光电传感器的特性与参数讲解学习
光电传感器使用说明
光电传感器使用说明一、光电传感器的工作原理和分类1. 光电二极管（Photodiode）：它是一种常见的光电传感器，可将光信号转化为电流信号。
光电二极管通过感光面积的调整，可实现对不同光强的测量。
2. 光敏电阻（Light-dependent resistor，LDR）：它是一种依靠光线照射而改变电阻值的传感器。
光敏电阻的电阻值与光线强度成反比关系，因此可以用来测量光线的亮度。
3. 光电三极管（Phototransistor）：它结构上类似于普通的晶体管，但在基区和发射区之间加上了一个光敏区。
当光照射到光电三极管时，会产生电流放大效应，从而可以将光信号转化为电流信号。
4. 光电耦合器（Optocoupler）：它是将光电二极管和晶体管封装到一个封装内，用光绝缘的方式实现输入与输出之间的电气隔离。
光电耦合器在电气隔离和信号传输方面有重要的应用，可以用于电路隔离、信号转换等。
二、光电传感器的安装和调试在安装和调试光电传感器时，需要注意以下几点：1.安装位置的选择：根据具体的应用需求，选择合适的安装位置。
要确保光线能够正常照射到传感器的感光面，避免遮挡和干扰。
2.供电电压的选择：根据传感器的额定电压和工作电压范围，选择适当的供电电源。
要确保供电电压的稳定性，以免对传感器的工作产生影响。
3.输出信号的接收和处理：根据传感器的输出信号类型和电平，选择合适的接收和处理电路。
可以通过模拟电路或数字电路来处理传感器的输出信号。
4.灵敏度的调节：根据具体的应用需求，调节传感器的灵敏度。
对于光电二极管和光敏电阻等传感器，可以通过调节外部电阻来实现。
三、光电传感器的应用领域1.自动控制：光电传感器可以用于自动控制系统，如照明控制、清晰度检测、颜色识别等。
通过检测环境光照的变化，实现对设备的自动控制。
2.测量仪器：光电传感器可以用于测量仪器中，如光谱仪、测量器等。
通过测量光线的强弱、波长等，实现对物理量的测量。
3.光通信：光电传感器可以用于光通信系统中，如光纤通信、光模块等。
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
光电传感器简介演示
滤波器
滤波器用于过滤噪声和干扰信号 ，提高信号的稳定性和可靠性。
AD转换器
AD转换器用于将模拟信号转换 为数字信号，便于计算机处理和
分析。
03
CATALOGUE
光电传感器的应用场景
工业自动化
01
02
总结词：光电传感器在 工业自动化领域应用广 泛，主要用于检测、监 控和控制工业生产过程 中的各种参数。
3. 气候变化监测：通 过安装光电传感器， 可以实时监测气候变 化，如温度、湿度、 光照等，为气象预报 和气候变化研究提供 数据支持。
医疗诊断
总结词：光电传感器在医疗诊断领域的 应用正在逐渐增多，可用于快速、准确 、无创的检测和分析。
3. 血氧监测：通过手指佩戴的光电传感 器可以实时监测血氧饱和度，评估患者 的呼吸和循环功能。
工作原理
光电传感器利用光信号的反射、透射 、干涉等原理，将光信号转化为电信 号，再通过电路处理和控制系统实现 对物体状态的监测和控制。
光电传感器的种类与特点
种类
光电传感器包括光电二极管、光电晶体管、光电池、光电编码器、光学位置传 感器等。
特点
光电传感器具有高精度、高分辨率、非接触式测量、响应速度快、抗干扰能力 强等特点，广泛应用于自动化生产线、机器人、汽车、航空航天等领域的测量 与控制。
美的
中国的一家多元化家电企业，生产各种光电传感器和智能家居设 备。
主要制造商介绍
01
OMRON
日本OMRON公司自1936年成立以来，始终致力于传感&控制(S&C)
的技术开发，是一家领先全球的工业自动化产品的研发、制造及销售公
司。
02
Honeywell
美国霍尼韦尔是一家历史悠久的跨国公司，旗下所经营的产品服务覆
传感器之光电传感器解读
输
暗电流
出
灵
敏
度
温度特性
频率特性
四、光电池
（一）工作原理 光生伏特效应。
光线照射
电路符号
发电
（二）基本特性
1.光谱特性： 一定照度下,光波 波长与光电池灵敏度的 关系。
受光范围窄
硒 光电池
硅 光电池
受光范围宽
（紫外---紫----红----红外）
2.光电特性: 光照度与输出电 动势、输出电流之间 的关系。 3.温度特性 指开路电压、短 路电流与温度变化的 关系。 4.频率特性: 指输入的调制光 频率与输出电流的关 系。 硅光电池的频率 特性较好，频率上限 约几万Hz。
光照
电路符号
（二）特性参数
1.暗电阻与亮电阻 暗电阻-----在室温且全暗条件下测得的稳定电阻。例如 MG41-42型光敏电阻的暗阻大于等于 0.1兆欧。 暗电阻-----在室温且一定光照条件下测得的稳定电阻。 例如MG41-42型光敏电阻的亮阻小于等于1000欧。
光敏电阻接在电路 上，亮电流（大）与暗 电流（小）之差被称为 光电流。
增大
U0 ? 2I? RF
二、光电检测实例
（一）WDS型光电比色高温计： 通过辐射体在两个不同波长上的辐射能量之比，测定辐 射体的温度。非接触式，可测量高温。
变送器
反射镜 目镜
人 工 棱镜
记录仪
辐射体
光阑 分光镜
物镜
光导棒
瞄准 反射镜
观 不可见光 测
可见光
比例计算
（二）光电比色计 用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
空箱检测及推出处理
被长距传送的金属板检测
第三节 光导纤维传感器
光电传感器特性分析
光电传感器特性分析光电传感器是一种能够将光能转换为电信号的器件。
它的主要原理是利用光电效应，即光照射在特定材料上时，会产生光电流。
光电传感器具有高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域等优点。
本文将对光电传感器的特性进行详细分析。
1.灵敏度：光电传感器的灵敏度是指它对光信号的敏感程度。
灵敏度越高，意味着光电传感器能够更好地接收到微弱的光信号并产生相应的电信号。
灵敏度的提高可以通过改变材料的光电系数、增加光电极面积和优化传感器结构等方式来实现。
2.光电转换效率：光电转换效率是指光能转换成电能的比例。
光电传感器的光电转换效率取决于光电极材料的内部结构和材料特性。
常用的光电极材料有硒化铟、硒化铟锌和硒化硫等。
不同材料具有不同的能带结构和能级分布，因此其光电转换效率也有所差异。
3.噪声特性：光电传感器的噪声特性对其工作性能和信号检测能力有重要影响。
光电传感器的噪声主要包括暗电流噪声和光电流噪声。
暗电流噪声是光电传感器在没有光照射时产生的电流噪声，而光电流噪声是光照射时产生的电流噪声。
减小噪声需要采取合适的电路设计、优化光电极材料和降低温度等措施。
4.响应时间：光电传感器的响应时间是指它从接收到光信号到产生相应的电信号所需的时间。
响应时间的快慢决定了光电传感器的动态特性。
降低响应时间可以通过减小光电极的电容、优化光电极结构以及改变光电极材料等方式来实现。
5.波长选择性：光电传感器对不同波长的光信号具有不同的响应特性。
波长选择性是指光电传感器对特定波长的光信号的敏感程度。
不同材料的光电极对不同波长的光信号具有不同的吸收特性，因此可根据需求选择合适的光电极材料来实现特定波长的选择性。
6.工作温度范围：光电传感器的工作温度范围决定了它在不同环境条件下的可靠性和稳定性。
高温环境会导致光电传感器的灵敏度降低和工作性能下降，而低温环境则可能导致光电传感器无法正常工作。
因此，在应用中需要选择适合的光电传感器根据环境温度要求。
光电传感器基本特性的研究
72图1 光敏电阻结构图 光电传感器基本特性的研究光电传感器是一种将光量的变化转换为电量变化的传感器．它的物理基础就是光电效应．光电传感器可以用于检测直接应其光量变化的非电量，也可以用于检测能转换成光量变化的其他非电量．光电传感器具有相应快、性能可靠、能实现非接触测量等优点，因而在监测和控制领域获得广泛应用．光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化．它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小．光敏电阻通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的．广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等）及各种测量仪器中．【实验目的】1．了解光电传感器的工作原理及相关的特性；2．了解非电量转化为电量进行动态测量的方法；3．选择合理的光路和测量电路；4．测量光电传感器的基本特性．【实验原理】一 光敏电阻光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化．它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小．光敏电阻通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的．广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等）及各种测量仪器中．1．光敏电阻的工作原理在光照作用下能使物体的电导率改变的现象称为内光电效应．本实验所用的光敏电阻就是基于内光电效应的光电元件．当内光电效应发生时，固体材料吸收的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴．这样由于材料中载流子个数增加，使材料的电导率增加，电导率的改变量为n p e n e p μμσ⋅⋅Δ+⋅⋅Δ=Δ（1）（1）式中e 为电荷电量；Δp 为空穴浓度的改变量；Δn 为电子浓度的改变量；μ p 为空73穴的迁移率；μ n 为电子的迁移率．当光敏电阻两端加上电压U 后，光电流为U d A I ph ⋅Δ⋅=σ （2）其中A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离．用于制造光敏电阻的材料主要有金属的硫化物、硒化物和锑化物等半导体材料．目前生产的光敏电阻主要是硫化镉．光敏电阻具有灵敏度高、光谱特性好、使用寿命长、稳定性能高、体积小以及制造工艺简单等特点，被广泛地用于自动化技术中．2．光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性包括伏-安特性、光照特性、光电灵敏度、光谱特性、频率特性和温度特性等．了解光电器件的基本特性对合理选用光电器件非常重要，本实验只介绍光敏电阻的伏-安特性和光照特性．在一定光照下，光敏电阻的电流与所加电压的伏安特性如图2所示．从图中可以看到，光敏电阻是一个纯电阻，其伏安特性线性良好．在不同光照条件下的伏安特性曲线斜率不同，相应的光敏电阻阻值也不同．在给定偏压下，光照度越大，电流也越大．在一定光照下，电压越大，电流也越大，且没有饱和现象，但不能无限度地提高工作电压，光敏电阻的最高使用电压要有它的耗散功率所决定，而光敏电阻的耗散功率由于其面积和散热田间等因素有关，图中的虚线划分出了额定功耗区，使用时应注意不要使电阻的功率超过额定功耗区．当光电器件电极上的电压一定时，光电流与入射到光电器件上的光照强度之间的关系称为光照特性．光敏电阻的光照特性如图3所示，图中入射光照度的单位是lx ，由图可以看到，光敏电阻灵敏度高，但其光照特性为非线性，故一般不宜作测量元件，在自动控制中多做开关元件．例如照相机中的电子快门和路灯自动控制电路都使用光敏电阻作为光电传感元件． 201043274二 硅光电池：参见“大学物理实验”第二册 实验九三 点光源的距离平方反比定律任何一个光源都可以看作是由一系列点光源字合而成的．当一个光源的发光部分远远小于光源到测量点的距离时，可以将这个光源近似看成点光源．均匀点光源的空间发射光波时遵循距离平方反比定律：点光源在传播方向上某一点的照度E 和该点到光源的距离r 的平方成反比，即E = I / r 2 （3）照度E 的单位为lx ，发光强度I 的单位是cd ．【实验仪器】光源、光源电源、透镜1：f = 50 mm 、透镜2：f = 70 mm 、光敏电阻、硅光电池、稳压电源、数字万用表、取样电阻、负载电阻和照明灯等．【注意事项】1. 硅光电池1） 硅光电池的反向电压不得超过6 V ；2） 硅光电池的正向不得加电。
常用光电传感器介绍
请避免使负载短路。否则可能引起破裂或烧毁。
3、无负载的连接 无负载情况下，直接连接电源会引起内部元件破裂或烧毁，所以请 务必在有负载的情况下进行布线。 4、误接线 需考虑电源的极性等，请勿错误接线。否则可能引起破裂或烧毁。
18、光电传感器的安装
19、光电传感器的安装
20、光电传感器的异常检查
传感器不工作，请检查以下几点: a、是否按规定进行布线及连接； b、螺钉是否有松动； c、光轴调整、灵敏度调整是否已完成； d、检测物体、工件速度是否符合额定规格； f、投受光器的透镜面上是否附着有垃圾、灰尘等异物；
常用光电传感器
1、光电传感器的定义
光电传感器（电眼）是利用光的各种性质，检测物体的有无和 表面状态的变化等的传感器。
光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如 果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将 会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行 输出。 大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色） 和红外光。
⑦便于调整在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的 位置进行调整。
3、光电传感器的常见分类
光电传感器常见的主要分为3类。
1、对射型
为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。 掌握这种减少后可进行检测。
END
角度反射，称为正反射。3个平面互相直角般组
合的形状称为三面直角棱镜。如果面向三面直角 棱镜投光，将反复进行正反射，最终的反射光将向投光的反方向行进。这样的反 射称为回归反射。多数的回归反射板都是由数mm角的三面直角棱镜按规律排列而 构成的。 此外，在白纸等没有光泽性的表面上，光线将向各个方向反射，这样 的反射称为扩散反射。扩散反射型将该原理作为检测方式。
第一部分光电式传感器的基本知识教学-精选
第一节 光电式传感器的基本知识
二、常用光源及光电式传感器种类
1．常用光源
（1）自然光源 太阳光、月光等自然界存在的光线。
（2）热辐射光源 热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光 源称为热辐射光源。
（3）电致发光器件——发光二极管 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光， 它是将电能直接转换成光能的过程。
（6）响应时间 光敏电阻受光照后，光电流并不立刻升到最大值，而要经 历一段时间（上升时间）才能达到最大值。同样，光照停止后， 光电流也需要经过一段时间（下降时间）才能恢复到其暗电流 值，这段时间称为响应时间。
（7）温度特性 温度，暗电阻和灵敏度。
第二节 光电式传感器及其基本特性
三、光敏晶体管
1．光敏二极管 光敏二极管的 PN 结装在管壳的顶部，可以直接受到光的 照射。 当有光照射时，形成与光照度成正比的比无光时大得多的 反向电流即光电流。
第二节 光电式传感器及其基本特性
1．光电池的结构及工作原理
在 N 型衬底上渗入 P 型杂质形成 一个大面积的 PN 结，作为光照敏感面。 光子能量大于硅的禁带宽度，P 型区每 吸收一个光子就产生一对光生电子 - 空 穴对，并形成由表及里扩散的自然 趋势。PN 结内电场使扩散到 PN 结附近的电子 - 空穴对分离， 光生电子被推向 N 区，光生空穴被留在 P 区，从而使 N 区带 负电，P 区带正电，形成光生电动势。
面的一个自由电子，使电子的能量增加到 h。
当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功 A 时，自由电子就可以克服金属表面束缚而逸出， 形成电子发射。这种逸出的电子成为光电子。
1——阳极 A，2 ——阴极 K，3 ——石英玻 璃外壳，4 ——抽气管蒂，5 ——阳极引脚，6 — —阴极引脚。
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光照特性
光电传感器的积分灵敏度或光谱灵敏度与入射光辐射通量 的关系称为光照特性。
光谱特性
光电传感器的相对光谱灵敏度与入射光线波长的关系称为光谱特性。该特性反 映了一定波长的辐射源只适应特定的光电传感器。
温度特性
温度特性是指在一定的温度范围内，环境温度对光电传感器的灵敏度、 暗电流、光电流等的影响，通常由温度系数表示。温度系数表示在给定的温 度范围内，温度变化1 ℃时，光电流的相对平均增量或灵敏度的变化。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ冲响应特性
光电传感器对阶跃光信号的响应，从稳态值的1 0%上升到90%所需 要的时间称为上升时间，用tr表示。从稳态值的90%下降到1 0%所需要的 时间称为下降时间，用tf表示。
光电传感器的脉冲时间响应特性反映了响应时间的快慢。
频率响应特性
光电传感器的输出电压（电流）的振幅或相对光谱灵敏度随入射光辐射通量的 调制频率而变化的关系称为频率响应特性。
光电传感器的特性与参数
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灵敏度
光电传感器对单色辐射光通量的响应称为光谱灵敏度，反映了光电传感器对单 色辐射光的响应能力，即：
光电传感器对连续辐射光通量的响应称为积分灵敏度，反映了光电传感器的输 出电压（电流）与入射的总的辐射光通量之比，即：
上式中Rv和RI分别为光电传感器的电压灵敏度和电流灵敏度。
伏安特性
在入射光谱不变的情况下，光电传感器的电流与电压之间的关系称为伏安特性。
量子效率
量子效率是指在一定的波长下，单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数 之比。该参数反映了光电器件的光电转换能力。
THANK YOU
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