传感器原理与应用—光电式
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于自动控制、仪器仪表、光电子技术等领域。
本文将介绍光电式传感器的工作原理及其应用。
一、光电式传感器的概述光电式传感器是一种以光电效应为基础的传感器，通过元件内的光电效应来感知光信号，并将其转化为电信号进行处理。
光电式传感器通常由光源、敏感元件和信号处理部分组成。
二、光电式传感器的工作原理基于光电效应的物理原理。
当光照射到光电式传感器的敏感元件上时，光子会与敏感元件中的电子发生作用，导致电子从原子中脱离，并形成电流。
这个过程可以通过光电效应来解释。
光电效应是指，当光照射到金属表面或半导体材料中时，光子的能量被传递给金属或半导体晶格内的电子，使其脱离原子而形成自由电子。
当光照射强度增加时，脱离的电子数量也会相应增加。
在光电式传感器中，敏感元件通常采用半导体材料。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会将部分半导体晶格中的电子激发，使其跃迁到导带中形成自由电子。
这些自由电子可以被电极收集，从而形成电流信号。
通过测量电流信号的强度，可以确定光信号的强度。
三、光电式传感器的应用光电式传感器具有快速、高精度、高灵敏度等特点，因此在多个领域得到了广泛应用。
1. 工业自动化控制：光电式传感器可以用来检测物体的位置、距离和速度，实现自动化控制系统中的精确定位和测量。
2. 光电检测：利用光电式传感器的灵敏度和快速响应特性，可以实现对透明物体、颜色或表面特性变化的检测，例如反射式光电传感器可用于检测物体的存在或缺失。
3. 光学通信：光电式传感器在光学通信领域中起着至关重要的作用，可以将光信号转化为电信号进行处理和传输。
4. 医疗设备：光电式传感器被广泛应用于医疗设备中，例如血氧监测仪和心率监测器等，用于监测患者的生理参数。
5. 环境监测：光电式传感器可以用于测量环境中的光照强度、光质量等指标，对气候变化、自然灾害等进行监测和预警。
四、总结光电式传感器是一种将光信号转化为电信号的重要工具。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
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设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
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如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （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 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
传感器第四章 光电式传感器原理与应用 (2)资料
（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元 件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
（3）光谱特性
光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的
（4）响应时间
光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在 时间上有一个滞后。
光电器件受光照时，有电信号输出，光电器件不受 光照时，无电信号输出。属于这一类的大多是作继电 器和脉冲发生器应用的光电传感器，如测量线位移、 线速度、角位移、角速度(转速)的光电脉冲传感器等 等。
光电式数字转速表
c ZTN 60
End the 4.1
4.2 光电码盘
数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能 避免在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
采用几个码盘通过机械传动装置连成一起的码盘组， 则可大大提高分辨率，而且可以用来测定转速。
4.2 光电码盘
4.2.1 工作原理 4.2.2 码盘和码制 4.2.3 二进制码与循环码的转换 4.2.4 应用
4.2.4 应用
光学码盘测角仪的原理图 1－光源 2－大孔径非球面聚光镜 3－码盘 4－狭缝 5－光电元件
4.1.2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极 阳极 倍增极上涂有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料，并且电 位逐级升高
传感器技术及应用第4.1章 光电式传感器-光电效应及光电器件
光电池外形
光敏面
能提供较大电流的 大面积光电池外形
其他光电池及在照度测量中的应用
柔光罩下面为圆形光电池
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
光电池在动力方面的应用（续）
太阳能发电
光电池在动力方面的应用（续）
光电池在人造卫星上的应用
光电池的光电特性
开路电压为 对数特性
（2）光电式转速表
光电式 转速表属于 反射式光电 传感器，它 可以在距被 测物数十毫 米外非接触 地测量其转 速。
n =60( f /z )
水泵转速测量
光电式转速表外形
光电自动门
自动门光电传感器 放大图
有效检测区域
4、被测物遮挡光通量的应用实例
（1）.光电式带材跑偏检测器
光电传感器
带材走偏 时，边缘经常 与传送机械发 生碰撞，易出 现卷边，造成
红外接收管
PIN光电二极管
PIN光电二极管是在P区和N区之间插入一层电阻 率很大的I层，从而减小了PN结的电容，提高了工作 频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压） 高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的 光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作 各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接 收管（红外波段）、UHF 频带小信号开关、中波频带 到1000MHZ之间电流控制、可变 衰减器、各种通信设备收发天线的 高频功率开关切换和RF领域的高 速开关等。特殊结构的PIN二极 管还可用于测量紫外线或射线等。
参比通道
1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜 5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器 8—标准水样
光电传感器原理及应用领域
光电传感器原理及应用领域光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的传感器。
它利用光电效应和半导体材料的特性来实现光信号的转换。
光电传感器具有高灵敏度、高精度和快速响应的特点，广泛应用于工业、农业、医疗、环境监测、安防等领域。
光电传感器的原理主要基于光电效应。
光电效应是指当光线照射到物质表面时，会激发出电子从物质表面跃迁到导带中。
光电传感器通常由光电二极管或光电三极管组成。
当光线照射到光电传感器的敏感区域，光电二极管或光电三极管中的半导体材料会吸收光能，产生电子-空穴对。
电子将被推向导电层，形成电流。
通过测量电流的大小，我们可以知道光线的强度。
光电传感器的应用领域非常广泛。
以下是一些常见的应用：1. 工业自动化：在工业自动化领域，光电传感器常用于检测和计数产品。
例如，在生产线上，光电传感器可以用来检测产品的存在和位置，以便进行适当的操作和控制。
2. 机器人技术：光电传感器可以用于机器人技术中的姿态感知和避障。
通过在机器人周围安装光电传感器，可以检测到障碍物并避免碰撞。
3. 光电开关：光电开关是一种基于光电传感器原理的开关装置。
它可以通过光束的中断或反射来触发电路的开关动作。
光电开关在自动化控制系统中广泛应用，例如自动门、自动售货机等。
4. 医疗设备：光电传感器在医疗设备中有广泛应用。
例如，在心率监测仪中，光电传感器可以检测到脉搏的变化，以实时监测病人的心率。
在血氧饱和度测量仪中，光电传感器可以用来测量血液中的氧气含量。
5. 环境监测：光电传感器可以用于环境监测中的气体检测。
例如，通过测量光电传感器上氧化剂的氧化速率，可以确定大气中有毒气体的浓度。
6. 安防系统：光电传感器在安防系统中的应用也非常常见。
例如，在入侵报警系统中，光电传感器可以用来检测到房间内是否有人进入，从而触发报警。
综上所述，光电传感器通过光电效应实现了光信号到电信号的转换，具有高灵敏度、高精度和快速响应的特点。
它在工业、农业、医疗、环境监测、安防等领域都有广泛应用。
光电式传感器及应用
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3．光敏晶体管
光敏晶体管包括光敏二极管、光敏三极 管、光敏晶闸管，它们的工作原理是基 于内光电效应。光敏三极管的灵敏度比 光敏二极管高，但频率特性较差，目前 广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、 光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、 光电读出装置等场合。光敏晶闸管主要 应用于光控开关电路
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发更多的二次发射电子，最后被阳极所收集。 若每级的二次发射倍增率为m，共有n级（通 常可达9～11级），则光电倍增管阳极得到的 光电流比普通光电管大mn倍，因此光电倍增 管的灵敏度极高。
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光电倍增管的稳定性
各倍增极的电压是用分压电阻R1、R2、…、Rn 获得的，阳极电流流经电阻RL得到输出电压Uo。 当用于测量稳定的辐射通量时，图中虚线连接 的电容C1、C2、…、Cn和输出隔离电容C0都可 以省去。这时电路往往将电源正端接地，并且 输出可以直接与放大器输入端连接。当入射光 通量为脉冲量时，则应将电源的负端接地，因 为光电倍增管的阴极接地比阳极接地有更低的 噪声，此时输出端应接入隔离电容，同时各倍 增极的并联电容亦应接入，以稳定脉冲工作时 的各级工作电压，稳定增益并防止饱和。
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②光敏三极管外形
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③ 光敏晶闸管
光敏晶闸管（LCR）又称为光控晶闸管 光敏晶闸管的特点是工作电压很高，有
的可达数百伏，导通电流比光敏三极管 大得多，因此输出功率很大，在自动检 测控制和日常生活中应用会越来越广泛。
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光敏晶闸管外形
光敏面
达到电流/电压转换关系。
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5.光电耦合器件
由发光元件（如发光二极管）和光电接 收元件合并使用，以光作为媒介传递信 号的光电器件。
光电开关传感器工作原理及应用
光电开关传感器工作原理及应用
反射式光电开关传感器由光源和接收器组成，光源发射出光线，被物
体反射后，接收器接收到反射光信号，然后转换为电信号进行处理。
当物
体进入或离开光源和接收器之间的测量范围时，就会引起光信号的变化，
从而实现对物体的检测。
穿刺式光电开关传感器由光源和接收器组成，光源发射出一束平行光线，被要检测的物体遮挡时，光线会被物体阻挡一部分或全部，无法到达
接收器，从而引起光信号的变化。
通过检测光信号的变化，可以实现对物
体的检测和测量。
1.人体检测：光电开关传感器可以用于人体检测，例如在自动门、安
全门等场景中，当有人靠近或通过时，光电开关传感器会检测到人体的存在，从而触发门的开启或关闭。
2.物体计数：光电开关传感器可以用于物体计数，例如在流水线生产中，可以通过检测物体的通过次数来计数已生产的产品数量。
3.材料检测：光电开关传感器可以用于材料的检测和判断，例如在印
刷行业中，可以通过检测材料的颜色、透明度等参数，判断材料是否合格。
4.距离测量：光电开关传感器可以用于测量物体的距离，例如在自动
停车系统中，可以通过检测车辆与停车位之间的距离，来引导车辆停放。
5.开关控制：光电开关传感器可以用于开关的控制，例如在照明系统中，可以通过检测光线强度，控制照明的开启和关闭。
总之，光电开关传感器利用光电原理实现对物体的检测和测量，具有
广泛的应用领域，可以用于人体检测、物体计数、材料检测、距离测量和
开关控制等方面。
随着科技的进步和传感器技术的不断创新，光电开关传感器的应用领域会越来越广泛，为各种行业提供更多的便利和安全。
光电传感器的应用与发展
一、引文光电传感器主要作为一种检测装置，目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增管和半导体光敏元件。
由于它具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵便多样，体积小，已经获得了广泛应用。
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的，普通情况下，它有三部份组成，可分为发送器、接收器和检测电路。
投光器发出的光束被物体阻断或者部份反射，受光器最终作出判断，发射器发射光束普通来源于半导体的光源——发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或者改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或者光电三极管组成，在接收器前面装有光学元件——透镜或者光圈，在其后面检测电路，滤出有效信号和应用信号，实现控制。
图 1 光电传感器的四种基本形式光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，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、气体成份分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。
如自动门传感、色标检出等。
在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。
这种物理现象称为光电效应。
通常把光电效应分为三类：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。
基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。
图 2 光电管基本结构在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。
基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。
图 3 光敏电阻基本结构在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。
基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
二、研究现状与前景1) 检测距离长。
在对射型中保留10m 以上的检测距离等，便能实现其他检测手段。
2) 对检测物体的限制少。
由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。
光电式传感器PPT课件
第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
光电传感器的原理功能特点等应用
光电传感器的原理功能特点等应用光电传感器是一种使用光电效应来感知光强度的传感器。
它通过转换光信号为电信号来测量或控制光的强度，广泛应用于工业自动化、光电检测、通信、仪器仪表、消费类电子产品等领域。
下面将详细介绍光电传感器的原理、功能特点以及常见的应用。
一、光电传感器的原理1.光电发射效应：当光线照射到半导体或金属表面时，表面的电子可以受到光的激发，逃逸出表面形成光电子流，产生电流。
2.光电吸收效应：光线照射到半导体材料时，能级结构中的电子可以吸收光的能量，从而跃迁到更高能级，形成电子空穴对。
这种电子空穴对的形成可以产生电流。
3.光电导效应：当光线照射到半导体材料时，可以改变半导体中载流子的浓度，从而改变电导率。
通过测量电导率的变化，可以获得光的强度信息。
二、光电传感器的功能特点1.快速响应：光电传感器具有非常快的响应速度，能够实时感知和测量光的强度变化。
2.宽波长范围：光电传感器可以感知多种不同波长的光，能够适应不同应用场景的需求。
3.高精度测量：光电传感器可以实现对光的精确测量，可以微小范围内的光强度差异。
4.长寿命稳定性：光电传感器采用无机材料制成，具有很高的耐久性和稳定性，可以长时间运行。
5.高灵敏度：光电传感器具有很高的灵敏度，能够感知微小光强的变化。
6.非接触式测量：光电传感器通过光线的反射或穿透来感知光的强度，无需物理接触被测物体，适用于一些特殊环境和要求。
三、光电传感器的应用1.工业自动化：光电传感器在工业生产中用于检测和测量物体的位置、形状、颜色等特征，用于自动化流水线的控制和调节。
2.光电检测：光电传感器用于检测光电开关、光电门等设备，实现信号的接收和传输，广泛应用于安防监控、自动门、智能家居等领域。
3.通信设备：光电传感器在通信设备中用于发送和接收光信号，实现光纤通信、激光通信等高速传输。
4.仪器仪表：光电传感器在仪器仪表中用于测量和检测光强度，如光度计、光谱仪等。
5.消费类电子产品：光电传感器广泛应用于消费类电子产品中，如智能手机的屏幕自动亮度调节、手势识别等。