第三章光电传感器
光电传感器的工作原理
光电传感器的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装置，广泛应用于工业自动化、机器人技术、安防监控等领域。
它通过感知光的强度、颜色、位置等特征，实现对环境的检测和控制。
下面将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、光电传感器的基本构成光电传感器主要由光源、光电元件和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是光电传感器中发出光信号的部分，常用的光源有发光二极管（LED）、激光器等。
光源的选择通常根据应用需求来确定，例如需要检测远距离的物体，可以选择激光器作为光源。
2. 光电元件：光电元件是光电传感器中接收光信号并将其转化为电信号的部分。
常见的光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。
光电元件的选择也取决于应用需求，例如需要检测光强度变化的，可以选择光敏电阻。
3. 信号处理电路：信号处理电路是光电传感器中负责接收并处理光电元件输出的电信号的部分。
它可以将电信号转化为数字信号或模拟信号，以便后续的数据处理和控制。
二、光电传感器的工作原理可以分为两种类型：反射式和穿过式。
1. 反射式光电传感器：反射式光电传感器通过光源发出的光信号被目标物体反射后，由光电元件接收。
当目标物体接近或离开光电传感器时，光信号的强度会发生变化，光电元件将这个变化转化为电信号输出给信号处理电路。
根据光信号的强度变化，可以判断目标物体的存在与否、离近程度等信息。
2. 穿过式光电传感器：穿过式光电传感器中，光源和光电元件分别位于传感器的两侧，目标物体需要穿过光源和光电元件之间的空间。
当目标物体遮挡住光源发出的光信号时，光电元件接收到的光信号强度会发生变化，从而输出相应的电信号。
通过检测光信号的变化，可以判断目标物体的存在与否、通过时间等信息。
三、光电传感器的应用光电传感器具有灵敏度高、响应速度快、精度高等优点，被广泛应用于各个领域。
1. 工业自动化：光电传感器常用于工业自动化中，用于检测物体的存在与否、位置、颜色等信息。
例如，在生产线上，光电传感器可以用来检测产品的位置，以便进行后续的加工和包装。
光电传感器的测量内容
光电传感器的测量内容
光电传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器，它可以测量多种物理量和参数，以下是一些常见的测量内容：
1. 光强度：光电传感器可以测量光的强度，通常用于光照度计、光度计等仪器中，用于测量环境中的光强。
2. 光通量：光通量是指单位时间内通过某一面积的光能量，光电传感器可以测量光通量，常用于光功率计等仪器中。
3. 光波长：一些光电传感器可以测量光的波长，常用于光谱仪等仪器中，用于分析光的成分和特性。
4. 距离和位置：通过测量光的传播时间或相位差，光电传感器可以测量物体的距离和位置，常用于工业自动化、机器人、汽车等领域。
5. 运动和速度：利用光的反射或遮挡原理，光电传感器可以检测物体的运动和速度，常用于安防监控、工业检测等领域。
6. 颜色和色彩：一些光电传感器可以识别光的颜色和色彩，常用于颜色分选机、色度计等仪器中。
7. 气体和液体成分：利用光的吸收或散射特性，光电传感器可以检测气体和液体中的成分，常用于环境监测、化学分析等领域。
这只是一些常见的光电传感器测量内容，实际上，根据具体的应用和传感器类型，还可以测量其他物理量和参数。
光电传感器具有高精度、快速响应、非接触测量等优点，在各个领域得到广泛应用。
光电传感器的工作原理
光电传感器的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器件，广泛应用于光电测量、自动控制、光通信等领域。
它通过感受光的强度、颜色、位置等参数来实现对目标物体的检测和测量。
下面将详细介绍光电传感器的工作原理。
一、基本原理光电传感器的基本原理是光电效应。
光电效应是指当光线照射到某些物质表面时，会引起电子的发射或者电子的吸收，从而产生电信号。
光电传感器利用这一效应，将光信号转化为电信号。
二、光电传感器的组成光电传感器通常由光源、光电二极管（Photodiode）、光敏电阻（Photocell）和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是产生光线的装置，常见的光源有发光二极管（LED）和激光二极管。
光源的选择取决于应用的需求，如需要短距离检测或者长距离检测等。
2. 光电二极管：光电二极管是一种半导体器件，能够将光能转化为电能。
当光线照射到光电二极管上时，光电二极管内部的PN结会产生电流。
光电二极管的工作原理主要有光电效应和光电导效应。
3. 光敏电阻：光敏电阻是一种能够根据光照强度变化而改变电阻值的器件。
当光线照射到光敏电阻上时，光敏电阻的电阻值会随之改变。
通过测量光敏电阻的电阻值变化，可以得到光照强度的信息。
4. 信号处理电路：信号处理电路是将光电传感器输出的电信号进行放大、滤波、转换等处理，以便得到准确的测量结果。
三、光电传感器的工作过程光电传感器的工作过程通常包括以下几个步骤：1. 发射光线：光源发出光线，照射到目标物体上。
2. 接收光线：光电二极管或者光敏电阻接收到被照射物体反射回来的光线。
3. 光电效应：光电二极管内部的PN结受到光线的激发，产生电流；光敏电阻的电阻值随光照强度变化而改变。
4. 信号处理：光电传感器输出的电信号经过信号处理电路进行放大、滤波、转换等处理，得到准确的测量结果。
5. 结果判断：根据信号处理后的结果，判断目标物体的属性、位置、距离等信息。
四、光电传感器的应用领域光电传感器具有快速、高精度、无接触等优点，广泛应用于各个领域。
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。
第3章 光电传感器
光照射到本征半导体上，材料中的价带电子吸收 了光子能量跃迁到导带，激发出电子、空穴对，增强 了导电性能，使阻值降低。光照停止，电子空穴对又 复合，阻值恢复。 uA 导带 E g E I
h
Rg
价带
要使价带电电子跃迁到导带，入射光子的能量满足
h Eg
hc 或 Eg
刚好产生内光电效应的临界波长为 1293 0 (nm) Eg
第 3章
光电式传感器
光电式传感器的工作原理是：首先把被测 量的变化转换成光学量的变化，再通过光 电元件把光学量的变化转换成电信号。
基本原理是物质的光电效应
光电传感器属于无损伤、非接触测量器件，具有体积小、重量轻、 响应快 、灵敏度高、功率低、便于集成、可靠性高、适于批量生产等优点。
3.1 光电效应
路处理后便可正确地测出加速度值。
光纤加速度传感器结构简图
由于光纤长度的变化，引起光束光程差的变化 2n1L
相位变化为 2n1L
2n1 L L
2n1 L 4n1 Lm d2 ma a (S ) 2 2SE 4 E d
两束光经干涉仪产生相干条纹，相干条纹移过的 数目与相位差成正比。一般用光电探测器计下干 涉条纹移过的数目，经处理电路可算出相位差， 即而算出加速度。
的作用下, 最后建立一个与光照强度有关的电动势。
光电池工作原理图
uA
输出电流
mV
输出电压
光电池的基本特性
（１）光照特性
反映短路电流、开路电压与光照度的关系。
短路电流在很大范围内与光照强度成线性关 系,光电池工作于短路电流状态，可做检测元件。 开路电压（负载电阻RL无限大时）与光照度 的关系是非线性的, 并且当照度在2000 lx时就趋 于饱和了。光电池工作于开路电压状态，可做开
光电式传感器3最新课件
能为(1／2)mυ2 根据能量守恒定律有
1mv2 hf -A 7-2 2
式中，m为电子质量；
v为电子逸出的初速度。
光电式传感器(3)最新课件
由式7-2可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是 hf>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”。
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由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管性能较差。因此在探测可见 光或赤热物体时，多采用硅管。但对红外光进行探测时，采用锗管较为 合适。
2)伏安特性
光敏三极管在不同照度下的伏安特性，就象普通三极管在不同基极电 流下的输出特性一样，如图7-1-13所示。在这里改变光照就相当于改变一 般三极管的基极电流，从而得到这样一簇曲线。
光电式传感器(3)最新课件
我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N 区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中 的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。但是当光照PN结 时，只要光子能量h大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生 光生电子—空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它 们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向 上渡越PN结，使反向电流明显增大。如果入射光的照度变化，光生 电子—空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随 之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。
光电式传感器(3)最新课件
(三)光敏晶体管
光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管，它们的工作原理也是 基于内光电效应，和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。
光电传感器的工作原理
光电传感器的工作原理光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于工业自动化、机器人技术、光电测量等领域。
它通过感受光的变化来实现对目标物体的检测和测量。
本文将详细介绍光电传感器的工作原理及其组成部份。
一、光电传感器的组成部份光电传感器主要由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
1. 光源：光源是光电传感器的发射器，通常采用发光二极管（LED）作为光源。
LED具有高亮度、长寿命、低功耗等优点。
光源的选择要根据具体的应用需求来确定。
2. 光敏元件：光敏元件是光电传感器的接收器，用于接收光源发出的光信号并将其转换为电信号。
常见的光敏元件包括光电二极管（Photodiode）、光敏三极管（Phototransistor）等。
光敏元件的选择要考虑到光敏度、响应速度、线性度等因素。
3. 信号处理电路：信号处理电路用于对光敏元件接收到的电信号进行放大、滤波、判别等处理，以得到准确的检测结果。
信号处理电路通常由放大器、滤波器、比较器等组成。
二、光电传感器的工作原理基于光的吸收和反射特性。
当光线照射到被测物体上时，根据物体的颜色、形状、透明度等特性，光的吸收和反射程度不同，从而产生不同的光信号。
光电传感器通过光源发出的光线照射到目标物体上，光敏元件接收到被测物体反射的光信号，并将其转换为电信号。
信号处理电路对接收到的电信号进行处理和判别，以实现对目标物体的检测和测量。
具体来说，光电传感器可以根据光的反射特性分为两种工作模式：透射型和反射型。
1. 透射型光电传感器：透射型光电传感器由光源和光敏元件分别安装在被测物体的两侧。
光源发出的光线经过被测物体后，被光敏元件接收。
当被测物体存在时，光线被遮挡，光敏元件接收到的光信号减弱或者消失；当被测物体不存在时，光线不被遮挡，光敏元件接收到的光信号强度较大。
根据光敏元件接收到的光信号强度的变化，可以判断目标物体的有无。
2. 反射型光电传感器：反射型光电传感器由光源和光敏元件安装在同一侧，光线通过光源发出后，被测物体反射部份光线到达光敏元件。
第3章光电式传感器-2019
光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速
c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波长
λ和频率ν的关系为
νλ=3×1010cm / s
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
第3章 光电式传感器
二、光源（发光器件） 1、钨丝白炽灯
用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通，一般白炽 灯的辐射光谱是连续的 发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，所以任何光 敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对 接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。
第3章 光电式传感器
若在热释电体两端的电极上接入电阻R,则R两端所产 生的交流信号电压ΔU为
U S R( dPS ) S R g( dT )
dt
dt
式中,S为电极面积,dPS/dt为自发极化矢量对时间的相对 变化,g=dPS/dT为热释电系数,dT/dt为温度对时间的变化率。 由此看出,输出信号ΔU与温度变化速度成正比,而温度的变化
为了使产生的束缚电荷不被中和掉,就必须使晶体处于 冷热交变工作状态,这样才能使晶体两端所产生的束缚电荷 表现出来。为此,热释电传感器需要用光调制器调制入射光。 调制频率f必须大于1/τ,才能使热释电体产生的电荷来不及 被外来自由电荷所中和,在晶体极轴两端产生交变电压.
调制辐射
R U
图3.5 热释电效应示意图
当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成 正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的 电子数也就越多。
光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 /2 ，因此外光 电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有 光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压， 而且截止电压与入射光的频率成正比。