第十章 光电式传感器
合集下载
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。
传感器教程9光电式传感器课件
光电式传感器还具有防水、防尘和防震等特点，能够在各种恶劣环境下稳定运行。
光电式传感器在医疗设备中的应用
光电式传感器在医疗设备中主 要用于检测生理参数，如血压 、脉搏、血氧饱和度等。
它们能够实现无创、无痛、连 续监测，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器还具有小型化、 便携化和低功耗等特点，方便 在移动医疗设备中使用。
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，从而实现对物理量的检测 和测量。
光电式传感器通常由光敏元件和辅助电路组成。当光敏元件受到光照时，会产生 电信号，该信号经过辅助电路的处理和放大，最终输出可用的电信号。
光电式传感器分类
光电式传感器有多种分类方式，常见 的有根据工作方式、测量对象和应用 领域等分类。
光电式传感器的制作材料与工艺
材料
常用的制作材料包括硅、锗、硒 等半导体材料，这些材料具有光 电效应，能够将光信号转换为电 信号。
工艺
制作工艺主要包括薄膜沉积、光 刻、腐蚀等微电子技术，这些技 术能够制造出高精度的光电式传 感器。
光电式传感器的封装与测试
封装
封装的主要目的是保护传感器免受环 境的影响，同时提供方便的接口，以 便将传感器连接到电路中。
拓展应用领域 通过研究和开发新的光电式传感 器应用领域，如生物医学、环境 监测等，拓展其应用范围。
降低成本
通过优化制造工艺和使用更低成 本的材料，降低光电式传感器的 制造成本，使其更具有市场竞争 力。
增强抗干扰能力
通过改进光学系统和信号处理算 法，提高光电式传感器的抗干扰 能力，使其在复杂环境下也能够 稳定工作。
在医疗设备领域，光电式传感器主要 用于检测生理参数，如血压、脉搏、 血氧饱和度等，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器在医疗设备中的应用
光电式传感器在医疗设备中主 要用于检测生理参数，如血压 、脉搏、血氧饱和度等。
它们能够实现无创、无痛、连 续监测，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器还具有小型化、 便携化和低功耗等特点，方便 在移动医疗设备中使用。
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，从而实现对物理量的检测 和测量。
光电式传感器通常由光敏元件和辅助电路组成。当光敏元件受到光照时，会产生 电信号，该信号经过辅助电路的处理和放大，最终输出可用的电信号。
光电式传感器分类
光电式传感器有多种分类方式，常见 的有根据工作方式、测量对象和应用 领域等分类。
光电式传感器的制作材料与工艺
材料
常用的制作材料包括硅、锗、硒 等半导体材料，这些材料具有光 电效应，能够将光信号转换为电 信号。
工艺
制作工艺主要包括薄膜沉积、光 刻、腐蚀等微电子技术，这些技 术能够制造出高精度的光电式传 感器。
光电式传感器的封装与测试
封装
封装的主要目的是保护传感器免受环 境的影响，同时提供方便的接口，以 便将传感器连接到电路中。
拓展应用领域 通过研究和开发新的光电式传感 器应用领域，如生物医学、环境 监测等，拓展其应用范围。
降低成本
通过优化制造工艺和使用更低成 本的材料，降低光电式传感器的 制造成本，使其更具有市场竞争 力。
增强抗干扰能力
通过改进光学系统和信号处理算 法，提高光电式传感器的抗干扰 能力，使其在复杂环境下也能够 稳定工作。
在医疗设备领域，光电式传感器主要 用于检测生理参数，如血压、脉搏、 血氧饱和度等，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
《光电式传感器》PPT课件
光电式传感器
.
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。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
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
2020/12/6
.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
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
2020/12/6
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
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
.
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。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
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
2020/12/6
.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
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
2020/12/6
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
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
光电式传感器的组成原理ppt课件
光线强弱 影响放大倍数
光线增强 PN导通 负电压输入
I
光线增强 短路电路
增大
U0 2I RF
应用
光学量：光强、光照度、辐射、气体成分 几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误 差 力学量：应变、速度、加速度、振动、流量、密度 生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记
光电管研究光电效应
1.在光源灯固定L的情况下，画出光电管的伏安特性曲线 2.光源灯距离为L’（ L’>L）时的伏安特性曲线
光电式数字转速表
c ZTN 60
光电比色计
用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
受检样品
凸透镜 光源 凸透镜 标准样品
光电池
滤色
差值
滤色
差动放大器 显示仪表
光电池
光电式带材跑偏检测器
烟尘浊度监测仪
BG4
+12V
光电池触发电路
C2 C1 R1
+12V W
R4
R2
18 7
2 5G23
6
3 R3 4
5 C3 R5
-12V
光电池放大电路
路灯自动控制器
220V
CJD-10
路灯
8V C1 200μF
200Cμ2 F
R7 10kΩ
R1 470kΩ
R2 200kΩ
R3 10kΩ
R4
R5
100μF
4.3kΩ
平行 光源
烟道
光电 探测
放大
显示
刻度 校正
报警器
太阳能电池
调节控制器
阻塞二极管
太阳 电池 方阵
直 流 负 载
逆 变 器
《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
光电式传感器优秀优秀课件
如图9-2为光电倍增管的典型结构。它是一个除在玻璃 泡内装入光电阴极和光电阳极外，还装有若干个光电倍增 极，且在光电倍增极上涂以在电子轰击下可发射更多次级 电子的材料，倍增极的形状及位置要正好能使轰击进行下 去，在每个倍增极间均依次增大加速电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
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。
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。
光电式传感器的应用课件
详细描述
光电式传感器可以用于机器人视觉系统中，以识别物体的 颜色和形状。例如，颜色传感器可以通过检测物体表面的 颜色来识别不同物体，而形状传感器则可以识别物体的轮 廓和特征。
总结词
实现导航和定位
总结词
实现人机交互
详细描述
光电式传感器可以用于实现人机交互，例如触摸传感器可 以检测人的触摸动作，而光敏传感器则可以检测人的手势 和动作。
医疗诊断
医疗设备检测
光电式传感器可以用于医疗设备 的检测与控制，提高医疗设备的 稳定性和安全性。
医学影像处理
光电式传感器可以用于医学影像 的获取和处理，为医生提供更准 确、更直观的诊断依据。
03
光电式传感器在工业自动化中的应用案例
光电式传感器在生产线上的应用
总结词
检测物体位置和运动速度
详细描述
详细描述：光电式传感器在气象观测中主要用于测量风速、风向、雨量等参数。 由于其精度高、稳定性好，能够为气象预报提供准确的数据支持。
光电式传感器在水质监测中的应用
总结词：实时监测
详细描述：光电式传感器可以实时监测水质的各项指标，如浊度、溶解氧、PH值等，为水质管理和保 护提供及时的信息。
光电式传感器在空气质量监测中的应用
光电式传感器在消防报警系统中的应用
总结词
光电式传感器在消防报警系统中具有 重要作用，能够及时检测到火灾并发 出警报，减少火灾损失。
详细描述
光电式传感器在消防报警系统中主要 用于烟雾探测器、火焰探测器等设备 ，能够及时检测到火灾并发出警报， 提醒人员及时疏散和采取灭火措施， 减少火灾损失。
光电式传感器在入侵检测系统中的应用
光电式传感器的应用课件
目
CONTENCT
传感器技术课件-光电式传感器
传感器内部组件和信号传输路 径的图解。
发射器和接收器的原理和作用
光电式传感器通常由发射器和接收器组成。发射器发出光信号，接收器接收被物体反射或透过的光信号， 并转换为电信号进行处理和分析。
发射器
发出特定波长的光，并通过透明或反射介质照 射到目标物体上。
接收器
接收被物体反射或透过的光信号，并将其转换 为电信号进行处理和分析。
光电式传感器的响应时间
光电式传感器的响应时间是指从接收到输入信号到输出信号变化的时间。快速响应时间对于实时控制 和测量非常重要。
1
短响应时间
光电式传感器通常具有快速的响应时间，能够即时检测和响应变化。
2
微秒级别
一些高速光电式传感器甚至能够在微秒级别的时间内完成响应。
3
应用领域
广泛应用于高速测量、快速反应控制和精确定位等领域。
用于气体检测、水质监测和灰尘控制。
光电式传感器的特点和优势
高精度
2 非接触式
可提供精确的测量和控制结果。
无需物理接触目标物体，减少磨损和污染。
3 快速响应
具有快速的感应和响应时间。
光电式传感器的原理图解
电路
传感器的工作原理以及与其他 电子设备的连接。
组成
传感器的核心组件和工作流程 的图解。
结构
传感器技术课件-光电式 传感器
本课件将介绍光电式传感器的工作原理、分类、应用场景以及特点和优势。 我们还将讨论光电式传感器的信号处理、响应时间、精度和灵敏度，以及常 见故障与解决方法。
传感器的基本原理
传感器通过感知环境中的物理量、化学量或生物量，并将其转换为可用的信号。基本原理包括电阻、 电容、磁性和光电效应等。
1
电阻
发射器和接收器的原理和作用
光电式传感器通常由发射器和接收器组成。发射器发出光信号，接收器接收被物体反射或透过的光信号， 并转换为电信号进行处理和分析。
发射器
发出特定波长的光，并通过透明或反射介质照 射到目标物体上。
接收器
接收被物体反射或透过的光信号，并将其转换 为电信号进行处理和分析。
光电式传感器的响应时间
光电式传感器的响应时间是指从接收到输入信号到输出信号变化的时间。快速响应时间对于实时控制 和测量非常重要。
1
短响应时间
光电式传感器通常具有快速的响应时间，能够即时检测和响应变化。
2
微秒级别
一些高速光电式传感器甚至能够在微秒级别的时间内完成响应。
3
应用领域
广泛应用于高速测量、快速反应控制和精确定位等领域。
用于气体检测、水质监测和灰尘控制。
光电式传感器的特点和优势
高精度
2 非接触式
可提供精确的测量和控制结果。
无需物理接触目标物体，减少磨损和污染。
3 快速响应
具有快速的感应和响应时间。
光电式传感器的原理图解
电路
传感器的工作原理以及与其他 电子设备的连接。
组成
传感器的核心组件和工作流程 的图解。
结构
传感器技术课件-光电式 传感器
本课件将介绍光电式传感器的工作原理、分类、应用场景以及特点和优势。 我们还将讨论光电式传感器的信号处理、响应时间、精度和灵敏度，以及常 见故障与解决方法。
传感器的基本原理
传感器通过感知环境中的物理量、化学量或生物量，并将其转换为可用的信号。基本原理包括电阻、 电容、磁性和光电效应等。
1
电阻
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 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。
Eh hc
3
9.1.1 光电效应
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。
光电式传感器的原理与应用课件PPT
➢ (2) 内光电效应:在光线作用下,使物体的电阻率改变的 现象。基于内光电效应原理的器件属于半导体光电元 件,有光敏电阻、光敏晶体管等。
➢ (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。
返回
上一页
下一页
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
返回
上一页
下一页
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
返回
硫化铅的光谱温度特性
上一页
下一页
17
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。
返回
(a)结构示意图和图形符号 (b)基本电路
光敏二极管
上一页
下一页
18
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。
上一页
下一页
15
(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。
➢ (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。
返回
上一页
下一页
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
返回
上一页
下一页
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
返回
硫化铅的光谱温度特性
上一页
下一页
17
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。
返回
(a)结构示意图和图形符号 (b)基本电路
光敏二极管
上一页
下一页
18
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。
上一页
下一页
15
(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。
光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料...
三、光电效应
是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能 量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于 光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两 大类
1、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）
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。 根据能量守恒定理
GaP λp=565nm
GaAsP
λp=670nm
GaAs
λp=950nm
GaAsP λp=655nm
0.4
0.2
0
600
700
800
900
发光二极管的光谱特性
1000λ/nm
4、激光器
激光是20世纪60年代出现的最重大科技成就之 一，具有高方向性、高单色性和高亮度三个重 要特性。激光波长从0.24μm到远红外整个光 频波段范围。 激光器种类繁多，按工作物质分类：
气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯1/2—1/3。
3、发光二极管LED（Light Emitting Diode）
由半导体PN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿 命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。
在半导体PN结中，P区的空穴由于扩散而移动到N 区，N区的电子则扩散到P区，在PN结处形成势垒，从 而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向 电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P 区注入到N区，称为少数载流子注入。所注入到P区里 的电子和P区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和N区 里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能 量，因而有发光现象。
- 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)。
第十章 光电式传感器
光电式传感器的工作过程
被测量——光量——电量
光电式传感器被测量的认知过程
电量——光量——被测量
光电式传感器的应用分类
模拟式 脉冲式
第十章 光电式传感器
外光电效应
在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象 应用：光电管、光电倍增管等
内光电效应
在光线作用下能使物体电阻率改变的现象 应用：光敏电阻
10.4 光敏二极管和光敏晶体管
光敏晶体管
10.4 光敏二极管和光敏晶体管
光敏晶体管
光敏晶体管能在把光信号转换为电信号的同 时，又将信号电流加以放大 当集电极加上相对于发射极为正的电压而不 接基极时，基极－集电极结就是反向偏压 当光照在基－集结上，就会形成光电流输入 到基极，由于基极电流增加，集电极电流是 光生电流的β倍，实现放大 光敏晶体管的基极一般不接引线，许多光敏 晶体管只有集电极和发射极两端有引线
10.3.4 光敏电阻的基本特性
光电导的驰豫现象通 常用响应时间表示。 响应时间又分为上升 和下降时间，它们是 表征光敏电阻性能的 重要参数 光敏电阻的响应时间 光照的强度有关，光 照越强，响应时间越 短 不同材料的的光敏电 阻具有不同的响应时 间，它们的频率特性 也就不尽相同
10.3.4 光敏电阻的基本特性
Байду номын сангаас电池应用
光电池应用
光电式纬线探测器是应用于喷气织机上， 判断纬线是 否断线的一种探测器。当纬线在喷气作用下前进时， 红外发射管VD发出的红外光，经纬线反射，由光电池 接收，如光电池接收不到反射信号时，说明纬线已断。 因此利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉 冲整形等，控制机器正常运转还是关机报警。 由于纬线线径很细，又是摆动着前进，形成光的 漫反射， 削弱了反射光的强度，而且还伴有背景杂散 光，因此要求探纬器具备高的灵敏度和分辨力。为此， 红外发光管VD采用占空比很小的强电流脉冲供电，这 样既保证发光管使用寿命， 又能在瞬间有强光射出， 以提高检测灵敏度。一般来说，光电池输出信号比较 小，需经放大、脉冲整形以提高分辨力。
10.3.3 光敏电阻的主要参数
暗电阻
光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一段时间测 量的电阻值 暗电阻时流过的电流，称为暗电流
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 光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小，性能越好
10.3.4 光敏电阻的基本特性
温度特性
光敏电阻受温度的影 响较大，当温度升高 时，它的暗电阻和灵 敏度都下降 温度对光敏电阻的光 谱特性也有很大影响， 温度升高，光谱响应 峰值向短波方向移动
10.3.4 光敏电阻的基本特性
稳定性
初制成的光敏电阻，由于其内部组织的不稳 定性以及其他原因，光电特性是不稳定的。 当受到光照和外接负载后，其灵敏度有明显 下降 在人为地加温、光照和加负载的情况下，经 过一定时间的老化，光电性能逐渐趋向稳定 后就基本不变了
光敏三极管应用
光敏三极管应用
由于煤气是易燃、易爆气体，所以对燃气器具中的点 火控制器的要求是安全、稳定、可靠。为此电路中有 这样一个功能， 即打火确认针产生火花，才可打开燃 气阀门；否则燃气阀门关闭， 这样就保证使用燃气器 具的安全性。 在高压打火时，火花电压可达一万多伏，这个脉 冲高电压对电路工作影响极大，为了使电路正常工作， 采用光电耦合器VB进行电平隔离，大大增强了电路抗 干扰能力。当高压打火针对打火确认针放电时，光电 耦合器中的发光二极管发光， 耦合器中的光敏三极管 导通， 经V1、V2、V3放大，驱动强吸电磁阀，将气路 打开，燃气碰到火花即燃烧。 若高压打火针与打火确 认针之间不放电，则光电耦合器不工作，V1等不导通， 燃气阀门关闭。
光电开关
光电纠偏应用实例
光电式液位开关工作原理图
10.4.2 基本特性
光谱特性
光敏二极管与光敏晶体管均在某些特定波长 段有较大的相对灵敏度
10.4.2 基本特性
伏安特性
光敏晶体管的光电流远大于相同管型的二极管 零偏压时，二极管有光电流输出，而晶体管则没有
10.4.2 基本特性
光照特性
10.4.2 基本特性
温度特性
光敏晶体管的温度特性是指其暗电流及光电 流与温度的关系 温度变化对光电流影响较小，对暗电流影响 较大
信号检测与变换
第十章 光电式传感器
第十章 光电式传感器
主要内容： 光电管 光电倍增管 光敏电阻 光敏二极管和光敏三极管
第十章 光电式传感器
什么是光电式传感器？
光电式传感器是能将光能转换为电能的一种 器件，简称光电器件。它的物理基础是光电 效应。
光电式传感器的工作原理
用光电式传感器测量非电量时，首先要将非 电量的变化转换为光量的变化，然后通过光 电器件的作用（利用光电效应），再将光量 的变化转换为电量的变化，从而实现光电式 传感器非电量电测的目的。
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 光敏电阻都有最大 额定功率、最大额 定电流和最高工作 电压
10.3.4 光敏电阻的基本特性
光照特性
光敏电阻的光电流 与光强之间的关系 由于光敏电阻的光 照特性呈非线性， 因此它不宜作为测 量元件，一般在自 动控制系统中常用 作开关式光电信号 传感元件
光电式传感器应用的几种形式
光敏电阻应用
光敏电阻应用
硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路 图。 硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 M ， 亮电 阻为 0.2 M (光照度 0.01 W/m2下测试的)， 峰值响应波长为2.2µm。 硫化铅光敏电阻处于 V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为 6 V，电流约为 6µΑ。V2管集电极电阻两端并联 68 µF的电容， 可以抑制 100 Hz以上的高频， 使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3 构成二级负反馈互补放大器， 火焰的闪动信号 经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。 采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长 时间使用后，器件阻值的变化不致于影响输出 信号的幅度， 保证火焰报警器能长期稳定地工 作。
光电管的缺点
在入射光极为微弱时，能产生的光电流很小， 在测量电路中，容易受到噪声的影响
10.2 光电倍增管
光电倍增管由光电阴极、若干倍增极和 阳极三部分组成
入射光能在光电阴极激发电子 倍增极在受到一定数量的电子轰击后能释放 出更多的电子，称为“二次电子” 阳极将这些电子收集起来形成电流
10.3 光敏电阻
阻挡层光电效应
在光线作用下能使物体产生一定方向的电动 势的现象 应用：光电池、光敏晶体管等
10.1 光电管
光电管电极
光电阴极：在适当波长光线照射时发射电子 光电阳极：吸引电子
光电管的伏安特性曲线
10.1 光电管
真空光电管 充气光电管
惰性气体电离，增加灵敏度 优点：灵敏度高 缺点：灵敏度随阳极电压显著变化的稳定性、 频率特性比真空光电管差
10.4.2 基本特性
频率响应
光敏管的频率响应是指具 有一定频率的调制光照射 时，光敏管输出的光电流 随频率的变化关系 频率响应与本身的物理结 构、工作状态、负载以及 入射光波长等因素有关 光敏晶体管的截止频率与 它的基区厚度成反比关系
光电管实物图片
光电倍增管实物图片
光电池
光敏二极管
光敏晶体管
10.3.4 光敏电阻的基本特性
光谱特性
光谱特性体现光敏 电阻对不同波长的 光的不同灵敏度 在选择光敏电阻时 应根据光源来考虑
10.3.4 光敏电阻的基本特性
响应时间和频率特性
光电导的驰豫现象
光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流并不立刻上 升到最大饱和值，而光照去掉后，光电流也不立 刻下降到零，这说明光电流的变化对于光的变化 在时间上有一个滞后，这就是光电导的驰豫现象
10.4 光敏二极管和光敏晶体管
光敏二极管
光敏二极管在电路中一般处于反 向工作状态 在没有光照射时，反向电阻很大， 反向电流很小，此时的反向电流 称为暗电流 当PN结受到光照射时，PN结附 近产生光生电子和光生空穴对， 使少数载流子增加，因此通过PN 结的反向电流也随着增加 如果入射光照度变化，则通过外 电路的光电流强度也随之变化， 从而将光信号转换为电信号输出
光敏电阻的工作原理
光敏电阻是用光电导体制成的光 电器件，又称光导管，它是基于 半导体光电效应工作的 光敏电阻没有极性，是电阻器件 当无光照时，光敏电阻的暗电阻 很大，电路中电流很小；当受到 一定波长范围的光照时，它的阻 值（亮电阻）急剧减小，电路中 电流迅速增加
10.3 光敏电阻
光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光 谱特性，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。 因此在自动化技术中得到广泛的应用。