第7章光电传感器10。28
第7章光电式传感器-
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。
第7章光电式传感器-
吸收式光电感器
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。
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
光电传感器概述重点课件
Hale Waihona Puke 度稳定性温度稳定性是指光电传感器在 温度变化下保持其性能不变的 能力。
由于光电传感器通常由半导体 材料制成，因此温度变化可能 会影响其性能，如灵敏度、响 应速度等。
提高温度稳定性的方法包括采 用温度补偿技术、选择适合特 定温度范围的材料和结构等。
可靠性
可靠性是衡量光电传感器在长时 间使用下保持其性能的能力的指
要点二
详细描述
光纤传感器利用光纤中光的传输特性，如相位、偏振态、 强度等，来检测温度、压力、位移等物理量。光纤传感器 在石油化工、航空航天、能源等领域有广泛应用，用于监 测管道压力、油罐液位、矿井安全等。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外辐射进行检测的传感器，具 有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
详细描述
光电开关通过发射器和接收器之间的光线传 输来进行检测，当光线被阻挡或反射时，接 收器会输出相应的电信号，从而实现开关控 制。在自动化生产线、安全防护等领域，光 电开关被广泛应用于检测物体是否存在、运 动速度和方向等参数。
光电编码器
总结词
光电编码器是一种通过光电转换原理实现角度或位置测量的传感器，具有高精度、 高分辨率、可靠性高等优点。
标。
高可靠性的光电传感器能够在长 时间使用下保持稳定的性能，适 用于需要长期稳定运行的应用场 景，如工业控制、航天探测等。
提高可靠性的方法包括优化传感 器设计、采用高质量的材料和制 造工艺、进行充分的测试和验证
等。
04 光电传感器的应用实例
光电开关
总结词
光电开关是一种利用光电效应进行检测的开 关器件，具有非接触、响应速度快、可靠性 高等优点。
光电耦合器
传感器第4版课件教学配套课件唐文彦第07章光电式传感器
白炽灯为可见光源，峰值波长在近红外区 域，可用作近红外光源。
二、气体放电光源
什么是气体放电光源？
电流通过气体会产生发光现象，利用这种 原理制成的光源称为气体放电光源。
气体放电光源的光谱与什么有关？
其光谱是不连续的，光谱与气体的种类几 放电条件有关。
哪些光源属于气体放电光源？
应用领域：摄像机、广播电视、可视电话、 传真、自动检测、控制、军事、医学、天 文、遥感。
车身检测、钢管检测、芯片检测、指纹检 测、虹膜检测、显微镜改造、工件尺寸及缺 陷检测、对刀仪、复杂形貌测量等。
优点
固体化、体积小、重量轻、功耗低、可靠性 高、寿命长
图像畸变小、尺寸重现性好
光敏元之间几何尺寸精度高，可得到较高的 定位精度和测量精度，具有较高分辨力
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。
图7-7 光敏管结构及其符号
a) 光敏二极管 b) 光敏三极管 c) 光敏场效应三极管
（四）光生伏特型探测器
是一种自发电式的有源器件。这种半导体 器件受到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。
图7-25 光纤的结构及传光原理
定义Δ ＝ (n12 - n22) / (2n12) ≈(n1- n2)/n1，Δ
称为光纤的相对折射率差。
当光线以入射角θ入射到光纤的端面时， 在端面处发生折射，设折射角为θ’，然后 光线以Φ角入射至纤芯与包层的界面。当 Φ角大于纤芯与包层间的临界角Φc时，即
则射入的光线在光纤的界面上发生全反射， 并在光纤内部以同样的角度反复逐次反 射，直至传播到另一端面。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理
首先，光电传感器的核心部件是光敏元件，它通常采用光电二极管、光电三极管、光电二极管阵列等器件。
当光线照射到光敏元件上时，光子的能量会激发光敏元件内部的电子，使得器件产生电流或电压信号。
这些电信号随着光照强度的变化而变化，从而实现了对光信号的检测和测量。
其次，光电传感器的工作原理还涉及到光源和光敏元件之间的光路设计。
光源的选择和位置会直接影响到光敏元件接收到的光信号强度，从而影响到传感器的灵敏度和精度。
合理设计光路可以有效提高光电传感器的性能，使其在不同环境下都能够稳定可靠地工作。
另外，光电传感器还可以通过光电开关、光电编码器、光电测距传感器等形式来实现不同的功能。
例如，光电开关可以通过检测物体遮挡光路来实现物体的检测和计数；光电编码器可以通过测量光信号的脉冲数来实现位置和速度的测量；光电测距传感器则可以通过测量光信号的时间差来实现距离的测量。
总的来说，光电传感器的工作原理是基于光电效应和光敏元件的特性，通过光信号到电信号的转换来实现对光的检测和测量。
合理的光路设计和不同形式的应用使得光电传感器在工业自动化、电子设备、通信等领域都有着广泛的应用前景。
希望本文能够帮助读者更加深入地了解光电传感器的工作原理，为相关领域的工程师和研究人员提供一定的参考价值。
《传感器技术与应用》课件第七章光电式传感器
3 医疗器械
应用于手术导航、血糖监 测和无创血压测量等医疗 设备中的距离和位置检测。
光电式传感器的优势和局限性
优势
• 高精度的测量和检测能力 • 快速响应时间和高反应速度 • 抗干扰性强，适应复杂环境
局限性
• 对环境光和颜色敏感 • 受到物体表面的反射率和透过率影响 • 距离和角度限制影响测量精度
反射式光电传感器
通过发射器发射光并接收反 射光信号，适用于距离控制、 物体检测等场景。
遮挡式光电传感器
由一个发射器和一个接收器 组成，通过物体在两者之间 遮挡来实现检测和计数功能。
光电式传感器的应用领域
1 工业自动化
用于物体检测、位置控制 和自动化生产线中的流水 线运输系统。
2 机器人技术
在机器人导航、抓取和视 觉识别中，光电式传感器 提供了重要的感知能力。
光电式传感器的选型和布线
1
光电式传感器的选型
根据应用需求选择适当类型和规格的光
光电式传感器的布线
2
电式传感器，考虑工作距离、响应速度 和环境条件等因素。
合理安装光源和接收器，注意避免光源
和光电式传感器的常见问题和解决方案
误触发或漏触发
调整传感器的灵敏度、工作距离和反射光线等参数，解决误触发和漏触发的问题。
光源过早老化
定期检查光源的工作状态，及时更换老化的光源，以保证传感器的正常工作。
灰尘或脏污造成干扰
定期清洁传感器的光源和接收器，避免因灰尘或脏污造成的误判和干扰。
总结
光电式传感器基于光电效应实现物体检测和测量，广泛应用于工业自动化、机器人技术和医疗器械等领域。
《传感器技术与应用》课 件第七章光电式传感器
本章介绍光电式传感器的基本原理、分类、应用领域、优势和局限性，以及 选型、布线、常见问题和解决方案。
七章节光电式传感器
7.1 光电效应
（1）结光电效应。 以PN结为例，当光照射PN结时，若光子能量大于半
导体材料的禁带宽度Eg，则使价带的电子跃迁到导带，产生 自由电子—空穴对。在PN结阻挡层内电场的作用下，被激发 的电子移向N区的外侧，被激发的空穴移向P区的外侧，从而 使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。
基于结光电效应的光电元件有光电池和光电晶体管等。
7.2光电元件
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图7-8 光电倍增管的光电特性
7.2光电元件
（4）光电倍增管的暗电流
光电倍增管暗电流的定义和产生的原因与光电管一 样，只是多了倍增极二次发射的影响。光电倍增管中光电 阴极和各倍增极都有热电子发射，由于光电倍增管中电流 是逐级倍增的，所以在热电子发射中，光电阴极和第一倍 增极的热电子发射是主要的。为了减少由管座各极之间漏 电流形成的暗电流，有时将阳极单独引出来，此外，管内 电子将残余气体和铯原子电离，正离子将奔向阴极并轰击 产生二次电子发射，这些电子再经倍增极放大输出，增加 了暗电流。
7.2光电元件
.
图7-4 光电管的光照特性
7.2光电元件
7.2.2光电倍增管 当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小，只
有零点几个微安，造成的测量误差将很大，甚至无法检测。 为了提高光电管的灵敏度，在光电管的阴极和阳极之间安装 一些倍增极，就构成了光电倍增管。光电倍增管实际上是光 电阴极和二次电子倍增器的结合。当电子或光子以足够大的 速度轰击金属表面而使内部的电子逸出金属表面时，这种逸 出金属表面的电子叫做二次电子。二次电子的数目不仅取决 于入射光粒子的数目，还与入射光粒子的速度、金属的性质 等有关。
与各倍增极之间电压保持恒定条件下，阳极电流IA（光电 流）与最后一级倍增极和阳极间电压UAD的关系，典型光 电倍增管伏安特性如图7-7所示。它是在不同光通量下的 一组曲线族。象光电管一样，光电倍增管的伏安特性曲线 也有饱和区，照射在光电阴极上的光通量越大，饱和阳极 电压越高，当阳极电压非常大时，由于阳极电位过高，使 倒数第二级倍增极发出的电子直接奔向阳极，造成最后一 级倍增极的入射电子数减少，影响了光电倍增管的倍增系 数，因此，伏安特性曲线过饱和区段后略有降。
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。
光电传感器工作原理
光电传感器工作原理光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于光电检测、自动控制、光通信等领域。
它通过感知光的特性，将光信号转换为电信号，从而实现对光的测量、检测和控制。
光电传感器的工作原理主要包括光电效应、光电二极管和光敏电阻。
1. 光电效应：光电传感器的工作基于光电效应，即光照射到物质上时，会引起物质内部电子的激发和运动。
光电效应的基本原理是光子与物质中的电子相互作用，将光能转化为电能。
光电效应的主要表现形式有光电发射效应、光电吸收效应和光电导效应。
2. 光电二极管：光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的光电传感器。
它由PN结构组成，当光照射到PN结上时，光子的能量会激发PN结中的载流子，产生电流。
光电二极管的工作原理是基于光电效应，当光子能量大于材料的带隙能量时，光电二极管才干产生电流。
光电二极管具有快速响应、高灵敏度和宽波长范围等优点，被广泛应用于光电检测和通信领域。
3. 光敏电阻：光敏电阻是一种光电传感器，也被称为光敏电阻器。
它是一种变阻器，其电阻值随光照强度的变化而变化。
光敏电阻的工作原理是基于光电效应，当光照射到光敏电阻上时，光子的能量会激发光敏材料中的载流子，改变材料的电导率，从而导致电阻值的变化。
光敏电阻具有简单、便宜和易于使用的特点，广泛应用于光电检测和光敏控制领域。
光电传感器的工作原理可以简单总结为：光照射到光电传感器上时，光子的能量会激发材料中的载流子，产生电流或者改变电阻值。
通过测量电流或者电阻值的变化，可以得到光信号的信息。
光电传感器的应用非常广泛。
在工业领域，光电传感器可以用于检测物体的位置、颜色、形状等特征，实现自动化控制。
在光通信领域，光电传感器可以用于接收和解码光信号，实现高速、稳定的光通信。
此外，光电传感器还可以应用于光电测量仪器、光电计量等领域。
总之，光电传感器通过光电效应，将光信号转化为电信号，实现对光的测量、检测和控制。
光电二极管和光敏电阻是常见的光电传感器类型，具有不同的工作原理和特点。