光电式传感器
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。
光电式测速传感器-全球百科
光电式测速传感器-全球百科
光电式测速传感器是应用最广、转速计量人员比较熟悉的一种类型。
它输出低于电源电压约1V的矩形没电脉冲，频率范围有几千至几十kHz，不同的设计其性能差异较大。
转速测量仪配套的光电传感器，大都采用了半导体激光组件，不同产品大都采用专用配套传感器，工业生产中采用的光电式接近开关，也可用于测速，但其精度较低、量程较小，主要用于检测物料接近规定位移位置。
在此，对它们的工作原理和性能、不作介绍。
需要提示的是，转速二次仪表配套使用的光电式传感器可能与实验室和便携式测速仪的光电传感器在外形结构上有较大差别，可能是一种尺寸较大的螺杆式光电接近开关。
应遵照使用说明书的要求安装使用。
光电式传感器的原理与应用
光电式传感器的原理与应用光电效应是指当光线照射在一些物质表面上时，物质中的电子能级会发生变化，从而产生电子的运动和电荷分离的现象。
根据光电效应的原理，光电式传感器可以分为光电开关、光电门、光电测距传感器等多种类型，并且可以用于各种不同的应用领域。
光电开关是最常见的一种光电式传感器，它通过检测光线是否被物体阻挡来判断物体的存在与否。
光电开关广泛应用于工业自动化控制中，例如自动门控制、装配线上零件检测、流水线产品计数等。
光电门是一种通过检测物体通过门的时间来判断物体速度的传感器。
光电门通常用于测量物体的速度和位置，例如运动中的物体的位置控制、高速运动物体的测量等。
光电测距传感器是一种通过测量光线行进时间来计算物体与传感器之间的距离的传感器。
光电测距传感器常用于工业自动化、机器人导航和避障、无人机高度测量等领域。
1.高精度：光电式传感器可以实现非接触式测量，因此具有较高的测量精度。
2.高速度：光电式传感器的响应速度快，可以快速检测物体的位置和状态变化。
3.长寿命：光电式传感器不会受到物体的磨损和腐蚀，具有较长的使用寿命。
4.多功能性：光电式传感器可以根据不同的应用需求选择不同的工作模式和测量范围。
除了以上优点，光电式传感器也存在一些限制和注意事项：1.受环境影响：光电式传感器对环境光的干扰比较敏感，需要进行遮光处理或使用滤光片来减少光干扰。
2.受物体颜色影响：光电式传感器的测量结果受到物体颜色的影响，颜色较暗或较亮的物体会使测量结果产生误差。
3.距离限制：光电式传感器的测量范围有限，一般在几米以内，超出范围会导致测量精度下降。
总之，光电式传感器通过利用光电效应来测量和探测物体的位置、距离、速度等物理量，具有高精度、高速度、长寿命和多功能性等优点，在工业自动化、机器人导航和避障、无人机测量等领域得到广泛应用。
但需要注意处理环境光的干扰、物体颜色对测量结果的影响以及测量范围的限制。
传感器与检测技术光电式传感器
物联网的蓬勃发展
随着物联网的普及，光电式传感器将在更多领域展 现出更大的应用潜力。
光电式传感器与物联网的结合
1 物联网的发展
物联网连接了各种设备和传感器，实现了更智能、便捷的生活和工作。
2 光电式传感器在物联网中的应用
光电式传感器可以与其他传感器和设备连接，为物联网系统提供高精度的光学检测能力。
未来发展趋势和展望
技术创新
随着技术的不断进步，光电式传感器将变得更加灵 敏、精确和可靠。
光电式传感器的原理和优势
1 光电式传感器的工作原理
通过发射光信号并检测被物体反射回来的光 信号来实现物体检测。
2 光电式传感器的优势
具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点， 适用于各种环境中的精确测量。
光电式传感器的应用领域
工业自动化
光电式传感器广泛应用于工业机械的自动化控 制中，例如物料检测和位置识别。
交通运输
光电式传感器在交通运输领域中用于交通信号 控制和车辆检测。
机器人技术
光电式传感器在机器人技术中发挥重要作用， 可帮助机器人感知周围环境并执行任务。
医疗保健
光电式传感器可应用于医疗设备中，如医疗成 像和生命体征监测。
光电式传感器的工作原理和结构
光电式传感器的工作原理
当物体进入传感器的检测范围时，光电传感器会发 射光束并检测反射光的强弱以实现物体的检测。
光电式传感器的结构
光电式传感器通常由发射器、接收器和信号处理电 路组成。
光电式传感器的应用案例
1
自动门传感器
光电式传感器可用于自动门系统中，实现自动开关门功能。
2
打印机纸张检测
光电式传感器可用于打印机中检测纸张的位置和状态。
简要说明光电式传感器的应用和特点
简要说明光电式传感器的应用和特点
光电式传感器是一种利用光电效应进行检测和测量的装置。
它通过将光源和光电元件（如光敏二极管或光电二极管）组合在一起，利用光的反射、吸收或透过来实现对光信号的感测。
以下是光电式传感器的一些应用和特点：
应用：
1.接近传感器：光电式接近传感器可用于检测物体的存在
或接近，例如自动门的开关、自动灯光控制等。
2.光电编码器：光电式传感器可以用于测量旋转、线性或
角度位置，并广泛应用于机械、自动化和工业控制系统中。
3.反射式传感器：光电式反射式传感器可用于检测物体的
反射光，常用于印刷、包装行业中的标签检测、物体计数等。
4.光栅传感器：光电式光栅传感器可用于检测物体的速度、
位置或旋转，常用于电梯、输送带等运动控制系统中。
特点：
1.非接触式检测：光电式传感器能够在不接触被测物体的
情况下进行检测，不会对被测物体造成损坏或污染。
2.高精度和快速响应：光电式传感器具有较高的精度和快
速的响应时间，可以实时检测到物体的位置、速度或其他特性。
3.良好的环境适应性：光电式传感器在各种环境条件下都
能正常工作，如光照强度变化、温度变化等。
4.长寿命和可靠性：光电式传感器通常具有较长的使用寿命和较高的可靠性，适用于长期运行和工业环境中的应用。
《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
光电式传感器工作原理
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应的原理来感知物体的存在或测量物体的位置、距离等信息。
其工作原理如下：
1. 光电效应：光电效应是指当光线照射到某些物质表面时，能够使物质中的电子获得足够的能量从而从原子或分子中脱离出来。
这些脱离的电子称为光电子。
2. 光电传感器结构：光电式传感器通常由光源、探测器和信号处理电路组成。
光源一般为发光二极管（LED）或激光二极管（LD），用来发射光束。
探测器一般为光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光电二极管等，用来接收光束。
信号处理电路则用来处理探测器接收到的光强信号，并将其转化为电信号输出。
3. 功能原理：光电式传感器的工作原理可以分为两种不同的方式。
- 光电隔离式：光源和探测器分别位于传感器的两侧，通过
光束在两侧之间的遮挡来感知物体的存在。
当物体遮挡了光束，探测器接收到的光强就会减弱，从而触发传感器输出信号。
这种方式常用于物体检测、计数和测量等应用。
- 反射式：光源和探测器位于同一侧，通过物体对光线的反
射来感知物体的存在或测量物体的位置。
当光束照射到物体上并反射回探测器时，探测器接收到的光强会发生变化，从而触发传感器输出信号。
这种方式常用于物体的位置检测和距离测
量等应用。
总的来说，光电式传感器利用光电效应，通过光源和探测器的组合来感知物体的存在或测量物体的位置、距离等信息。
不同的工作方式可以适用于不同的应用场景。
传感器原理与应用—光电式
(a)原理 图3.83 光平面位置检测器
(b)结构
新型光电器件
二． 三． 四．
固态图像传感器（solid image sensor ） 图像传感器是电荷转移器件与光敏阵列元件集为一体构成的，具有自扫描功能的摄像器件。
图像传感器从功能上说，它是一个能把受光面的光像分成许多小单元(称为像元)，并将它们转换成电 信号，然后顺序地输送出去的器件。
致发光光源和激光光源。
一． 光源
光电传感器的组成
1. 热辐射光源 2. 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。例如钨丝白炽灯和卤钨灯。 3. 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；发热大；寿命短；易碎，电压高，使用
有一定的危险。 4. 气体放电光源 5. 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为气体放
(5) 峰值探测率 (6) 峰值探测率是表征光电器件噪声水平的性能参数。
1
A f
D*
☻ 探测器件的性能常用峰值探测率D*表征，D*值大，
PNE / A f
PNE
噪声等效功率小，光电器件性能好。
A 光敏器件的有效光敏面 积
f 探测系数带宽
光电传感器的组成
二． 光电器件
2.
光电器件的性能参数
(5) 温度特性
新型光电器件
二． 三．
固态图像传感器（ solid image sensor ） 从构造上说，图像传感器是一种小型固态集成元件，其核心是电荷转移器件(Charge Transfer Device，CTD)，其中最常用的是电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)。CCD由阵列式 排列在衬底上的金属-氧化物-硅(Metal Oxide Semi-Conductor，简称MOS)电容器组成，它具有 光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。
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的少数载流子(电子、
空穴)浓度大大增大。
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B光敏二级管的接法
光照射到PN结时，电子-空穴对数量 增加，光电流与照度成正比
光照
光敏二极 管的反向 偏置接法
—
UO
+
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A
VD
Ei
ID
RL
Uo
光敏二级管反向偏置接法
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e
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C)应用电路
VCC (3~20V)
VCC
Re
Ic
U 0 Vcc I c RL
U 0 I c RL
Ic
Re ( RL )
射极输出电路
集电极输出电路
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利用光敏三极管来达到强光照时继电器吸合 电路，请分析其工作过程。
当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么 状态？继电器KA吸合还是释放？如果将V1与R b2位 置上下对调，其结果如何？
紫外线
思考：
紫外管都做什 么用？
紫外管
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2、光电倍增管
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特点：灵敏度高，信噪比大，线性好。
D1
D3
A
K
D2
D4
U
应用：微光测量
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基于内光电效应——光敏电阻、光敏二级管、光
敏三极管 1）光敏电阻——光导管 A、结构
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太阳能发电
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任务：
1.设计一个自动照明灯电路，要求白天不亮而晚上自
动亮。
2.分析条形码扫描笔工作原理。
3.查找有关资料了解如何选择条形码扫描器？ 4.请利用光电式转速传感器来测量一转动源的转速。
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1.请分析下图自动照明灯控制电路
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光度学单位
1、光照度（E），单位lx，表示受照物体被照亮
程度的物理量。
2、光通量（ ），单位lm，它与人的眼睛感受 到的光强有关，也与光的波长（颜色）有关。
1lx 1lm / m
2
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C基本特性
暗电阻：室温、全暗条件下，测得稳定电阻。
暗电流
亮电阻：室温、一定光照度下测得稳定电阻。
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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。
I f (E )
光谱特性 入射光波波长与光敏器件相对灵敏度或相对光 电流间关系。
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四、应用
被测物是光源
被测物吸收光通量
被测物具有反射能力表面
被测物遮蔽光通量
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思考题：
超市用激光扫描器检测商品的条形码是利用（ ）
原理；用光电传感器检测复印机走纸故障（两张重叠(nm )
蓝光的波长比红光的( （ ） 。 A.大 B.小
) ,相同光通量的蓝光能量比红光 C.长 D.短
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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。 分类 外光电效应 内光电效应 光电伏特效应
变厚）是利用了（ ）原理；放电影时，利用光电元 件读取影片胶片边缘“声带”的黑白宽度变化来还原 声音，是利用了（ ）原理；而洗手间红外反射式干 手机又是利用了（ ）原理。
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1.超市收银台用激光扫描器检测商品的条形码
激光扫描器发出激光并被条形码反射
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2.红外线辐射温度计
红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用 于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发 展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以 从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，
可根据需要选择适合的型号。
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红外线辐射温度计外形
激光仅 用于瞄准
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环境温度测试
光电池短路电流测量电路
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能提供较大电流的大面积光电池 外形
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光电池在动力方面的应用
太阳能赛车 太阳能 硅光电池板
太阳能电动机模型
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太阳能发电
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光电池在人造卫星上的应用
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三、光电元件特性 光照特性 当光电元件上加上一定电压时，光电流I与光 电元件上照度E之间的对应关系。
TO型 光纤型
100~150
≤25 60 ≤3 0.07 ≤1.5 -20~+40
150~250
≤35 60 ≤4 0.09 ≤2 -20~+40
噪声等效功率 Pw/Hz1/2 0.05 结电容 pF 使用温度范围 ℃
封装形式
TO型
TO型
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2）光敏三极管
A）结构
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1-红外发光二极管
2-烟雾检测室
3-透烟孔
4-红外发光三极管 5- 烟雾
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热释电感应灯
热释电 传感器
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热释电效应 某些电介质物质表面温度发生变化时，在这 些介质的表面会产生电荷，这种现象称为热释电 效应。
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红外热释电传感器
放大器
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D基本应用电路
Ei
R
Ei
I
RL
I
RL U o
R
Uo
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2）光敏二极管 A)结构原理 装在透明玻璃 外壳中，其PN结装 在管顶，可直接受 到光照射。
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1）在没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小。 反向电流也叫暗电流，这时，处于载止状态。 2）当光照射时，PN 结附近受光子轰击， 吸收能量产生电子空穴对，使P区和N区
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遮断型光电开关示意图
遮断报警
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遮断式光电开关原理
Receiver 光发射器
光接收器
Object
被检测物体
遮断式光电开关 由相互分离且相对安 装的光发射器和光接 受器组成。当被检测 物体位于发射器和接 受器之间时，光线被 阻断，接受器接受不 到红外线而产生开关 信号。
4
掌握光电传感器应用
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一、光电效应
1905年德国物理学家 爱因斯坦用光量子学说解 释了光电发射等光电效应， 并为此而获得1921年诺贝
尔物理学奖。
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.
χ 射 线 紫 外 线 可 见 光 近 红 外 中 红 外 远 红 外 λ (um )
近 紫 外
紫
蓝
绿
光 电 池
前 置 放 大 器
切 换 开 关
A / D 转 换 数 显
CPU
一系列参数
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红外线辐射温度计外形
红外线辐射温度计 用于食品温度测量
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红外线辐射温度计 在非接触体温测量中的应用
耳温仪
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红外线辐射温度计用于人体额温测量
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基于光电伏特效应——光电池
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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(例如硼)，形成PN结，再引出电极，其上还 蒸镀抗反射膜，既减少反射损失，又起保护作用。
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2.原理
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3.应用电路
当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么 状态？继电器KA吸合还是释放？如果将V1与R b2位 置上下对调，其结果如何？
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任务四 光电式传感器
（Photo-electric Transducer）
主要内容：
1
2 3 了解光电效应及其分类 熟悉光电元件的结构 掌握其工作原理及特性
红外线辐射温度计在非接 触温度测量中的应用
集成IC 温度测量
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利用红色激光瞄准被测 物（冷藏牛奶和面食）
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温度 采集系统
利用红色激光瞄准被 测物（电控柜、天花 板内的布线层）
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2、烟雾报警器
烟雾
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漫反射式烟雾传感器
光电开关 光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮 断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线
严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光
束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负 脉冲信号。 遮断型光电开关的检测距离一般可 达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。
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光电开关外形
现象。
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3、光电伏特现象
在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象。
光 P － － － ＋ ＋ ＋ ＋ － 光 生电 子 —空 穴对 N
＋
－
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二、光电器件 基于外光电效应器件——光电管、光电倍增管
1、光电管
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干手机
干手机发出红外光，并被手 所反射，从而启动热风装置