《传感器技术与应用》课件第七章 光电式传感器.ppt
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第7章 传感器技术-光电效应及传感器
光源
被测非电量 位移、转速、 振动等
光学通路
光量
光电传感元件
△U 或△I
测量/显示
光电传感器的分类 按传感器输出量的性质， 按传感器输出量的性质，可以分为模拟式 开关式（脉冲式）二大类。 和开关式（脉冲式）二大类。
模拟式光电传感器
该类传感器基于光电元件的光电特性， 该类传感器基于光电元件的光电特性，其 基于光电元件的光电特性 光通量是随被测量而变， 光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 的函数，故称为光电传感器的函数运用状态。 传感器输出量为连续变化的光电流， 传感器输出量为连续变化的光电流，器件 的光照特性呈单值线性， 的光照特性呈单值线性，光源的光照要求保持 均匀稳定。 反射式、 均匀稳定。它的形式有吸收式、反射式、遮光 式和辐射式。
5、时差测距。典型应用如光电测距仪， 时差测距。典型应用如光电测距仪， 是将恒定光源发出的光投射到目的物， 是将恒定光源发出的光投射到目的物，并用 光电元件接收反射光， 光电元件接收反射光，通过对光信号在光源 与目的物之间往返时间的测量， 与目的物之间往返时间的测量，从而计算出 光源与目的物间的距离。 光源与目的物间的距离。
发光二极管阵列（SSPA） 发光二极管阵列（SSPA） 电荷耦合器件（CCD） 电荷耦合器件（CCD）
这两类光电器件实际上是集成化、 这两类光电器件实际上是集成化、 模块化的光电元件组合， 模块化的光电元件组合，他们的工作原 理类似，根据需要， 理类似，根据需要，可以做成线阵或面 阵的形式。 阵的形式。目前在图象采集与处理技术 电荷耦合器件CCD CCD已经得到了大量 中 ， 电荷耦合器件 CCD 已经得到了大量 的应用。 的应用。
内光电效应－ 内光电效应－
《光电传感器及应用》课件
02
03
按光谱响应
可以分为可见光型、红外线型、 紫外线型等类型，分别对应不同 的光谱响应范围。
04
02
光电传感器的应用
光电传感器在工业自动化中的应用
总结词
光电传感器在工业自动化领域应用广泛，能够提高生产效率和产品质量。
详细描述
光电传感器可以检测物体的位置、速度、距离等参数，广泛应用于机器人、自 动化生产线、物流系统等领域。它们能够快速、准确地获取信息，提高生产效 率和产品质量，降低人工成本和误差率。
《光电传感器及应用》PPT 课件
目录
• 光电传感器概述 • 光电传感器的应用 • 光电传感器的技术发展 • 光电传感器的未来展望 • 结论
01
光电传感器概述
光电传感器定义
01
02
03
光电传感器
是一种通过光信号转换为 电信号的方式，实现非接 触式检测的传感器。
光信号
包括可见光、红外线、紫 外线等不同波长的光线。
总结词
光电传感器将与其他技术进行融合，形成更加强大的传感器系统，拓展其应用领域。
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
光电传感器可以与微电子技术、通信技术、计算机技术等相结合，实现智能化、远程化和网络化的传感器系统， 提高信息获取和处理的能力。
光电传感器在物联网领域的应用前景
总结词
随着物联网的快速发展，光电传感器将在物联网领域发挥重要作用，为物联网提供更加精准、可靠的数据采集 和传输。
光电传感器在医疗领域的应用
总结词
光电传感器在医疗领域具有广泛的应用前景，能够提高医疗 设备的准确性和可靠性。
详细描述
光电传感器可以检测人体生理参数和医疗设备的工作状态， 如血压、血氧饱和度、心电图等。它们能够提高医疗设备的 准确性和可靠性，为医生诊断和治疗提供更加可靠的依据， 提高医疗质量和安全性。
《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
传感器应用技术PPT课件
风速，流速，流量；
声： 声压，噪声
温度： 温度，热量，比热
磁： 磁通，磁场
光： 亮度，色彩
2.按工作原理分类： 磁电式，热电式，机械式，电气式，光学式，流体式等
1.传感器在工业检测和自动控制系统中的应用
压力传感器
流量传感器
2.传感器与家用电器 麦克风是一种将声音信号转换为电信号的传感器
声-----电磁感应-------电流
传感器技术
sensor Technology
目录/Contents
01 本课程的特点和教学内容 02 什么是传感器 03 传感器作用和地位 04 传感器现状和国内外发展趋势 05 传感器检测系统组成原理 06 传感器定义、组成和分类
01
本课程的特点和教学内容
1 本课程的特点 2 本学期授课计划及教学内容
红外传感器---能看到人眼看不到的东西
04 3
传感器现状和国内外发展趋势
需求和生产呈上升趋势 在尖端领域，与世界其他国家差距还是很大 传感器是光学、力学等多学科综合性课程
05 传感器检测系统的组成原理
被测 非电量
有用 敏感元件 非电量
转换元件
有用 电量
基本转换电 路
输出 电量
转换元件
输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路 三部分组成。
的原理确定。
电子秤—压力传感器 电子秤—传感器
空调—温度传感器
电视机、遥控—红 烟雾报警器—对烟雾敏 指纹考勤器—电容/光
外传感器
感传感器
学传感器
• 电子秤：精确地、快速的测量，内有一个压力传感器，把压力编程电信号 • 数码相机：能把光学影像变成数字化影像，内有一个光学的图像传感器， • 空调-为什么能吹出设定的温度的风？因为内出风口有温度传感器，能实现实时监控 • 电视机遥控器---遥控器按下按钮能发射一束编码了的红外限号，电视机或空调接受相应的信号，有一个红外传感器。 • 烟雾报警器---消防上应用广泛，有一个队烟雾比较敏感的传感器。 • 指纹考勤机---有一个图像传感器，可以是光学传感器，也可以是一个电容传感器，能把电容信号变化成数字化的信号。
《传感器及其应用》课件
传感器将在智能交通、智能医疗、环境监测等领域发挥更大作用，提升生活品质和工业 效率。
传感器根据测量物理量的不同可分为温度传 感器、光电传感器、压力传感器等。
3 传感器的基本结构
传感器由感知元件、转换元件和输出元件组 成，实现环境参数到电信号的转换。
4 传感器的工作原理
传感器通过感知元件对环境参数进行测量， 并将这些信号转换为电信号，用于后续处理 和分析。
二、传感器的应用
1 温度传感器
4
智能质量检测
利用传感器对产品进行在线检测和质量监控，提高产品质量和一致性。
五、传感器的发展趋势
1 传感器的技术革新
传感器技术在小型化、集成化、智能化方面不断创新，提供更多应用场景和功能。
2 传感器市场的前景
随着物联网和智能化的发展，传感器市场将持续增长，成为未来重要的产业。
3 传感器应用的未来发展
《传感器及其应用》PPT 课件
欢迎来到《传感器及其应用》的课程介绍PPT。在本课程中，我们将探讨传 感器的概念、工作原理以及在不同领域的应用，包括智能家居和制造业。让 我们一起开始吧！
一、传感器的概念
1 传感器定义
2 传感器分类
传感器是一种能够对周围环境进行感知和测 量的装置，将环境参数转化为可用的电信号。
用于测量环境温度，广泛 应用于气候控制、工业过 程监测等。
2 光电传感器
可感知光信号的存在和强 度，常用于自动化控制、 光电开关等领域。
3 压力传感器
测量压力或压力变化，广 泛应用于汽车、航空航天 等工业领域。
4 气体传感器
用于检测空气中的不同气体成分，常用于环 境监测、气体泄漏报警等。
5 液位传感器
测量液体的高度和变化，广泛应用于液体储 罐、水处理等领域。
传感器根据测量物理量的不同可分为温度传 感器、光电传感器、压力传感器等。
3 传感器的基本结构
传感器由感知元件、转换元件和输出元件组 成，实现环境参数到电信号的转换。
4 传感器的工作原理
传感器通过感知元件对环境参数进行测量， 并将这些信号转换为电信号，用于后续处理 和分析。
二、传感器的应用
1 温度传感器
4
智能质量检测
利用传感器对产品进行在线检测和质量监控，提高产品质量和一致性。
五、传感器的发展趋势
1 传感器的技术革新
传感器技术在小型化、集成化、智能化方面不断创新，提供更多应用场景和功能。
2 传感器市场的前景
随着物联网和智能化的发展，传感器市场将持续增长，成为未来重要的产业。
3 传感器应用的未来发展
《传感器及其应用》PPT 课件
欢迎来到《传感器及其应用》的课程介绍PPT。在本课程中，我们将探讨传 感器的概念、工作原理以及在不同领域的应用，包括智能家居和制造业。让 我们一起开始吧！
一、传感器的概念
1 传感器定义
2 传感器分类
传感器是一种能够对周围环境进行感知和测 量的装置，将环境参数转化为可用的电信号。
用于测量环境温度，广泛 应用于气候控制、工业过 程监测等。
2 光电传感器
可感知光信号的存在和强 度，常用于自动化控制、 光电开关等领域。
3 压力传感器
测量压力或压力变化，广 泛应用于汽车、航空航天 等工业领域。
4 气体传感器
用于检测空气中的不同气体成分，常用于环 境监测、气体泄漏报警等。
5 液位传感器
测量液体的高度和变化，广泛应用于液体储 罐、水处理等领域。
传感器技术及应用ppt课件
传感器的分类及对它的一般要求
传感器的分类
1. 按传感器的工作机理：物理型，化学型、生物型等； 2. 按构成原理：结构型与物性型两大类； 结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变，如：电容 式压力传感器 物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变 换。如：水银温度计
3. 根据传感器的能量转换情况：能量控制型和能量转换型两大类； 能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作。如：热电偶 温度计。
课程教材和参考书
教材： 唐文彦主编《传感器》第四版 机械工业出版社 参考书： 1. 强锡富主编《传感器》第三版 机械工业出版社 ，2002 2. 余瑞芬主编.传感器原理.北京:航空工业出版社,1995 3. 王化祥，张淑英编著.传感器原理及应用.天津大学出版社，1999 4. 刘迎春，叶湘滨编著.传感器原理设计与应用，国防科技大学出版 社，1997
包含的意思：
1. 传感器是测量装置，能完成检测任务；
2. 他的输入时某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、 生物量等。 3. 他的输出量是某种物理量，这种量便于传输、转换、处理、 显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理 量，但主要是电物理量
2.组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路 三部分组成，组成框图见图0-1.
发开新型传感器：利用物理现象、化学反应和 生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现 新现象与新效应是研制新型传感器的重要基础，其 意义极为深远。例如日本夏普公司利用超导技术研 制成功高温超导 磁传感器，是传感器技术的重大突 破，其灵敏应比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器 件．而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单，它可 用于磁成像技术，具有广泛推广价值。 开发新材料：传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步．人们在制 造时，可任意控制它们的成分，从而可以设计制造用于各种传感器的功能材料。 采用新工艺：主要指微细加工技术，又称为微机械加工技术 集成化、多功能化与智能化： 传感器体积更小，功能更多，自动分析处理信号（数 据） 的能力更强。
《传感器技术与应用》 ppt课件
§ 2.1.1 智能传感器
三、智能传感器的功能
由于智能传感器引入了微处理器进行信息处理、逻辑思维、推理判断 ，使其除了传统传感器的检测功能外，还具有数据处理、数据存储、数据 通信等功能，其功能已经延伸至仪器的领域。具体功能包括：
(1) 自校零、 自标定、 自校正、自适应量程功能； (2) 自补偿功能； (3) 自诊断（自检）功能； (4) 信息处理与数据存储记忆功能； (5) 双向通信和数字输出功能； (6) 组态功能。
§ 2.1.2 模糊传感器
一、模糊传感器概述
模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自 然语言符号的描述形式输出的传感器。具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间 ，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过 程称为模糊化。对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测量值的相应符号进行 组合模糊判断，最终得出测量结果。模糊传感器的一般结构下图所示。信息的符号表 示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。
普通传感器
信号调理电路 外壳
微处理器 总线接口 数字总线
§ 2.1.1 智能传感器
五、智能传感器的实现
(1) 模块化方式 目前，国内外已有不少此类产品。此类智能传感器各部件可以封装在一个外 壳中，也可分开设置，其集成度不高、体积较大。智能传感器的模块化实现方式 一般采用SMBus总线、RS-232、RS-422、RS-485、USB、CAN等总线，目 前ZigBee、WiFi、蓝牙等无线传输方式也广泛应用于智能传感器。
§ 2.1.3 微传感器
三、典型微传感器
（1）压阻式微传感器 压阻式微压力传感器的原理结构及其截面 分别如右图所示。在硅基框架上形成有硅薄膜 层，通过扩散工艺在该膜层上形成半导体压敏 电阻，并用蒸镀法制成电极，构成电桥。根据 所采用蚀刻工艺不同，压阻式微压力传感器中 的硅膜片可做成圆形或方形结构。膜片一侧与 被测系统相连接，称为“高压腔”，另一侧为 “低压腔”，低压腔可与大气相连，可以参考 气压，也可抽成真空。根据压阻效应，膜片受 压力作用时，在膜片两侧形成压差，导致膜片 变形，引起压敏电阻的阻值变化，经与之相联 的电桥电路可将这种阻值变化转换为电桥输出 电压的变化（一般为几个毫伏）。
传感器PPT教学课件
热电阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于电阻随温度变化的原 理，常用于中低温测量。
集成温度传感器
将温敏元件、信号调理电 路等集成于一体，具有体 积小、响应快等优点。
压力传感器
压阻式压力传感器
利用压阻效应将压力转换为电阻变化 ，具有灵敏度高、线性度好等特点。
压电式压力传感器
电容式压力传感器
通过测量电容变化来反映压力大小， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点 。
智能安防
02
利用红外传感器、门窗磁感应器等监测家庭安全状况，及时发
现异常情况并报警。
智能家电
03
传感器在智能家电中广泛应用，如温度传感器在空调中调节室
内温度，湿度传感器在加湿器中控制室内湿度等。
汽车电子领域应用
汽车安全系统
利用碰撞传感器、加速度传感器等监测车辆行驶状态，及时触发安 全气囊、安全带预紧器等安全装置，保障驾乘人员安全。
网络化
传感器具有数字接口和通信协议，可方便地与计 算机或网络进行连接和通信。
物联网应用
传感器作为物联网的感知层设备，广泛应用于智 能家居、智能交通、智能农业等领域。
多功能化与复合化趋势
多功能化
一个传感器可以同时检测多个参数，如温度、湿度、压力等，实 现一机多用。
复合化
将不同功能的传感器进行组合和封装，形成复合传感器，提高检测 效率和精度。
转换元件
将敏感元件输出的物理量 转换为电信号。
测量电路
将转换元件输出的电信号 进行放大、处理、转换， 以便于显示、记录、控制 和处理。
传感器信号转换过程
传感器接收被测量，通过敏感元件转换为相应的物理量 。
转换元件将物理量转换为电信号，如电压、电流或电阻 等。
传感器原理及应用49020ppt课件
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6
一、传感器的定义
1、定义
所谓传感器是来自“感觉”一词
传感器技术属现代高新技术（电五官）
根据GB7665-87，【传感器】（Transducer ／Sensor）的定义为：
能感受规定的被测量并按一定规律转换成 可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件 和转换元件组成。
我国往往把“传感器”和“敏感元件”等同使 用
如：位移传感器、速度传感器、加速 度传感器、力传感器、压力传感器、 流速传感器、温度传感器、光强传感 器、湿度传感器、粘度传感器、浓度 传感器、…。
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31
传感器的分类
2、按传感器工作机理分类
此种分类方法能表示输入变量和输出变 之间的关系。
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32
传感器的分类
2、按传感器工作机理分类－续1
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28
烟尘浊度测量
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29
传感器与遥感技术
飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波 船舶：超声波传感器
微波
红外接收传感器
地面
红外线分布差异 矿藏埋藏地区
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30
二、传感器的分类
1、按传感器输入量（用途）分类
生产厂家往往按输入量分类，以向户 提供基本的使用信息。
11
自动检测与自动控制系统
在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上 设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小 时在线监测系统。
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12
石化企业输油管道、储油罐等压力容器的 破损和泄露检测
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13
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14
《传感器应用技术》课件
总结
1 应用技术的优势
传感器应用技术能够实现智能化控制、提高效率和安全性，推动社会发展和产业升级。
2 应用技术的挑战
传感器应用技术面临着可靠性、成本、标准化等挑战，需要不断创新和改进。
3 发展趋势
未来，传感器应用技术将朝着智能化、互联化和可持续发展的方向发展。
传感器的原理
传感器的工作原理是基于物理现象或化学反应，并将其转换成可以测量的信 号。 常见的传感器原理包括电阻、电磁感应、压力、光电、温度、声音等。
传感器的应用
工业自动化
传感器在工业生产中起着关键作用，用于监测和控制各种参数，提高生产效率与质量。
智能家居
传感器在智能家居系统中用于自动化控制、安全监测和能源管理，提供更智能、便捷和舒适 的居家环境。
选型案例
通过典型传感器的选型案例， 了解如何根据应用需求选择最 合适的传感器。
传感器的发展趋势Βιβλιοθήκη 1技术的发展历程传感器技术经历了长足的发展，不断推动着各行各业的创新和进步。
2
技术的发展趋势
随着物联网、人工智能和大数据的发展，传感器技术将更加智能化、多样化和高效化。
3
应用的前景
未来，传感器将在智能城市、智能交通、环境监测等领域发挥更广泛的作用。
智能医疗
传感器在医疗设备和监护系统中发挥重要作用，用于监测患者的生理参数，提供实时数据和 诊断支持。
传感器选择与设计
参数选择
在选择传感器时，需要考虑适 用范围、精度、响应速度等参 数，以满足特定应用的需求。
设计要点
在传感器设计中，需要考虑电 路设计、信号处理、防护措施 等关键因素，以确保性能和可 靠性。
《传感器应用技术》PPT 课件
感谢大家来参加《传感器应用技术》PPT课件。在本课程中，我们将深入了解 传感器的定义、原理和应用，以及传感器选择和设计的要点。让我们一起探 索传感器技术的未来发展趋势！
传感器技术及应用课件
2、光纤传感器的分类
光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类
1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元 件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且 还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位 、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光 纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。
光源 接收
1
2
3
P
膜片反射式光纤压力传感器示意图
1 Y形光纤束 2 壳片 3 膜片
弹性膜片材料是恒弹性金属，如殷钢、铍青铜等。但金属材料的
弹性模量有一定的温度系数，因此要考虑温度补偿。若选用石英膜片，
则可减小温度的影响。
膜片的安装采用周边固定，焊接到外壳上。对于不同的测量范围，
可选择不同的膜片尺寸。一般膜片的厚度在0.05mm～0.2mm之间为宜。
三、光纤传感器的应用
（一）温度的检测 下图为一种简单的利用水银柱升降温度的光纤温度开关。可用于对
设定温度的控制，温度设定值灵活可变
1 23
4
水银柱式光纤温度开关 1 浸液 2 自聚焦透镜 3 光纤 4 水银
下图为利用双金属热变形的遮光式光纤温度计。当温度升高时，
双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光 强发生变化。这种形式的光纤温度计能测量10℃～50℃的温度。检测精 度约为0.5℃。它的缺点是输出光强受壳体振动的影响，且响应时间较 长，一般需几分钟。
3、光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定 方向电动势的光电效应。基于光生伏特效应的光 电元件：光电池等。
紫外光电管
《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。
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100 80 60 40 20
2021/3/11
0
光电流 I mA
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 光照强度 (lm)
硫化铅
硫化铊
硫化镉
1.5
3
18
波长 （A）
100
8
灵敏度 S ( %)
光敏电阻的频率特性
9
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管
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10
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管的工作原理
基于外光电效应、二次电子发射和电子光学基础上。在光电 倍增管的各倍增电极D1、D2、D3…和阳极上，依次有逐渐增高 的正电压，即阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增电极的电位 依次升高，阳极电位最高，而且相邻两极之间电压应使二次发射 系数大于1。在入射光作用下，光电阴极发射的光电子在D1电场 作用下，以高速向倍增电极D1打去，产生二次发射，于是更多的 二次发射电子又在D2电场作用下，射向第二倍增电极，激发更多 的次发射电子，如此下去，一个光电子将激发更多的二次发射电 子，如此不断倍增，最后阳极收集到的电子数将达到阴极发射电 子数的105～106倍，即光电倍增管的放大倍数可达到几万倍到 几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万到几百万 倍。因此，在很微弱的光照下，光电倍增管也能产生很大的光电
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（1）光敏电阻的原理和结构。
光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，因
而其导电性能增强而电阻R0值下降，所以流
过负载电阻RL的电流
半导体
及其两端电压会发生变
电极
化。一般而言，光线越
强，电流越大。当光照
停止时，光电效应会立
玻璃底板
即消失，电阻又恢复原
值。
VCC
检流计
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光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。
当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
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25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
流。
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11
7.1.2 外光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1)倍增系数M。
（2)光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
2021/3/11
25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
12
7.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
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16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅 硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
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光敏电阻的频率特性
光敏电阻的光谱特性 。
Sr 灵敏度 (%)
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4
特点
光的波长越短，即频率越高，其光子的 能量也越大；反之，光的波长越长，其 光子的能量也就越小。不同颜色的光子 由于其光波频率不同其能量也是不同的， 绿光光子比红光光子具有更多的能量， 照射在物体上可看作是一连串具有能量
为E的粒子轰击在物体上。光子与物质间
的连接体是电子。
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16
锑铯阴极光电管
12
8 银氧铯阴极光电管
4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 光通量Ф（lm）
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8
7.1.2 外光电效应器件
光电管的光谱特性曲线
0.5
红光 红外线区 0.4
相对灵敏度（%）
0.3
0.2
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
银氧铯光电阴极
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1.0 波长(m)
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2
7.1 光电传感器
7.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。
光子是具有一定能量的微粒，是以光速
运动的粒子流。每一个光子都具有一定
的能量，它的能量大小E与其频率 成正
比。
E
h
hc
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3
7.1.1 光电效应
5
7.1.2 外光电效应器件
光电管
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6
7.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A) 4
0.1 lm
3
0.05 lm
2
0.02 lm
1
0
20
40
60
80
100 UA（V）
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7.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I (A)
第7章 光电式传感器
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1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
8
0
+20℃
6
-20℃
40
0 2
0
0
1.0 2.0 3.0 4.0
波长（μm）
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20
2．光敏晶体管
光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极 管、光敏晶闸管，它们的工作原理是基 于内光电效应。光敏三极管的灵敏度比 光敏二极管高，但频率特性较差，目前 广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、 光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、 光电读出装置等场合。光敏晶闸管主要 应用于光控开关电路
0 6
0
4
0
2
0
0
10
暗电阻、亮电阻与光电流。
硫化铅
硫化镉
100 1000 10000 频率（Hz）
光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电 阻，此时流过的电流称为亮电流。在没 有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此 时流过的特性。
灵敏度 (%)
100