第7章光电式传感器
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盗、光谱仪、红外测温仪、热象仪、红外遥感 技术等。
第7章光电式传感器
二、 光子探测器
光以光速c传播，其波长 c/f 光是一种称为光子的物质组成，兼有波和粒子的特性。 光是一种电磁波，其能量E和振荡频率的关系为频率越 高，能量越大。 E=hf
普朗克常数: h=6.62610 –34 (J·s) 光电效应：物体吸收能量为E的光后产生的电效应。 外光电效应：当物体在光的作用下能使物体中的电子 从物体表面逸出的现象。如金属和金属氧化物。 内光电效应：当物体在光的作用下所释放的电子不逸 出物体表面，而只在物体内部运动并使其电特性发生 变化。常在半导体材料内。
第7章光电式传感器
第二节 光电器件
光电器件的作用是将光信号变为电信号。
可分为： *热探测器：光 温度 电
基于光辐射与物质相互作用的热效应能接收 超低能量的光子，尤其适用红外探测。 *光子探测器：光 电 基于一些物质的光电效应。
第7章光电式传感器
一、热探测器
（一）测辐射热电偶 （二）测辐射热敏电阻 （三）热释电探测器 敏感部分为（陶瓷）铁电材料。应用于防火、防
其波长也称为临界波长。
K
hc A0
第7章光电式传感器
光电管的结构和工作原理
真空光电管结构如图，在一个真空泡内装有两 个电极：光电阴极和光电阳极。
第7章光电式传感器
光电倍增管结构如图。 光电转换分为光电发射 和电子倍增两个过程
第7章光电式传感器
（二）光电导型（内，半导体）
在光线作用下其电阻值往往变小，这种现象称为光 导效应。 具有这种性质的材料称为光敏电阻，也叫光导管。
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用
人体额温测量
耳温仪
集成IC 温度测量
第7章光电式传感器
用于食品温度测量
利用红色激光瞄准被 测物（电控柜、天花 板内的布线层）
第7章光电式传感器
光幕应用（续）
长度 测量
宽度 测量
三维尺寸检测
第7章光电式传感器
高度 测量
光幕应用（续）
光幕可 检测出带材 在卷曲过程 中的偏移， 经控制器和 执行机构使 带材向正确 的方向运动 （纠偏）。
第7章光电式传感器
纠偏
辐射式光电传感器
激光仅用于瞄准
红外线辐射温度计外形
市售的红外辐射温度计的第温7章光度电式范传感围器 可以从-30℃~3000℃。
第7章光电式传感器
光敏电阻演示
当光敏电阻 受到光照时， 光生电子—空 穴对增加，阻 值减小，电流 增大。
第7章光电式传感器
（三）光电导结型（内，半导体）
有光敏二极管和光敏三极 管等。光敏三极管比相应 的二极管的光电流大（1 + ）倍。如硅二极管在 照度1000lx 时，约 0.03A，而硅三极管有 约3mA的光电流。 还有雪崩二极管、PIN结 构光电二极管。
第7章光电式传感器
吸收式光电传感器
报警
光电式浊度计和含沙量测量 第7章光电式传感器
烟雾
烟雾报警器
反射式光电传感器
光电转速表
浊度计
光电自动门
表面质量
第7章光电式传感器
遮光式光电传感器
当带材处于 正确位置（中间 位置）时，放大 器输出电压Uo为 零；当带材左偏 时，遮光面积减 小，输出电压反 映了带材跑偏的 方向及大小。
第7章光电式传感器
光敏二极管、光敏三极管外形
第7章光电式传感器
（四）光电伏特型（半导体）
是自发电式的，有源器 件。即是说，受光照射 时就产生一定方向的电 动势，而不需要外部电 源。这种因光照而产生 电动势的现象称为光生 伏特效应。 用可见光作光源的光电 池是最常用的光生伏特 型元件。它是大面积的 pn结。
第七章 光电式传感器
本章要点: 1）光电器件的特性和选择、光电传感器设计原 理及应用 2）光纤传感器原理和典型应用举例 3）莫尔条纹现象和重要特性、光栅传感器工作 原理及应用方法
第7章光电式传感器
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成 电信号。 优点：由于光电测量方法灵活多样，可测 参数众多，一般情况下具有非接触、高精 度、高分辨力、高可靠性和反应快。 应用：在检测和控制领域中获得了广泛的 应用，加之激光光源、光栅、光学码盘、 CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功 应用，使得光电传感器的内容极其丰富。
第7章光电式传感器
第一节 光源
大多数光电传感器都离不开光源，选择时要考虑 波长、谱分布、体积、造价、功率等因素。 一、热辐射光源（钨丝白炽灯） 二、气体放电光源（低压汞灯、氢灯、钠灯、镉 灯、氦灯） 三、电致发光器件——发光二极管 四、激光器 （一）固体激光器 （二）气体激光器 （三）半导体激光器
第7章光电式传感器
Hale Waihona Puke Baidu
（二）半导体光电元件的测量电路
第7章光电式传感器
四、一般形式的光电传感器及应用
（一）模拟式光电传感器
其工作原理是基于光电元件 的光电特性，其光通量是随 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。 （1）吸收式（混浊度计等） （2）反射式（表面粗糙度等） （3）遮光式 （4）辐射式（高温计等）
**CCD和PSD第后7章叙光电式传感器
光电池外形 较大电流的大面积光电池外形
光敏面
第7章光电式传感器
太阳能 硅光电池板
太阳能赛车
光电池在人造卫 星上的应用
太阳能发电
第7章光电式传感器
三、测量电路 （一）光电管的测量电路
1.真空光电管的测量电路
第7章光电式传感器
2.光电倍增管的测量电路
当测量稳定的辐射源时, 各电容可省去,此时往往 电源的正端接地。 当辐射源为脉冲通量时, 电源的负端接地。
第7章光电式传感器
（一）光电发射型（外光电效应）
根据爱因斯坦假设：一个光子的能量只能给一个电子。
光子具有的能量E必须大于该物质表面的逸出功A0， 这时逸出表面的电子就具有动能
Ek2 1m2 0vh fA0
光电子逸出时所具有的初始动能EK与光的频率有关。
能激发电子逸出的频率限称为“红限”， fkA0/h
光电传感器 光电式带材跑偏检测器
第7章光电式传感器
光幕
两个柱形结 构相对而立，每 隔数十毫米安装 一对发光二极管 和光敏接收管， 形成光幕，当有 物体遮挡住光线 时，传感器发出 报警信号。
第7章光电式传感器
光幕应用
当有物 体遮挡住光 线时，传感 器发出报警 信号，起保 护、预警等 作用。
光线被遮断（报警）
第7章光电式传感器
二、 光子探测器
光以光速c传播，其波长 c/f 光是一种称为光子的物质组成，兼有波和粒子的特性。 光是一种电磁波，其能量E和振荡频率的关系为频率越 高，能量越大。 E=hf
普朗克常数: h=6.62610 –34 (J·s) 光电效应：物体吸收能量为E的光后产生的电效应。 外光电效应：当物体在光的作用下能使物体中的电子 从物体表面逸出的现象。如金属和金属氧化物。 内光电效应：当物体在光的作用下所释放的电子不逸 出物体表面，而只在物体内部运动并使其电特性发生 变化。常在半导体材料内。
第7章光电式传感器
第二节 光电器件
光电器件的作用是将光信号变为电信号。
可分为： *热探测器：光 温度 电
基于光辐射与物质相互作用的热效应能接收 超低能量的光子，尤其适用红外探测。 *光子探测器：光 电 基于一些物质的光电效应。
第7章光电式传感器
一、热探测器
（一）测辐射热电偶 （二）测辐射热敏电阻 （三）热释电探测器 敏感部分为（陶瓷）铁电材料。应用于防火、防
其波长也称为临界波长。
K
hc A0
第7章光电式传感器
光电管的结构和工作原理
真空光电管结构如图，在一个真空泡内装有两 个电极：光电阴极和光电阳极。
第7章光电式传感器
光电倍增管结构如图。 光电转换分为光电发射 和电子倍增两个过程
第7章光电式传感器
（二）光电导型（内，半导体）
在光线作用下其电阻值往往变小，这种现象称为光 导效应。 具有这种性质的材料称为光敏电阻，也叫光导管。
红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用
人体额温测量
耳温仪
集成IC 温度测量
第7章光电式传感器
用于食品温度测量
利用红色激光瞄准被 测物（电控柜、天花 板内的布线层）
第7章光电式传感器
光幕应用（续）
长度 测量
宽度 测量
三维尺寸检测
第7章光电式传感器
高度 测量
光幕应用（续）
光幕可 检测出带材 在卷曲过程 中的偏移， 经控制器和 执行机构使 带材向正确 的方向运动 （纠偏）。
第7章光电式传感器
纠偏
辐射式光电传感器
激光仅用于瞄准
红外线辐射温度计外形
市售的红外辐射温度计的第温7章光度电式范传感围器 可以从-30℃~3000℃。
第7章光电式传感器
光敏电阻演示
当光敏电阻 受到光照时， 光生电子—空 穴对增加，阻 值减小，电流 增大。
第7章光电式传感器
（三）光电导结型（内，半导体）
有光敏二极管和光敏三极 管等。光敏三极管比相应 的二极管的光电流大（1 + ）倍。如硅二极管在 照度1000lx 时，约 0.03A，而硅三极管有 约3mA的光电流。 还有雪崩二极管、PIN结 构光电二极管。
第7章光电式传感器
吸收式光电传感器
报警
光电式浊度计和含沙量测量 第7章光电式传感器
烟雾
烟雾报警器
反射式光电传感器
光电转速表
浊度计
光电自动门
表面质量
第7章光电式传感器
遮光式光电传感器
当带材处于 正确位置（中间 位置）时，放大 器输出电压Uo为 零；当带材左偏 时，遮光面积减 小，输出电压反 映了带材跑偏的 方向及大小。
第7章光电式传感器
光敏二极管、光敏三极管外形
第7章光电式传感器
（四）光电伏特型（半导体）
是自发电式的，有源器 件。即是说，受光照射 时就产生一定方向的电 动势，而不需要外部电 源。这种因光照而产生 电动势的现象称为光生 伏特效应。 用可见光作光源的光电 池是最常用的光生伏特 型元件。它是大面积的 pn结。
第七章 光电式传感器
本章要点: 1）光电器件的特性和选择、光电传感器设计原 理及应用 2）光纤传感器原理和典型应用举例 3）莫尔条纹现象和重要特性、光栅传感器工作 原理及应用方法
第7章光电式传感器
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成 电信号。 优点：由于光电测量方法灵活多样，可测 参数众多，一般情况下具有非接触、高精 度、高分辨力、高可靠性和反应快。 应用：在检测和控制领域中获得了广泛的 应用，加之激光光源、光栅、光学码盘、 CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功 应用，使得光电传感器的内容极其丰富。
第7章光电式传感器
第一节 光源
大多数光电传感器都离不开光源，选择时要考虑 波长、谱分布、体积、造价、功率等因素。 一、热辐射光源（钨丝白炽灯） 二、气体放电光源（低压汞灯、氢灯、钠灯、镉 灯、氦灯） 三、电致发光器件——发光二极管 四、激光器 （一）固体激光器 （二）气体激光器 （三）半导体激光器
第7章光电式传感器
Hale Waihona Puke Baidu
（二）半导体光电元件的测量电路
第7章光电式传感器
四、一般形式的光电传感器及应用
（一）模拟式光电传感器
其工作原理是基于光电元件 的光电特性，其光通量是随 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。 （1）吸收式（混浊度计等） （2）反射式（表面粗糙度等） （3）遮光式 （4）辐射式（高温计等）
**CCD和PSD第后7章叙光电式传感器
光电池外形 较大电流的大面积光电池外形
光敏面
第7章光电式传感器
太阳能 硅光电池板
太阳能赛车
光电池在人造卫 星上的应用
太阳能发电
第7章光电式传感器
三、测量电路 （一）光电管的测量电路
1.真空光电管的测量电路
第7章光电式传感器
2.光电倍增管的测量电路
当测量稳定的辐射源时, 各电容可省去,此时往往 电源的正端接地。 当辐射源为脉冲通量时, 电源的负端接地。
第7章光电式传感器
（一）光电发射型（外光电效应）
根据爱因斯坦假设：一个光子的能量只能给一个电子。
光子具有的能量E必须大于该物质表面的逸出功A0， 这时逸出表面的电子就具有动能
Ek2 1m2 0vh fA0
光电子逸出时所具有的初始动能EK与光的频率有关。
能激发电子逸出的频率限称为“红限”， fkA0/h
光电传感器 光电式带材跑偏检测器
第7章光电式传感器
光幕
两个柱形结 构相对而立，每 隔数十毫米安装 一对发光二极管 和光敏接收管， 形成光幕，当有 物体遮挡住光线 时，传感器发出 报警信号。
第7章光电式传感器
光幕应用
当有物 体遮挡住光 线时，传感 器发出报警 信号，起保 护、预警等 作用。
光线被遮断（报警）