感器
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
光电效应 光电器件 红外线传感器 色彩传感器 CZG－GD－500系列紫外火焰传感器 光纤传感器 光传感器应用实例 实训
4.1 光电效应
4.1 光电效应
光电元件的理论基础是光电效应。
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。
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。
图 4 -14 热释电红外传感器等效电路
4.PVF2 热释电红外传感器 PVF2是聚偏二氟乙烯的缩写，是一种经
过特殊加工的塑料薄膜。
传感器-(光电式)讲课文档
第2章 光电式传感器 10
莫尔条纹
第三十九页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
（1）莫尔条纹移动方向与两光栅相对移动方向垂 直。 （2）莫尔条纹有位移的放大作用。
第四十页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
第四十一页，共91页。
第2章 光电式传感器 10
光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移，若用光电 器件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的 距离，也就测得了被测物体的位移量。
第四十五页，共91页。
第11、2章什么是光光电纤式传感传器感？器其在11检测液位、温度方面
怎么应用？
第四十六页，共91页。
第2章 光电式传感器 11
光纤传感器
光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也 称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量 可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化， 从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成 简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四 个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。
第八页，共91页。
图8-4
第2章 光电式传感器 4
4、光电二极管、光电三极管的结构？光电特性？
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。
第九页，共91页。
第2章 光电式传感器 4
光敏二极管 w光敏二极管在电路中的符号如图8-5所示。光敏二极 管的PN结装在透明管壳的顶部，可以直接受到光的 照射。使用时要反向接入电路中，即正极接电源负 极，负极接电源正极。即光敏二极管在电路中处于 反向偏置状态。无光照时，与普通二极管一样，反 向电阻很大，电路中仅有很小的反向饱和漏电流， 称暗电流。
传感器原理与应用—光电式
(a)原理 图3.83 光平面位置检测器
(b)结构
新型光电器件
二． 三． 四．
固态图像传感器（solid image sensor ） 图像传感器是电荷转移器件与光敏阵列元件集为一体构成的，具有自扫描功能的摄像器件。
图像传感器从功能上说，它是一个能把受光面的光像分成许多小单元(称为像元)，并将它们转换成电 信号，然后顺序地输送出去的器件。
致发光光源和激光光源。
一． 光源
光电传感器的组成
1. 热辐射光源 2. 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。例如钨丝白炽灯和卤钨灯。 3. 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；发热大；寿命短；易碎，电压高，使用
有一定的危险。 4. 气体放电光源 5. 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为气体放
(5) 峰值探测率 (6) 峰值探测率是表征光电器件噪声水平的性能参数。
1
A f
D*
☻ 探测器件的性能常用峰值探测率D*表征，D*值大，
PNE / A f
PNE
噪声等效功率小，光电器件性能好。
A 光敏器件的有效光敏面 积
f 探测系数带宽
光电传感器的组成
二． 光电器件
2.
光电器件的性能参数
(5) 温度特性
新型光电器件
二． 三．
固态图像传感器（ solid image sensor ） 从构造上说，图像传感器是一种小型固态集成元件，其核心是电荷转移器件(Charge Transfer Device，CTD)，其中最常用的是电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)。CCD由阵列式 排列在衬底上的金属-氧化物-硅(Metal Oxide Semi-Conductor，简称MOS)电容器组成，它具有 光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。
光电式传感器
光电式传感器光电式传感器是一种通过光信号来检测物体的位置、形状和颜色等信息的传感器。
它主要由光电元件、放大器电路、信号处理电路和输出电路等组成，可广泛应用于机器人、自动化生产线、计量仪器、安防监控等领域。
工作原理光电式传感器的主要工作原理是利用光电元件对物体反射和透射的光信号进行检测。
它通过发射一束光线照射到被探测物体上，然后检测被反射和透射的光线的强度、频率、相位等参数来确定被探测物体的存在和状态。
光电元件一般采用光电二极管、光敏电阻、光电管、光电晶体管等，而光线的发射和收集一般通过透镜、光纤和反光镜等实现。
分类及应用根据不同的工作原理和应用场景，光电式传感器可以分为多种类型。
其中比较常见的有：接近式光电传感器接近式光电传感器是一种最常用、最简单的光电式传感器。
它主要通过发射一束红外线照射到被测物体上，然后检测透射回来的光线的强度变化来判断被测物体是否存在。
接近式光电传感器广泛应用于人体检测、自动门、安全门和计量系统等方面。
光电开关光电开关是一种通过光电元件来检测、开关电路的传感器。
它主要通过发射一束光线来检测物体的存在和位置等信号，然后将信号（一般为0和1）传递给输出模块，以实现开闭等控制功能。
光电开关广泛应用于自动化生产线、安全门、包装机械、自动售货机等领域。
光电码盘光电码盘是一种通过光学编码来进行位置检测的传感器。
它主要通过在码盘的表面上覆盖光学码来检测旋转物体的位置、角度、方向等信息。
光电码盘广泛应用于电机控制、机器人、航空航天、导航和工业自动化等领域。
处理技术光电式传感器的检测精度和稳定性直接关系到其应用效果和可靠性。
因此，传感器制造商一直致力于探索改进传感器的处理技术。
目前，主要的处理技术包括增益调整、滤波、线性化、自动校正等。
其中增益调整是通过调整放大器的增益来提高传感器的灵敏度和稳定性，滤波则是通过滤除噪音信号来提高传感器的检测精度。
而线性化和自动校正则是通过将传感器输出信号进行线性化处理和自动调整校准，来提高传感器的可靠性和准确性。
光电式传感器的结构和功能
光电式传感器的结构和功能光电式传感器是一种常用的传感器，它利用光电效应将光信号转化为电信号，从而实现对光照强度的检测和测量。
该传感器的结构和功能十分重要，下面我将为您详细介绍。
一、结构光电式传感器主要由发光器、接收器、滤波器和输出电路等组成。
1. 发光器：发光器通常由发光二极管（LED）组成，它能够将电能转化为光能。
当电流通过LED时，LED会发出特定波长的光线，这些光线被用于照射待测物体。
2. 接收器：接收器通常由光敏电阻或光敏二极管（光电二极管）组成，它能够将光能转化为电能。
当接收器接收到照射物体反射回来的光线时，光敏元件会产生对应的电压或电流信号。
3. 滤波器：滤波器的作用是将非目标波长的光线滤除，只保留目标波长的光线。
通过选择合适的滤波器，可以提高光电式传感器的灵敏度和准确度。
4. 输出电路：输出电路负责将接收到的电信号进行放大、滤波和转换，最终输出一个与光照强度相关的电信号。
这个信号可以被连接到其他电路或设备中进行进一步的处理或控制。
二、功能光电式传感器具有广泛的应用，其功能主要体现在以下几个方面：1. 光照检测：光电式传感器能够检测环境中的光照强度，根据光照强度的变化来判断是否需要进行照明或调节照明强度。
2. 物体检测：通过测量物体反射的光线强度，光电式传感器能够实现对物体的检测。
例如，在自动门控制系统中，光电式传感器可以检测到人或物体的到来，从而触发门的开启或关闭。
3. 颜色识别：光电式传感器可以根据物体反射的光线波长来识别物体的颜色。
这在工业自动化和机器人领域有着重要的应用。
4. 位置测量：光电式传感器可以通过测量物体反射光线的强度来判断物体的位置。
这在自动化控制和机器人导航中具有重要意义。
总结：光电式传感器的结构和功能使其成为现代工业和生活中不可或缺的重要设备。
它能够准确地检测和测量光照强度，并根据需要进行相应的控制和处理。
光电式传感器的应用范围广泛，例如照明系统、自动控制和机器人领域等，为人们的生活带来了便利和高效。
传感器与检测技术8-1光电式传感器
光电式传感器的优缺点
优点
• 高灵敏度 • 快速响应 • 广泛适用于不同环境
缺点
• 受到环境光影响 • 精确度受到物体特性影响 • 成本较高
光电式传感器的市场前景
随着科技的发展和工业自动化的推进，光电式传感器的需求将继续增长。预计未来几年内，这个市场将保持稳 定增长。
光电式传感器的生产厂家
厂家1
光电式传器
光电式传感器是一种利用光学原理进行检测和测量的传感器。它们在各个领 域都有广泛的应用，如工业自动化、环境监测和机器人技术等。
什么是光电式传感器
光电式传感器是一种使用光学技术进行检测和测量的传感器，可以将光信号 转换为电信号。它们通过感受和分析光的特性来实现不同的应用。
光电式传感器的工作原理
其他类型的光电式传感器
包括光电投射式传感器、光电闪烁式传感器、 光电静态式传感器和光电旋转式传感器等。
光电式传感器的应用领域
1 工业自动化
用于检测物体的位置、速度和方向以及控制 生产过程。
2 安全监测
用于检测火灾、烟雾和其他危险物质。
3 智能交通
用于检测交通信号灯、行人和车辆的存在。
4 环境监测
用于检测空气质量、水质以及其他环境因素。
光电式传感器通过发射光线并接收反射光线来检测物体的存在或特定属性。它们使用光电效应和光敏器件来将 光信号转换为电信号。
光电式传感器的分类
反射型光电式传感器
通过检测被物体反射的光信号来判断物体的存 在与否。
光电障碍物检测传感器
用于检测是否有物体在路径上阻挡光线的传感 器。
侧推型光电式传感器
通过检测光线被物体阻挡的程度来判断物体的 存在与否。
该公司是光电式传感器领域的领军企业，提供多种 类型的传感器和解决方案。
光电式传感器工作原理
光电式传感器工作原理
首先，光电式传感器的光源发出一束光线，这个光源可以是LED、激光等光源。
光线穿过透镜，形成一个光斑，这个光斑照射在目标物体上。
当目标物体经过光斑时，光线被遮挡，光斑的亮度发生变化。
其次，光电元件接收到被遮挡后的光线，光电元件可以是光敏电阻、光敏二极
管等。
光电元件将接收到的光信号转换为电信号，其大小与光线的强度成正比。
当目标物体遮挡光线时，光电元件输出的电信号会发生变化。
最后，信号处理电路对光电元件输出的电信号进行放大、滤波、数字化处理，
最终输出一个数字信号。
这个数字信号可以被微处理器、PLC等设备接收并进行
进一步的处理，比如控制执行器的动作、显示检测结果等。
总的来说，光电式传感器的工作原理是利用光源发出光线，目标物体遮挡光线后，光电元件接收到的光信号发生变化，通过信号处理电路进行处理，最终输出一个数字信号。
光电式传感器具有检测速度快、精度高、寿命长等特点，广泛应用于工业自动化控制、物体计数、安全防护等领域。
在实际应用中，我们需要根据具体的检测要求选择合适的光源、光电元件和信
号处理电路，以及合适的安装位置和检测距离，从而确保光电式传感器能够准确可靠地工作。
同时，我们也需要注意保持光源和光电元件的清洁，避免灰尘或污物影响检测效果。
总之，光电式传感器是一种重要的工业自动化检测设备，它的工作原理简单明了，应用广泛。
通过了解光电式传感器的工作原理，我们可以更好地应用和维护这一类传感器，为工业生产和生活提供更好的服务。
传感器与检测技术-第8章 光电式传感器
传感器与检测技术-第8章 光电式传感器
光电式传感器是一种基于光电效应的传感器技术，利用光的特性来实现对物 体的检测和测量。本章将介绍光电式传感器的原理、分类以及各种应用。
光电开关传感器
工作原理
光电开关传感器通过发送光线，并接收反射光线来检测物体的存在。
应用场景
广泛应用于自动化生产线上的物体检测、检测门的状态是否打开或关闭等。
光电测距传感器
1 原理
2 应用
光电测距传感器通过发送光脉冲并测量返 回时间来计算物体的距离。
广泛应用于测距仪、机器人导航等需要测 量距离的领域。
光电旋转编码器
原理
光电旋转编码器利用光栅原理来测量物体的旋 转运动。
应用
常见于机器人关节的位置控制、旋钮的位置检 测等。
光电非接触式测量传感器
原理
光电非接触式测量传感器利用光的干涉或散射来 测量物体的尺寸。
光电反射式传感器
原理
光电反射式传感器利用物体对光的反射来进行检 测和测量。
应用
适用于停车场的车辆检测、印刷机上的纸张检测 等。
光电遮断式传感器
1
工作原理
光电遮断式传感见于自动门、自动售货机等需要检测物体是否接近的场合。
3
创意应用
可以应用于制作光电乐器或触摸交互装置。
应用
常用于物体距离检测、非接触式测量等。
光电式压力传感器
1
原理
光电式压力传感器通过测量物体对光的压力变化来进行压力测量。
2
应用
适用于工业领域的压力监测、医疗设备中的生理参数测量等。
光电式温度传感器
原理
光电式温度传感器利用光的特性来测量物体的温度。
应用
常用于工业过程控制、医疗设备等需要精确测量温度的场景。
光电式速度传感器工作原理
光电式速度传感器工作原理光电式速度传感器（Optical Speed Sensor），是一种通过光电转换原理，将物体运动的速度转换成电信号输出的传感器。
该传感器常用于工业生产中对物体的速度检测和控制。
一、工作原理光电式速度传感器的工作原理基于光电转换技术，该技术被广泛应用于光电测量、光电检测和自动化测量方面。
具体来说，该传感器是由光电发生器、滤光片、谐振电路和放大电路组成的。
当物体运动时，它的表面会通过传感器的光电发生器上的凸台或凹槽，产生一个光电信号。
该信号经过滤光片过滤后，通过谐振电路进行放大，并被放大电路处理，最终输出为数字信号。
速度传感器的输出信号频率与物体运动的速度成正比，因此可以通过读取输出信号的频率，进行速度的测量和控制。
二、特点1. 高精度: 光电式速度传感器具有高精度的测量能力，可以快速准确地测量物体的速度，特别是对于高速运动的物体，能够准确地检测其速度和方向。
2. 宽测量范围：该传感器可以测量很大的速度范围，从几厘米每秒到几百米每秒不等。
这让它成为适用于不同工业应用的理想工具，且该传感器还可以应用于高温、低温、高湿度和具有腐蚀性的环境中。
3. 高稳定性: 该传感器具有较高的稳定性，可以在长时间使用过程中保持高精度和可靠性。
传感器的输出信号具有良好的线性特性，可以有效地消除测量误差。
反应速度快：光电式速度传感器响应时间很短，能够在很短时间内检测物体的速度变化，并可以提供及时的反馈。
三、应用光电式速度传感器广泛应用于控制和测量领域，其主要应用领域包括：1. 机械工业：用于机器生产线上的物体的速度和位置控制；2. 轨道交通：用于测量电车、地铁等列车的速度和位置；3. 航空航天：用于测量飞行器的速度和位置；4. 安防领域：用于测量和监控交通工具、航空器、船只等在运行过程中的速度和方向。
四、总结光电式速度传感器是一种精度高、测量范围宽、稳定性强，反应速度快的传感器，其工作原理基于光电转换技术。
传感器与检测技术光电式传感器解读
二、光子探测器
光子探测型器件基于光电效应原理，即利用光 子本身能量激发载流子。这类器件有一定的截 止波长，但响应速度快，灵敏度高，使用最为 广泛。
什么是光电效应？
光是由光子组成的，其能量和频率关系为
E=hf
光照在物体上可看成是一连串具有能量为E的光 子轰击物体，如果光子能量足够大，物质内部
第七章 光电式传感器
整理ppt
组成
光电传感器一般由辐射源、光学通路、光电器 件组成。
工作原理
首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然 后通过光电转换元件变换成电信号。
被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待 测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、 相位、空间分布和频谱分布等，由光电器件 将光信号转化为电信号。电信号经后续电路 解调分离出被测量信息，实现测量。
特点：灵敏度高，体积小，重量轻，光 谱响应范围宽，机械强度高，耐冲击和 振动，寿命长。纯电阻元件，无源器件， 有电流通过时，会产生热的问题。电路 简单。适用于红外探测。
整理ppt
（三）光电结型探测器 与光电导型工作原理相似，利用光子引 起的电子跃迁将光信号转变为电信号， 只是光照射在半导体结上而已，。 主要有：光电二极管和光电三极管。
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图7-8 硅光电池构造原理和图示符号
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半导体光电器件的特性 包括：光电特性、伏安特性、光谱特性、件的光电特性
a）硒光敏电阻的光电特性 b）光敏晶体管的光电特性 c）硅光电池的光电特性
整理ppt
图7-11 半导体光电器件的伏安特性
a）光敏电阻的伏安特性 b）锗光敏晶体管的伏安特性 c）硅光电池的伏安特性
气体放电光源 激光器 电致发光器件
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光电式传感器的原理和应用
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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。
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光敏电阻的频率特性
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(6) 温度特性
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，从图中可以看出， 它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，在 使用光敏电阻检测时为了能接受远红外光，或为了提高 灵敏度，要采取控制温度的措施。
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(1) 暗电阻，暗电流
若将光敏电阻置于无光照的黑暗条件下， 测得光敏电阻的阻值称为暗电阻，这时， 在给定工作电压下测得光敏电阻中的电流 值称为暗电流。
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(2) 亮电阻、光电流
光敏电阻在光照下，测得的光敏电阻的阻 值称为亮电阻，亮电阻一般在几千欧姆。 这时在工作电压下测得的电流为亮电流。 亮电流和暗电流之差称为光电阻的光电流 IФ
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5.2.2 码盘和码制
编码器有两种：增量编码器和绝对编码器
接触式编码盘示意图
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二进制码、十进制码与循环码对照表
角度
0 1α 2α 3α 4α 5α 6α 7α 8α 9α 5α 11α 12α 13α 14α 15α
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电刷位置
a b c d e f g h i j k l m n o p
若调制盘上开有z个缺口,测量计数时间为t(s),被测转 速为n(r/min)，则此时得到的计数值c为：
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(4)烟尘浊度连续监测仪
传感器与检测技术---第8章 光电式传感器_OK
（1）伏安特性——在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电 阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图8 - 2 为硫化镉光敏 电阻的伏安特性曲线。
由图可见, 光敏电阻在一定的电压范围内, 其I-U曲线为直线，说 明其阻值与入射光量有关, 而与电压、电流无关。
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2. 工作原理
它的工作原理是基于半导体的光电导效应。即当无光照 时, 光敏电阻值很大, 电路中电流很小。当光敏电阻受到一 定波长范围的光照时, 它的电阻率急剧减少, 从而导致电阻 急剧减少，因此电路中电流迅速增大。
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第8章 光电式传感器
3．光敏电阻的主要参数
（１）暗电阻和暗电流——光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。
由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移, 影响到测量精度或控制精度等重要指标, 因此温度特性是 光电池的重要特性之一。光电池的温度特性如图8 - 14所示。 从图中看出, 开路电压随温度升高而下降的速度较快, 而短 路电流随温度升高而缓慢增加。由于温度对光电池的工作 有很大影响, 因此把它作为测量器件应用时, 最好能保证温 度恒定或采取温度补偿措施。
五、 光电耦合器件
光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电 接收元件合并使用, 以光作为媒介传递信号的光电器件。光 电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管, 光电接 收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光可控硅 等。 根据其结构和用途，可分为光电耦合器和光电开关。
1．
光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, 一
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第8章 光电式传感器
２．
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一．概述
二．光电传感器的组成
三．光源
四．光电器件
五．光电传感器及其应用
六．新型光电器件
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2
概述
传统电测传感器与光电式传感器的区别：
♣传统电测传感器：
被测量
非电物理量
敏感元件
导线
各种实现机-电 转换传感器
电参量/电量
转换元件
导线
♣光电式传感器：
被测量
光信号
被测对象 被测介质、 /光调制器 空气或光导纤维
探测器件的性能常用峰值探测 率D*表征，D*值大，噪声等效 功率小，光电器件性能好。
1
A f
D*
PNE / A f
PNE
A 光敏器件的有效光敏面积Biblioteka f 探测系数带宽16
光电器件
2. 光电器件的性能参数
(5) 温度特性
☻ 温度变化不仅影响光电器件的灵敏度，同时对光谱特性也有很 大影响。在室温条件下工作的光电器件由于灵敏度随温度而变， 因此高精度检测时有必要进行温度补偿或使它在恒温条件下工 作。
光源
光电器件
工件
(a)
光源
光电器件
(b)
被测物
光电器件
工件
(c)
(d)
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图3.80 模拟式光电传感器应用示例
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光电传感器及其应用
2. 脉冲式光电传感器 ☎ 脉冲式光电传感器利用光电器件受光照的“有”、“无” 的两种不同状态，经适当的调理电路输出“通”、“断” 的开关信号。即将被测量转换成断续变化的开关信号， 又称为开关式光电传感器。
硅光电池的光照特性 13
总结：光电效应分类及其典型器件
外 光 电 效 应 ： 光 电 管 和光 电 倍 增 管
光
电
效
应
内
光
电
效
光 电 导 效 应 ： 光 敏 电 阻
应
光敏二极管
光敏三极管
光 生 伏 特 效 应 ： 光 电 池
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光电器件
2. 光电器件的性能参数
(1) 光照特性 ☻ 光照特性是光电器件灵敏度的表征，它反映了光电器 件输入光量与输出光电流(光电压)之间的关系。 ☻ 光照特性常用响应率（Response rate）R来描述：
☻ 这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应 。 ☻ 基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管和光
敏三极管。 a. 光敏电阻
b. 光敏二极管（反向偏置PN结）
c. 光敏三极管
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光电器件
1. 光电效应及其典型器件
(2) 内光电效应及器件
② 光生伏特效应及器件
☻ 光生伏特效应是光照引起PN结（正向偏置）两端产生 电动势的效应。
工程上常见的是人造光源，人造光源按其工作原理 不同，可分为热辐射光源、气体放电光源、电致发 光光源和激光光源。
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光源
1. 热辐射光源
☎ 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。 物体升温越高，辐射能量越大，辐射光谱的峰值波长也就越
短。例如钨丝白炽灯和卤钨灯。
☎ 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低； 发热大；寿命短；易碎，电压高，使用有一定的危险。
a. 开路电压输出：
♣ 开路电压与光照度之间呈非线性关系，灵敏度高，宜 作开关元件。
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b. 短路电流输出：
0.6
♣ 短路电流大小与光照成 光
正比，可作线性检测元 件使用。
生 0.4 电 压 0.2
/V
0
开路电压
短路电流
照度 /lx
0.3
光
0.2 生
电
0.1 流 /mA
2000 4000
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新型光电器件
3. 半导体色敏器件
☎ 半导体色敏器件是基于半导体的内光电效应，将光信号 转变为电信号的光辐射探测器件 。
☎ 半导体色敏器件则可用来直接测量从可见光到近红外波 段内单色辐射的波长。
☎ 结构及工作原理：
(1) 结构：半导体色敏器件相 当于两只结深不同的光电 二极管的组合，故又称双 结光电二极管。
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光源
光是电磁波谱中的一员，不同波长光的分布如图 3.69所示。其中光电式传感器主要使用的光的波长 范围处在紫外至红外之间的区域，一般为可见光和 近红外光。
工程检测中的光源，可以由各种发光器件产生产生， 也可以是物体的辐射光。利用物体在不同温度下的 辐射光的强度和频谱特性不同进行测温的方法，称 为辐射测温法。
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光电传感器的组成
光电式传感器的一般主要包括光源、光通路、光电 器件和测量电路四个部分。
被测体或 人造光源
各种光调制器
光量
光源
光通路
实现光-电 转换器件
光量
光电器件
电参量 或电量
对光电器件输出 的电信号进行
放大或转换，
电量输出
测量电路
被测量x1
被测量x2 图3.67 光电式传感器的组成
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光电器件
光电器件的作用是将光信号转变为电信号。光电器 件的基于光电效应工作的。
1. 光电效应及其典型器件
☎ 所谓光电效应是指物体吸收了光能后产生的电效 应。
外光电效应
光电效应
内光电效应
光电导效应 光生伏特效应
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光电器件
1. 光电效应及其典型器件
(1) 外光电效应及器件 ☻ 基于外光电效应的光电器件有光电管和光电倍增管。 ① 光电管
4. 激光光源
☎ 某些物质的分子、原子、离子在特定频率的光子激发下，高 能粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率相同 的光子(受激发射)。具有光的受激辐射放大功能的器件称为 激光器。如各种固体激光器、气体激光器、半导体激光器、 液体激光器等。
☎ 特点：激光是频率单纯、能量高度集中的光，激光具有单色 性好、方向性强、亮度高、相干性好等特点。
☎ 从构造上说，图像传感器是一种小型固态集成元件，其 核心是电荷转移器件(Charge Transfer Device，CTD)， 其中最常用的是电荷耦合器件(Charge Coupled Device， CCD)。CCD由阵列式排列在衬底上的金属-氧化物-硅 (Metal Oxide Semi-Conductor，简称MOS)电容器组成， 它具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。
☎ CCD图像传感器按其像素的空间排列可分为两大类： (1) 线性CCD。主要用于以为尺寸的自动检测，如测量 精确的位移量、空间尺寸等，也可以由线阵CCD通 过附加的机械扫描，得到二维图像，用以实现字符、 图像的识别。 (2) 面阵CCD。主要用于实时摄像，如生产线上工件的 装配控制、可视电话以及空间遥感遥测，航空摄影等。
后，转移控制栅打开，各光敏元所积蓄的电荷就并行地转移到CCD读出移位寄存
器上，随后控制栅关闭，光敏元立即开始下一次的光电荷积蓄。与此同时，上一次
的一串电荷信号沿移位寄存器顺序地转移并在输出端串行输出。
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新型光电器件
2. 固态图像传感器
☎ 每个光敏元的光电荷量不仅含有光照度信息，而且还含 有该单元位置的信息。因此，这种光敏元同时实现了光 照度和位置的测量功能。
2. 气体放电光源
☎ 气体放电光源是通过气体分子受激发后，产生放电而发光的。 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光， 利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。气体放电光源 目前常用的有碳弧、低压水银弧、钠弧、氙弧灯等。
☎ 气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件 有关，改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流的大小， 可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。
☻ 基于这种效应的光电器件是光电池。光电池是自发电式 有源器件，属于能量转换型、电压输出型传感器。
－
＋
－
＋
＋
P
－
＋
N
－
＋ 结电场
－ 光生电子-空穴对
图3.75 PN结光生伏特效应原理图
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光电器件
1. 光电效应及其典型器件
(2) 内光电效应及器件
② 光生伏特效应及器件
☻ 光电池与外电路的两种连接方式：
② 光电倍增管
(2) 内光电效应及器件 ☻ 在光线照射下，物体内的电子不能逸出物体表面，而 使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的效应成 为内光电效应。内光电效应按其工作原理可分为两种： 光电导效应和光生伏特效应。
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光电器件
1. 光电效应及其典型器件
(2) 内光电效应及器件 ① 光电导效应及器件
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新型光电器件
2. 固态图像传感器
☎ 典型一维图像传感器由一列光敏单元和一列CCD(电荷转 移器件)并行构成。
光敏元
CCD
转移控制栅
光敏元与CCD之间有一转移控制栅，其中CCD作为读出移位寄存器。在光照
射下，光生少数载流子在光敏元（MOS电容）中积蓄。每个单元所积蓄的电荷量
与该单元所接受到的光照度、电荷积蓄时间成正比。在光敏元接受光照一定时间之
常用传感器
传感器定义、组成及分类 电参量型传感器 电量型传感器 光电式传感器 光纤传感器 数字式传感器
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光电式传感器
光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光电器件作为转 换元件的传感器的总称。光电传感器可以用来测量直接引 起光量变化的其他非电量；也可用来测量能转换成光量变 化的其他非电量。