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。
A.偏振调制
B.共振调制
C.角度调制
D.振幅调制
15、利用外界因素对于光纤中光波相位的变化来探测各种物理量的传感器，称为( )。
A.相位调制型传感器
B.相位结合型传感器
C.相位振动型传感器
D.相位干涉型传感器
16、半导体激光发光是由( )之间的电子-空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。
A.原子
B.分子
C.离子
D.能带
17、固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型( )和玻璃作为工作物质的激光器。
A.石英晶体
B.高纯硅
C.绝缘晶体
D.压电晶体
18、利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器称为( )。
A.敏感型传感器
B.功能型传感器
C.传光型传感器
D.功敏型传感器
19、光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为( )。
A.光容型传感器
B.光感型传感器
C.传光型传感器
D.光敏型传感器
20、光纤振动传感器与其他光纤传感器一样，从原理上讲也可以分为两种类型，实际上，直接以( )作为振动信息的敏感元件,难以分离其他物理量变化产生的影响。
A.光纤
B.电压
C.电流
D.电阻
21、光纤是用( )作为主要原料的一种透明度很高的介质材料，广泛用于通信和传感器。
A.光刻玻璃
B.石英玻璃
C.光刻硅
D.钛铝合金
22、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（）
A．数值孔径反映了光纤的集光能力
B．光纤的数值孔径与其几何尺寸有关
C．数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易
D．数值孔径越大，光信号的畸变也越大
二、多项选择题
1、光纤传感器用的光纤主要有两种：（）
A.单模光纤
B.多模光纤
C.单晶光纤
D.多晶光纤
2、光纤传感器与传统传感器相比有许多特点，包括以下哪几种（）
A.灵敏度高
B.结构简单
C.耗电量小
D.绝缘性好
3、光探测器是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。光纤传感器对光探测器的要求包括以下那几个（）
A.线性好，按比例地将光信号转换为电信号
B.灵敏度高，能敏度微小的输入光信号，并输出较大的电信号
C.产品结构简单，易维护
D.性能稳定，噪声小
4、光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种（）
A.光电二极管
B.光电倍增管
C.光敏电阻
D.固体激光器
5、光纤医用传感器是用来测量人体和生物体内部有关医疗诊断等医学参量的光纤传感器，目前使用的有以下哪几种（）
A.光纤氧饱和度传感器
B.光纤pH值传感器
C.光纤体温计
D.光纤体压计
三、填空题
1、光电式传感器由及两大部分组成。
2、光敏电阻与之差称为光电流。
3、光电池与光敏二极管、光敏三极管都是PN界，主要区别在于后者的PN结
。
4、CCD的突出特点是以作为信号。
5、光纤工作的基础是。
6、光纤传感器技术是本世纪70年代末发展起来的一门崭新的技术，是传感器技术的新成就，光纤传感器技术是随着和的发展而形成的。
7、一般来说，固体激光器可以分为四个主要部分：工作物质、、谐振，冷却系统以及。
8、按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为、红外热释传感器、固体图像传感器和。
9、按照测量光路组成来看，光电式传感器可以分为、、辐射式和开关式光电传感器。
10、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的效应,这类元件有；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
四、简答题
1、什么是光电式传感器光电式传感器的基本工作原理是什么
2、光电式传感器的基本形式有哪些
3、什么是光电器件典型的光电器件有哪些
4、CCD的电荷转移原理是什么
5、什么是全反射光纤的数值孔径有何意义
6、何谓CCD势阱
7、光电器件有哪几种类型各有何特点
8、光在光纤中是怎样传输的对光纤及入射光的入射角有什么要求
9、试述光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光电池的工作原理。
10、简述什么是光电导效应光生伏特效应外光电效应这些光电效应的典型光电器件各自有哪些
11、简述光纤传感器的组成和工作原理。
12、请简述光导纤维传光原理。
13、请简述半导体光吸收型光纤温度传感器的工作原理。
14、什么是光电效应
15、光纤传感器技术是一门多学科性科学，涉及到的知识面很广泛，请列举至少四门这样的学科。
16、光导纤维有哪些优点光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些
17、光纤损耗是如何产生的它对光纤传感器有哪些影响
18、什么是光电效应和光电器件常用的光电器件有哪几大类试解释这几类光电器件各自的工作基础并举例。
五、计算题
1、试计算n1=,n2=的阶跃折射率光纤的数值孔径值。如光纤外部介质的n0=1，求最大入射角θc的值。
第10章 光电式传感器
一、单项选择题
1、D
2、A
3、B
4、C
5、C
6、D
7、D
8、D
9、C 10、C 11、D 12、A 13、D
14、A 15、D 16、D 17、C 18、B 19、C 20、A 21、B 22、B
二、多项选择题
1、AB
2、ABCD
3、ABD
4、ABC
5、ABCD
三、填空题
1、光路；电路
2、亮电流；暗电流
3、处于反向偏置
4、电荷
5、光的全反射
6、光导纤维；光通信技术
7、泵浦系统；滤光系统
8、光电效应传感器；光纤传感器
9、透射式；反射式 10、外光电；光电管、光电倍增管；内光电；光敏电阻；
四、简答题
1、答：光电式传感器（或称光敏传感器）：利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。
光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的，即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。
2、答：光电式传感器按测量光路组成来看，可分为4种基本形式：
透射式光电传感器
反射式光电传感器
辐射式光电传感器
开关式光电传感器
3、答：光电器件是将光能转变为电能的一种传感器件。是构成光电式传感器的主要部件。 典型的光电器件有基于外光电效应的光电管和光电倍增管，基于内光电效应的光电池、光敏电阻、光敏二极管以及光敏三极管。
4、答：CCD 器件基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS 光敏元，这些光敏元使用同一半导体衬底；氧化层均匀、连续；相邻金属电极间隔极小。任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动。为了保证信号电荷按确定的方向和路线转移，在MOS 光敏元阵列上所加的各路电压脉冲要求严格满足相位要求。
SiO 2
2
5、答：当入射角大于临界角时，光线就不会透过其界面而全部反射到光密介质内部，即发生全反射。
光纤的数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA越大，表面它可以在较大入射角范围内输入全反射光，集光能力就越强，光纤与光源的耦合越容易，且保证实现全反射向前传播。但NA越大，光信号的畸变也越大，所以要适当选择NA的大小。
6、答：如果MOS电容器中的半导体是P型硅，当在金属电极上施加一个正电压U g时，P 型硅中的多数载流子（空穴）受到排斥，半导体内的少数载流子（电子）吸引到P-Si界面处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区，也称CCD势阱。
7、答：光电器件有两种类型，一种是基于内光电效应的光电器件，一种是基于外光电效应的光电器件。
外光电效应光电器件是基于外光电效应的，当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。
内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象。这种效应可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。
8、答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质（纤芯）与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光疏介质，一部分反射回光密介质。
对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，且纤芯的折射率大于包层的折射率。
对入射角的要求是入射角小于临界角。
9、答：光敏电阻是基于光电导效应。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，
若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度， 就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低的现象。
光电池是基于光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池。
光敏二极管和光敏三极管是基于内光电效应中的光生伏特效应。
10、答：光电导效应是指在光线作用下，半导体材料吸收入射光子的能量，如果入射光子的能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，将激发出电子－空穴对，使载流子浓度增加，导电性增加，阻值降低的现象，如光敏电阻。
光生伏特效应是指在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象，如光电池。 外光电效应是指在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象，如光电管（光电二极管、光电晶体管）、倍增管。
11、答：光纤传感器由光源、（光纤或非光纤的）敏感元件、光纤、光探测器、信号处理系统等组成。
其工作原理：由光源发出的光通过源光纤引到敏感元件，被测参数（温度、压力、应变、振动等）作用于敏感元件，在光的调制区内，使光的某一性质（光强、波长/频率、相位、偏振态）受到被测量的调制，调制后的光信号经过接收光纤耦合到光探测器，将光信号转换为电信号，最后经过信号处理得到所需要的被测量。
12、答：当光线从折射率为1n n1的介质入射到折射率为2n 的介质时，在介质分界面上将产生折射现象。其规律是：入射角于折射角的正弦之比与两种介质的折射率成反比，即：1221sin sin n n φφ=，其中1n 是光纤纤芯的折射率，2n 是其包层介质的折射率。因为1n >2n ，则21φφ<，当入射角1φ增大到某一角度c φ时，折射率将等于90，这时入射光线不再进入包层介质，而开始产生全反射的入射角称为临界角，当1φ继续增大时，?>902φ，发生了全反射，于是光便在光纤中沿轴向前传播。这就是光纤的传光原理。不满足全反射条件的光线，由于在界面上只能部分反射，势必有一些能量会辐射到包层中去，致使光能量不能有效传播。通常能在波导再传播的光为传输模（导模），不能传播的光为辐射模。
13、答：半导体光吸收型光纤温度传感器利用半导体的光吸收响应随温度高低而变化的特性，根据透过半导体的光强变化检测温度。温度变化时，半导体的透光率亦随之变化。当温度升高时，其透过光强将减弱，测出光强变化就可知对应的温度变化。这类温度计的测温范围为-30℃—300℃。
14、答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现
象称为光电效应。
15、答：纤维光学、光电技术、弹性力学、电磁学、电子技术以及微型计算机技术等等。
16、答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。它的优点有：具有优良的传旋光性能，传导损耗小；频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好；能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送。
功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。
17、答：光纤损耗产生的原因有：①吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。
它对光纤传感器的影响有：①弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲；②微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。
18、答：所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件。
常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。
外光电效应器件的工作基础是基于外光电效应。所谓外光电效应，是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。
内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应，是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象，它可分为光导效应和光生伏特效应。内光电效应器件主要有：光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管。
五、计算题
1
、解：NA Sin c0.17
10
θ
=====
1
Sin c
n
θ==
c arcsin0.17=9.8θ==
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。 A.偏振调制 B.共振调制 C.角度调制 D.振幅调制 15、利用外界因素对于光纤中光波相位的变化来探测各种物理量的传感器，称为( )。 A.相位调制型传感器 B.相位结合型传感器 C.相位振动型传感器 D.相位干涉型传感器 16、半导体激光发光是由( )之间的电子-空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.原子 B.分子 C.离子 D.能带 17、固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型( )和玻璃作为工作物质的激光器。 A.石英晶体 B.高纯硅 C.绝缘晶体 D.压电晶体 18、利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器称为( )。 A.敏感型传感器 B.功能型传感器 C.传光型传感器 D.功敏型传感器 19、光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为( )。 A.光容型传感器 B.光感型传感器 C.传光型传感器 D.光敏型传感器 20、光纤振动传感器与其他光纤传感器一样，从原理上讲也可以分为两种类型，实际上，直接以( )作为振动信息的敏感元件,难以分离其他物理量变化产生的影响。 A.光纤 B.电压 C.电流 D.电阻 21、光纤是用( )作为主要原料的一种透明度很高的介质材料，广泛用于通信和传感器。 A.光刻玻璃 B.石英玻璃 C.光刻硅 D.钛铝合金 22、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（） A．数值孔径反映了光纤的集光能力 B．光纤的数值孔径与其几何尺寸有关
光电传感器在生活中的应用-
光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器 摘要： 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 关键字：光电传感器；CCD图像传感器 正文 一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼 的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元 件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
光电传感器的图
1.传感器（信号采集部分） 采用光敏电阻作为信号采集器件，光敏电阻是基于光电导效应的一种光电器件，无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中的（暗电流）很小，当受到光照时，半导体材料电导率增加，，电阻减小，其阻值随光照强度而减小。光敏电阻作为光电式传感器的一种，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，耐震动，抗过载能力强和寿命长等优点，所以选择光敏电阻采集光照信号，把不同的光照强度转化为不同的电阻值。把光敏电阻串联在直流电路中即可把不同的电阻值转化为不同的电压值。把对光电信号的处理转化为对电压信号的处理。 2.C0804（信号处理部分） AD0804是一只具有20引脚8位CMOS连续近似的A/D转换器，将光敏电阻采集到的电压模拟量信号转换成数字量的信号。 3.89C52(数据处理部分) AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。在本次课题中，AT89C52将AD0804转换出来的数字信号进行处理，处理完成将电压通过显示器显示出来，AT89C52和AD0804的接线图如原理图所示。 4. 晶显示(显示部分) 将电压信号通过显示器显示出来，距离的改变直接通过电压显示出来，电压的大小近似取决于距离的远近。
系统原理框图 AD0804的结构图
A/D 转换电路 R1 10k C1 150pF VIN+6VIN- 7 VREF/29CLK IN 4 A GND 8RD 2 WR 3 INTR 5CS 1 D GND 10DB7(MSB) 11 DB612DB513DB414DB315DB216DB117DB0(LSB) 18CLK R 19VCC 20U1 ADC0804 R2 10k R3 1k R4 1k 7 4 63524130210W S S S D D E E LCD1 LM016L DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8 CS RD WR 58% RV1 1k AT89C52的结构图
光电传感器性能参数分析
课程小论文 题目：光电传感器性能参数分析 院 (部) 专业 学生姓名 学生学号 指导教师 课程名称 课程代码 课程学分 起始日期
光电传感器性能参数分析 摘要:在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单，形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 关键字:光电效应、光电元件、光电特性、传感器分类、传感器应用
目录 目录 (3) 1、引言 (4) 2、光电传感器 (4) 3、光电效应 (6) 4、光电传感器的前景 (6) 5、总结 (7) 参考文献 (8)
一、引言 随着工业生产技术的发展，对生产过程中的过程控制要求越来越高，而作为控制系统的核心之一，传感器越来越受工业技术人员的重视。人们对高性能检测技术的发展需求与日俱增。其中非电量测量的受欢迎程度最为广泛，可将距离、位移、振动等信号转换为电信号，并通过这些方法获得被测物体的状态。非电量检测技术分为接触式与非接触式检测。在工业生产环境中，有些场合不适用接触式检测，因为传感器与被测物体的接触，在工业现场环境中会造成被测体损伤、传感器磨损等问题。因此，需要性能良好的非接触式传感器以满足工业需求，相关技术的研究也成为传感器检测技术的发展方向。 光电检测技术作为目前检测技术之一，目前国内对于光电检测的研究已有一些成果，但目前产品还存在着一些问题，例如线性测量范围过短、对现场装配条件要求较高等，距离满足工业现场的要求还存在一定距离。所以，为了解决这些问题，光电效应对传感器性能的影响是很重要的研究方向之一，可以使光电传感器应用在更多的领域，推动光电检测技术的发展。 二、光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如下图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高，反应快,非接触等优点，而且可测参数多,传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 图1光电传感器原理图 光电传感器一般由三部分构成，它们分为:发送器、接收器和检测电路,发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的
光电传感器工作原理
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值(相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用 E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 如
光电开关传感器接线图
光电开关传感器接线图光电开关传感器双线直流接线方法 光电开关传感器电路原理图 接线电压：10—65V直流 常开触点（NO） 无极性 防短路的输出 漏电电流≤ 电压降≤5V 注意不允许双线直流传感器的串并联连接 光电开关传感器三线直流接线图 电路原理图 接线电压：10—30V直流 常开触点(NO) 电压降≤ 防短路的输出 完备的极性保护 三线直流与四线直流传感器的串联 当串联时，电压降相加，单个传感器的准备延迟时间相加。
四线直流光电开关传感器接线方法 电路原理图 接线电压：10—65V 切换开关 防短路的输出 完备的极性保护 电压降≤ 三线直流与四线直流光电开关传感器的并联接线图
光电开关传感器双线交流接线方法 电路原理图 常开触点(NO) 常闭触点(NC) 接线电压：20—250V交流 漏电电流≤ 电压降≤7V（有效值） 双线交流传感器的串联 常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 当串联时，在传感器上的电压降相加，它减低了负载上可利用的电压，因此要注意：不能低于负载上的最小工作电压（注意到电网电压的波动）。 机械开关与交流光电开关传感器串联接线方法 断开的触点中断了传感器的电源电压，若在传感器被衰减期间内机械触点闭和的话，则会产生一个短时间的功能故障，传感器的准备延迟时间（t≤80ms）避免了立即的通断动作。 补偿方法：将一电阻并联在机械触点上（当触点断开时也是一样），此电阻使传感器的准备时间不再起作用，对于200V交流，此电阻大约为82KΩ/1w。 电阻的计算方法：近似值大约为400Ω/V
双线交流光电开关传感器的并联接线方法 常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 闭和触点使传感器的工作电压短路，当触点短开以后只有在准备延迟时间（t≤80ms）之后传感器才处于功能准备状态。 补偿办法：触点上串联一个电阻可以可靠地保证了传感器的最小工作电压，因此避免了在机械触点断开之后的准备延迟。 计算电阻的公式：R=10/I P=I2×R
反射式光电传感器
?反射式光电传感器是把发射器和接收器装入同一个装置内，在其前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的光电传感器。可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。 目录 ?反射式光电传感器的工作原理 ?反射式光电传感器的特点 ?反射式光电传感器的应用 ?反射式光电传感器的使用注意事项 反射式光电传感器的工作原理 ?反射式光电传感器的工作原理：自带一个光源和一个光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处理得到所需要的信息。可以用来检测地面明暗和颜色的变化，也可以探测有无接近的物体。 反射式光电传感器的特点 ?1、安装接线简便 2、安装使用时便于光路对齐 3、不受被检物的形状、颜色和材质影响 4、相对于对射式光电传感器，节省安装使用空间 反射式光电传感器的应用 ?反射式光电传感器广泛应用于点钞机、限位开关、计数器、电机测速、打印机、复印机、液位开关、金融设备、娱乐设备（自动麻将机）、舞台灯光控制、监控云台控制、运动方向判别、计数、电动绕线机计数、电能表转数计量 反射式光电传感器的使用注意事项 ?1、被检测的工件或物体表面必须有黑白相间的部位用于吸收和反射红外光，这样接收管才能有效的截止和饱和达到计数的目的。所以在选择工作点、安装及使用中最关健的一点是接收管必须工作于截止区和饱和区。 2、使用中反射式光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面必须保持平行， 这样反射式光电传感器的转换效率最高。 3、反射式光电传感器的前端面与反光板的距离保持在规定的范围内。 4、反射式光电传感器必须安装在没有强光直接照射处，因强光中的红外光将影 响接收管的正常工作。 5、反射式光电传感器的红外发射管的电流在2～10mA之间时发光强度与电流 的线性最佳，所以在电流取值一般不超过这个范围，若取值太大发射管的光衰也大长时间工作影响寿命；若在电池供电的情况下电流取值应小，此时抗干扰性下降，在结构设计时应考虑这点，尽量避免外界光干扰等不利因素。
传感器原理与应用习题第8章光电式传感器
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第8章光电式传感器 8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。 8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？ 答：外光电效应：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。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。 光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。 答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。 8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？ 8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。 答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。 光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。 8-6 简述CCD图像传感器的工作原理及应用。 8-7 何谓PSD？简述其工作原理及应用。 8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。 8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。 8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。 答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。 应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。 8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。 8-12 试说明图8-33(b)所示光电式数字测速仪的工作原理。（1）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（2）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。
光电传感器的工作原理
光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 分类和工作方式 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的是槽形光电。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。 ⑵对射型光电传感器 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 ⑶反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为
光电式传感器的构成以及分类
一、光电传感器的构成 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接 收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发 光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料 组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反 射后，还是从这根反射线返回。 光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。 二、光电传感器分类和工作方式
1．槽开光电开关 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的是槽形 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。 2．对射式光电开光 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器 和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 3．反光板反射式光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板， 利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 4．扩散反射式光电开关
第十章光电传感器第一讲(1)
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气1、电气2 授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第十章光电传感器第一节光电效应及光电传感器 第二节光电元件的基本应用电路 教学目的与要求【知识目标】 1、理解光电效应、了解光电元件及特性、参数 2、掌握光电元件的基本应用电路 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会分析光电元件的基本应用电路。 【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：光电元件的基本应用电路 难点：无 教具教学辅助活动教具：多媒体课件、光电元件及光电传感器实物、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论 一节教学过程安排复习 1、简述热电偶的冷端补偿方法 2、简述热电偶的冷端补偿导线配型以及补偿 时的注意事项 3、温控仪表的接线方法 5分钟讲课 1、光电效应、光电元件及特性、参数 2、光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏 晶闸管的应用电路 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟作业习题册第十章光电传感器习题2分钟 任课教师：叶睿2011年2月6日审查教师签字：年月日
教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、简述热电偶的冷端补偿方法 2、简述热电偶的冷端补偿导线配型以及补偿时的注意事项 3、温控仪表的接线方法 第十章光电传感器 【章节导入】： 光电传感器是将光信号（例如转速、浊度）转换为电信号的传感器。此传感器具有反应快、非接触测量的优点。 【本章要点】： 1、学习光电效应、光电元件的结构、工作原理、特性 2、掌握光电元件的基本应用电路 3、光电传感器的各种应用 4、掌握光电开关及光电断续器的使用方法。 第一节光电效应及光电传感器 【本节内容设计】 通过实物展示、课件与教师讲授光电效应、光电元件、光电元件的特性与参数，为光电传感器的学习奠定基础 【授课内容】 光电效应：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类： （1）外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的光电效应。 基于外光电效应的光电元件：光电管、光电倍增管、光电摄像管等（玻璃真空管元件）。 （2）内光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的光电效应 基于内光电效应光电元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。 （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。
光电开关传感器接线图
光电开关传感器接线图 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
光电开关传感器接线图光电开关传感器双线直流接线方法 光电开关传感器电路原理图 接线电压：10—65V直流 常开触点（NO） 无极性 防短路的输出 漏电电流≤ 电压降≤5V 注意不允许双线直流传感器的串并联连接
光电开关传感器三线直流接线图 电路原理图 接线电压：10—30V直流 常开触点(NO) 电压降≤ 防短路的输出 完备的极性保护 三线直流与四线直流传感器的串联 当串联时，电压降相加，单个传感器的准备延迟时间相加。
四线直流光电开关传感器接线方法 电路原理图 接线电压：10—65V 切换开关 防短路的输出 完备的极性保护 电压降≤ 三线直流与四线直流光电开关传感器的并联接线图
光电开关传感器双线交流接线方法 电路原理图 常开触点(NO) 常闭触点(NC) 接线电压：20—250V交流 漏电电流≤ 电压降≤7V（有效值） 双线交流传感器的串联
常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 当串联时，在传感器上的电压降相加，它减低了负载上可利用的电压，因此要注意：不能低于负载上的最小工作电压（注意到电网电压的波动）。 机械开关与交流光电开关传感器串联接线方法 断开的触点中断了传感器的电源电压，若在传感器被衰减期间内机械触点闭和的话，则会产生一个短时间的功能故障，传感器的准备延迟时间（t≤80ms）避免了立即的通断动作。 补偿方法：将一电阻并联在机械触点上（当触点断开时也是一样），此电阻使传感器的准备时间不再起作用，对于200V交流，此电阻大约为82KΩ/1w。 电阻的计算方法：近似值大约为400Ω/V
光电传感器分类有哪些
(1)对射型 检测方式 为了使投光器发出的光能进入受光器，对向设置投光器与受光器。 如果检测物体进入投光器和受光器之间遮蔽了光线，进入受光器的光量将减少。 掌握这种减少后便可进行检测。 此外，检测方式与对射型相同，在传感器形状方面，也有投光受光部一体化，称为槽形的种类。 特长： 动作的稳定度高，检测距离长。（数cm～数十m） 即使检测物体的通过线路变化，检测位置也不变。 检测物体的光泽颜色倾斜等的影响很少。 (2)扩散反射型 检测方式 在投受光器一体型中，通常光线不会返回受光部。如果投光部发出的光线碰到检测物体，检 测物体反射的光线将进入受光部，受光量将增加。掌握这种增加后，便可进行检测。 特长： 检测距离为数cm～数m。 便于安装调整。 在检测物体的表面状态（颜色、凹凸）中光的反射光量会变化，检测稳定性也变化。 (3)回归反射型 检测方式 在投受光器一体型中，通常投光部发出的光线将反射到相对设置的反射板上，回到受光部。如果检测物体遮蔽光线，进入受光部的光量将减少。 掌握这种减少后，便可进行检测。 特长 检测距离为数cm～数m。 布线.光轴调整方便（可节省工时）。 检测物体的颜色、倾斜等的影响很少。 光线通过检测物体2次，所以适合透明体的检测。 检测物体的表面为镜面体的情况下，根据表面反射光的受光不同，有时会与无检测物体的状 态相同，无法检测。这种影响可通过MSR功能来防止。 (4) 距离设定型 检测方式 作为传感器的受光元件，使用2比例光电二极管或位置检测元件。通过检测物体反
射的投 光光束将在受光元件上成像。这一成像位置以根据检测物体距离不同而差异的三角测距原理为检测原理。 下图所示的是使用2比例光电二极管的检测方式。2比例光电二极管的一端（接近外壳的 一侧）称为N（Near）侧，而另一端称为F（Far）侧。检测物体存在于已设定距离的位置上的情况下，反射光将在N侧和F侧的中间点成像，两侧的二极管将受到同等的光量。此外，相 对于设定距离，检测物体存在于靠近传感器的位置的情况下，反射光将在N侧成像。相反的， 相对于设定距离，检测物体存在于较远的位置的情况下，反射光将在F侧成像。传感器可通过 计算N侧与F侧的受光量差来判断检测物体的位置。 距离设定型的特长 受检测物体的表面状态颜色的影响少。 不易受背景物体的影响。 BGS(Background Suppression)和FGS(Foreground Suppression) 在E3Z-LS61/-66/-81/-86中，检测传输带上物体的情况下，可选择BGS和FGS两种功能中的任 何一个。 BGS是不会对比设定距离更远的背景（传输带）进行检测的功能。 FG是不会对比设定距离更近的物体，以及回到受光器的光量少于规定的物体进行检测的功能，反言之，是只对传输带进行检测的功能。回到受光器光量少的物体是指： ①检测物体的反射率极低，比黑画纸更黑的物体。 ②反射光几乎都回到投光侧，如镜子等物体。 ③反射光量大，但向随机方向发散，有凹凸的光泽面等物体。 注：③的情况下，根据检测物体的移动，有时反射光会暂时回到受光侧，所以有时需要通过OFF延迟定时器来防止高速颤动。 特长 可对微小的段差进行检测（BGS、FGS）。 不易受检测物体的颜色影响（BGS、FGS）。 不易受背景物体的影响（BGS）。 有时会受检测物体的斑点影响（BGS、FGS）。 (5)限定反射型 检测方式 与扩散反射型相同，接受从检测物体发出的反射光进行检测。设置为在投光器和受光器上仅入射
光电传感器论文
光电传感器 关键字：光电效应 光电元件 光电特性 传感器分类 传感器应用 摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。 由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 正文： 一、理论基础——光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数，h ＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A 。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，A 为逸出功。 当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则电子从价带跃迁到导带，形成电子，同时，价带留下相应的空穴。电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。 除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著，根据光导效应制造的光电元件有固有入射光频率，当光照在光电阻上，其导电性增强，电阻值下降。光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。 半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应，据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。 二、光电元件及特性 A -h m 2 12νν=A hc K =λ
10光电式传感器习题及解答
第 10 章 光电式传感器 、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 C.电荷 D. 电压或者电流 11、 构成CCD 勺基本单元是( ) 8、光敏电阻的特性是（ ） A.有光照时亮电阻很大 B C.无光照时暗电流很大 D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ A 光电管 B. C.光电池 D. 10、CCD U( ）为信号 A. 电压 B. .无光照时暗电阻很小 .受一定波长围的光照时亮电流很大 ） 光敏电阻 光电倍增管 电流
光电传感器使用常见问题
光电传感器输出信号不稳定的原因有哪些以下情况可能造成光电传感器检测物体误动作 原因： ①供电不正常； ②检测频率太快； ③被测物体尺寸问题； ④被测物体不在传感器稳定检测区域内； ⑤电气干扰。 对策： ①给传感器供稳定的电压，供给的电流必须大于传感器的消耗电流； ②被测物体通过的速度必须比传感器的响应速度慢； ③被测物体尺寸必须大于标准检测物体或者最小检测物体； ④被测物体必须在传感器稳定检测范围内检测； ⑤可以做相应的防护措施，例如：在探头周围做屏蔽防护罩、把大功率设备接地等。 光电传感器检测到物体后输出状态没有变化？ 以下情况可能造成光电传感器检测到物体后没有输出： ①接线或者配置不正确： 对射型光电传感器必须由投光部和受光部组合使用，两端都需要供电; 回归反射型必须由传感器探头和回归反射板组合使用； ②供电不正确： 必须给传感器供稳定电源，如果是直流供电，必须确认正负极； ③检测物体不在检测区域内： 检测物体必须在传感器可以检测的区域内； ④传感器光轴没有对准： 对射型的投光部和受光部光轴必须对准； 回归反射型的探头部分和反光板光轴必须对准； ⑤检测物体不符合标准检测物体或者最小检测物体的标准： 检测物体不能小于最小检测物体的标准； 对射型、反射型不能很好的检测透明物体； 反射型对检测物体的颜色有要求，颜色越深，检测距离越近； ⑥环境干扰： 光照强度不能超出额定范围； 现场环境有粉尘，需要定期清理传感器探头表面； 多个传感器紧密安装，互相产生干扰； ⑦电气干扰： 周围有大功率设备，产生干扰的时候必须做相应的抗干扰措施。 光纤传感器如何选择探头? ①确定所需要的探头有没有特殊要求，如：耐曲折、耐高温、耐化学品、细径探头等;
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理 来源：电子资料文库作者：发布时间：2013-5-4 浏览(9113)次光电式传感器的英文解释：photoelectric transducer 光电传感器的构成 光电传感器由光源、光学通路、光电元件构成。 光电式传感器应用 1、光量变化的非电量； 2、能转换成光量变化的其他非电量。 光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式，即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。 光电式传感器特点 非接触、响应快、性能可靠。 图a所示是光电式传感器的工作原理图，位于光敏二极管的对面的是作为光源的发光二极管，在它们之间有一个能断续遮光的转盘。当转盘上的缺口、缝隙或小孔对准发光二极管时，光线可以通过，光敏二极管即发出信号指示转轴的某一位置或转速。它输出的信号是方波脉冲，故它能适应数字式控制系统的需要。这里的发光二极管的发光频率一般在红外线和紫外线范围内，是肉眼看不见的。 图b、c所示为六缸发动机用分电器内的光电式曲轴转角传感器的结构，由发光二极管和光敏二极管组合来计测带缝隙的转盘的旋转位置，安装在分电器内（或凸轮轴前部）。它决定分组喷射控制及电子点火控制曲轴每转两转的喷油正时和点火正时。在转盘上每隔60°设置了宽度不同的4种缝隙，利用发光二极管发出的光束，经过安装在分电器轴上转盘的刻度缝隙，照射在光敏二极管上，使波形电路产生电信号、并传给ECU。 光电式曲轴转角传感器的工作原理与结构 a）工作原理图b）结构图c）转盘 1-输出信号2-光敏二极管3-发光二极管4-电源5-转盘6-转子头盖7-
密封盖8-波成形电路9-第一缸120°信号缝隙10-10信号缝隙11-120°信号缝隙 光电效应 它是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。外光电效应是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hv，h为普朗克常数，v为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述：hv=1/2*mv0的平方式中m为电子质量，v0为电子逸出速度。当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值，称为红限频率。对于红限频率以上的入射光，外生光电流与光强成正比。内光电效应又分为光电导效应和光生伏打效应两类。光电导效应是指，半导体材料在光照下禁带中的电子受到能量不低于禁带宽度的光子的激发而跃迁到导带，从而增加电导率的现象。能量对应于禁带宽度的光子的波长称光电导效应的临界波长。光生伏打效应是指光线作用能使半导体材料产生一定方向电动势的现象。光生伏打效应又可分为势垒效应（结光电效应）和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区(或在PN结)中，电子受光子的激发脱离势垒（或禁带）的束缚而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受光照不均匀时，受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀，电子向未被照射部分扩散，引起光照部分带正电、未被光照部分带负电的一种现象。 光电式传感器分类 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。基于光电导效应的有光敏电阻。基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管(见半导体光敏元件)。基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。光电式传感器还可按信号形式分为模拟式光电传感器(见位移传感器)和数字式光电传感器（见转速传感器、光栅式传感器、数字式传感器）。光电式传感器还有光纤传感器、固体图像传感器等。 光电传感器的构成 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。
10光电式传感器习题及解答
第 10 章光电式传感器 、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 C.无光照时暗电流很大D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ A光电管 B. C.光电池 D. 10、CCD U(）为信号 A. 电压 B..无光照时暗电阻很小 .受一定波长范围的光照时亮电流很大 ） 光敏电阻 光电倍增管 电流 C.电荷 D. 电压或者电流 11、构成CCD勺基本单元是( ) 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勺原理，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勺信号叠加到载波光波上。 A. 偏振调制 B. 共振调制 C. 角度调制 D. 振幅调制 15、利用外界因素对于光纤中光波相位勺变化来探测各种物理量勺传感器，称为( ) 。 A. 相位调制型传感器 B. 相位结合型传感器 C. 相位振动型传感器 D. 相位干涉型传感器 16、半导体激光发光是由( ) 之间勺电子- 空穴对复合产生勺，激励过程是使半导体中勺 载流子从平衡状态激发到非平衡状态勺激发态。 A. 原子 B. 分子 C. 离子 D. 能带 17、固体激光器是以固体为工作物质勺激光器，也就是以掺杂勺离子型( ) 和玻璃作为工作物质勺激光器。 A. 石英晶体 B. 高纯硅 C. 绝缘晶体 D. 压电晶体 18、利用光纤本身勺某种敏感特性或功能制作勺传感器称为( ) 。 A. 敏感型传感器 B. 功能型传感器 C. 传光型传感器 D. 功敏型传感器 19、光纤仅起传输光波勺作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为( ) 。 A. 光容型传感器 B. 光感型传感器 C. 传光型传感器 D. 光敏型传感器 20、光纤振动传感器与其他光纤传感器一样，从原理上讲也可以分为两种类型，实际上，直接以( ) 作为振动信息勺敏感元件,难以分离其他物理量变化产生勺影响。