光电传感器的应用与发展趋势
光电传感器的应用与发展趋势
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
一、应用背景
光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的敏感范围。此外，光电传感器的体积很小，而敏感范围很宽，加上机壳有很多样式，几乎可以到处使用。最后，随着技术的不断发展，光电传感器在价钱方面可以同用其他技术制造的传感器竞争。因而光电传感器得到了广泛的应用与长足的发展。
二、光电效应
光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect），一般包括外光电效应、光导效应与光生伏特效应。
根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量部分将克服正离子束缚，另一部分将转换成电子能量。根据能量守恒定律：1/2mv2=hv-A(m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做功)，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>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。
当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上，若电子的能量与半导体禁带的能级宽度，则使电子从价带跃迁到导带形成电子。同时，价带留下相应的空穴，导致电子空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用形成的电流。
除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著，根据光导效应制造的光电元件的固有入射光频率，当其光照在光电阻上时，导电性增强，电阻值下降。光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。
半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应，据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。
三、光电传感器
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控制的，其结构如下：
图1 光电传感器的结构
由上可知，其首先把被测量的变化转换成光信号,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号；其次，光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成；再次，光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,使光电式传感器在检测和控制中广泛应用。
1.光源
光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源来达到测量目的的关系，因此光电传感器的光源有着重要的地位，常用光源有以下几种：
⑴发光二极管
是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。
⑵丝灯泡
这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。
⑶激光
激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。
由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的测量电路。测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成所需要的电压或电流。另外，不同的光电元件，所要求的测量电路是不相同，并且在各种导体的光电元件常用测量电路与各种红外线传感器的工作方式更是各有所异，在此就不一一描述。
2.电子测量电路
由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须
配备适当的测量电路。半导体光敏电阻可以通过较大的电流，所以在一般情况下，无需配备放大器。在要求较大的输出功率时，可用图2所示的电路。
图2 光敏电阻测量电路
图3给出带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。当入射光强度缓慢变化时，光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的，温度的变化将造成电桥输出电压的漂移，必须进行补偿。图中一个光敏二极管作为检测元件，另一个装在暗盒里，置于相邻桥臂中，温度的变化对两只光敏二极管的影响相同，因此，可消除桥路输出随温度的漂移。
图3 光敏晶体管测量电路
半导体光电元件的光电转换电路也可以使用集成运算放大器。硅光敏二极管通过集成运放可得到较大输出幅度，如图4（a）所示。当光照产生的光电流为I Ф时，输出电压U0=IФRF为了保证光敏二极管处于反向偏置，在它的正极要加一个负电压。图4（b）给出硅光电池的光电转换电路，由于光电池的短路电流和光照成线性关系，因此将它接在运放的正、反相输入端之间，利用这两端电位差接近于零的特点，可以得到较好的效果。在图中所示条件下，输出电压U0=2I ФRF。
图4 使用运放的光敏元件放大电路
3.光电元件
1.光电管
光电管有真空光电管和充气光电管两类，在此只介绍光电管的结构、电路及特性。
（1）光电管结构
图5 光电管结构示意图
圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，使自由电子能量增加到h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为（1/2） mv2（2）电管测量电路
光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，其电路如下所示：
图6 光电管测量电路
在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。在上图电路中，电流和电阻上的电压和光强成函数关系，从而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K上时，电子从阴极表面逸出，并被光电阳极的正电厂吸收，外电路产生电流I，在负载电阻 RL上的电压U0
(3)光电管的光电特性
图7 光电管的光电特性
从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本呈现一条直线。
2.光电倍曾管
由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。其结构如下：
图8光电倍增结构图
从图中可知光电倍增管有一个阴极K和一个阳极A，与光电管不同的是在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，D1、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10～15级。光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高时，阳
极电位最高。当入射光照射阴极K时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子， D1发射出的二次电子又被D1、D2的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级的倍增率为σ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。
3.光敏电阻特性
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料的两端装上电极引线，将其封在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻。光敏电阻的特性和参数如下：
（1）暗电阻
光敏电阻置于室温、全暗条件下的稳定电阻值称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。
（2）亮电阻
光敏电阻置于室温和一定光照条件下测得稳定电阻值称为亮电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。
（4）伏安特性
光敏电阻两端所加的电压和流过光敏电阻的电流间的关系称为伏安特性，其特性如下图：
图9光敏电阻的伏安特性
从上可知，伏安特性近似直线，但使用时应限制光敏电阻两端的电压，以免超过虚线所示的功耗区。
（5）光电特性
光敏电阻两极间电压固定不变时，光照度与亮电流间的关系称为光电特性。光敏电阻的光电特性呈非线性，这是光敏电阻的主要缺点之一。
（6）光谱特性
入射光波长不同时，光敏电阻的灵敏度也不同。入射光波长与光敏器件相对灵敏度间的关系称为光谱特性。
（7）响应时间和频率性
光敏电阻的光电流不能随着光照量得改变而立即改变，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常用时间常数来描述。因此，时间常数越小，响应越迅速。但大多数光敏电阻的时间常数较大，这是它缺点之一。
（8）温度特性光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降，这也是光敏电阻的另一缺点。
四、光电传感器的分类
1. 模拟式光电传感器
这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化，因此，输出的光电流也是连续变化的，并与被测量呈确定的函数关系，这类传感器通常有以下四种形式。
（1)光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图10（a）所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。
（2)恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图10（b）所示。可用于测量透明度、混浊度。
（3)恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图10（c）所示。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。
（4)从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如图10（d）所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。
图10 模拟式光电传感器常见形式
2.脉冲式光电传感器
在这种传感器中，光电元件接受的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
五、常见光电传感器及应用
1.透射式光电传感器及在烟尘浊度监测上的应用
透射式光电传感器是将发光管和光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可识别物体的有无。适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。
烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道在传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少。因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。本应中应用奥托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M-TDT透射式小型光电传感器，其光源(发光器)与接收器不在同一个机壳内，见图11使用示意图：先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电(12.24)VDC；接着在ON状态设定好发射器的中心位置，然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置；最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。
图12是吸收式烟尘浊度监测系统的组成框图：为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源(400.700nm波长的白炽光)。光检测器光谱响应范围为400.600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
图11 透射型BYD3M.TDT 光电传感器使用示意图
图12 吸收式烟尘浊度监测系统组成框图
2. 漫射聚焦型传感器
漫射聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体，其原理示意图见图13所示。
具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。
对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信发射器左右调节
上下调节接收器
光轴
号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。
对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件(PSD)而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。传感器对到达位置敏感元件这两点的光进行比较，并将这个信号与事先设定的数值进行比较，从而决定输出的状见图14所示。
图13漫射光聚焦型光电传感器应用原理图图14 电子方法抑制背景光
3.条形码扫描笔
当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。整个条形码被扫描过之后，光敏三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。
4.产品计数器
产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光电传感器的光路，使光电脉冲电路产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电传感器电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目，该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。
5.光电式烟雾报警器
没有烟雾时，发光二极管发出的光线直线传播，光电三极管没有接收信号。没有输出，有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接受到光线，有信号输出，发出报警。
6.测量转速
在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。
7.光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
六、光电传感器的发展
随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，这就促使光电传感器不得不随着时代步伐而更新，改善光电传感器性能必须朝着高灵敏度、高精确度、响应速度快、互换性好的方向发展。因此，未来的光电传感器将向以下几个方向发展
1. 开发利用新材料
传统的光电传感器主要是利用硅和锗这类半导体制成，可以说硅和锗开启了人类的数字化时代，是人类20世纪最伟大的发明之一。但近年来，硅材料固有的缺点开始出现，成为了半导体发展的瓶颈。为此，人们开始应用新技术开发新的半导体材料，以替代硅
2.往数字化方向发展
传统的光电传感器的输出，都是模拟信号与数字信号相比，有着一些缺点，如容易受到干扰，抗干扰能力差，保密性差，不能长距离传输等。而数字信号与模拟信号相比，具有抗干扰能力强，保密性高，长距离传输等优点。未来的光电传感器必定会朝着数字化的方向发展。
3.往嵌入式方向发展
采用数字信号处理，要求的是光电传感器必须要有数字信号的处理电路，或处理芯片。鉴于传感器一般都安装在工业生产的前线，不可能用庞大的计算机进行处理，所以嵌入式系统是光电传感器数字化的唯一发展道路。常见的嵌入式系统可以用单片机，FPGA，ARM，DSP，PLC等。
4.向微型化发展
各种控制仪器设备的功能越来越大，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧
等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。
5.向高可靠性、宽温度范围发展
传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-20℃～70℃，在军用系统中要求工作温度在-40℃～85℃范围，而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料（如陶瓷）的传感器将很有前途。
6.向低功耗或无源化方向发展
传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。
7.向智能化方向发展
智能光电传感器是当今国际科技界研究的热点、尚无统一的、确切的定义。目前国内外学者普遍认为，智能光电传感器是由传统的光电传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的，它充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳智能光电传感器的功能有：自补偿能力。自校准功能，自诊断功能，数值处理功能，双向通信功能，信息存储和记忆功能，数字量输出功能。
参考文献
[1]孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2011
[2]王玲.<<内江科技>>.浅谈光电传感器在工业中的应用2010年第31卷第
2期
[3]胡向东.传感器与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2009.
[4]常健生主编.检测与转换技术[M].第三版.北京：机械工业出版社，2009.
[5]何希才.传感器及其应用实例[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[6]陈杰, 黄鸿. 传感器与检测技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.
[7]张正伟. 传感器原理与应用[M]. 北京: 中央广播电视大学出版社，1991.
[8]吴桂秀. 传感器应用制作入门[M]. 浙江科学技术出版社，2004.
[9]王松德, 朱小龙. 红外线可逆计数器的设计与制作[J]. 矿山机械，2005,
33(06): 90-91.
[10]王元庆. 新型传感器原理及应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003.
[11]迟宗涛, 楚峻丰, 张丽莹. 光电计数系统的研制明[J]. 计算机应用与软件,
2005.
[12]丁英丽. 智能光电计数系统的设计[J]. 计量与测试技术, 2004.
[13]陈贵灿. CMOS集成电路设计[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2002.
[14]何书森, 何华斌. 实用数字电路原理与设计速成[M]. 福州: 福建科技出版
社, 2000.
[15]聂一雄, 尹项根, 张哲. 光学传感器和光纤网的变电站自动化系统构想[D].
中国电力, 2001.
光电传感器的应用与新技术doc
光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应三种。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应[1]。它是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光电导效应是指当入射光射到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应是指当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压的效应[2]。光电传感器都是利用光电效应制成的。 1.光电池 光电池是一种能在光的照射下，不加偏置，产生电动势半导体器件，也属于电能量型传感器。光电池的种类很多，有硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。 1.1光电池的工作原理 光电池的工作原理是光生伏特效应。当光子的能量hγ大于半导体材料的禁带宽度时，半导体材料吸收光而产生电子空穴对，这样在半导体材料内部形成载流子的浓度梯度，进而在受照表面和暗面产生一个开路的光电压。 1.2光电池的特性 光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。
光电传感器在生活中的应用-
光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器 摘要： 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 关键字：光电传感器；CCD图像传感器 正文 一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼 的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices，CCD)由大量独立光敏元件组成，每个光敏元 件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号，数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
最新光电传感器的应用与新技术49303
光电传感器的应用与新技术49303
光电传感器的应用与新技术 --浅谈光电池与CCD 摘要：光电传感器是利用光电效应制成的一类传感器的总称，它能将光学量转变为电学量，广泛应用于检测和自动化系统。光电传感器包括光电池和光电阻传感器。本文将以下几个方面：1. 什么是光电池和光电阻传感器；2.光电池和光电阻传感器的比较；3.光电传感器的实际应用；4.光电传感器在未来的发展方向，详细地介绍光电传感器，并提出本人对光电传感器在未来的预测。 一光电池和光电阻 在介绍光电传感器之前，我们有必要先了解一下光电效应。光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应三种。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应[1]。它是指，在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光电导效应是指当入射光射到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大。光生伏特效应是指当一定波长的光照射非均匀半导体（如PN结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压的效应[2]。光电传感器都是利用光电效应制成的。 1.光电池 光电池是一种能在光的照射下，不加偏置，产生电动势半导体器件，也属于电能量型传感器。光电池的种类很多，有硒，氧化亚铜，硫化铊，硫化镉，锗，硅，砷化镓光电池等。其中最受重视的是硅光电池，因为它有一系列优
点：性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。 1.1光电池的工作原理 光电池的工作原理是光生伏特效应。当光子的能量hγ大于半导体材料的禁带宽度时，半导体材料吸收光而产生电子空穴对，这样在半导体材料内部形成载流子的浓度梯度，进而在受照表面和暗面产生一个开路的光电压。 1.2光电池的特性 光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。 如 图为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲 线，即相对灵敏度与入射光的波长的关系曲 线。从图上可知，不同材料的光谱峰值位置 是不同的[4]。硅光电池的峰值在800微米左 右，而锗光电池的峰值在450微米左右。实际使用时，应根据光源性质来选择光电池，而且要注意的是，光电池的光谱特性还与温度有关。 如图为硅光电池的光照特性。光生 电动势与光照间的特性曲线称为开路电 压曲线，光电流密度与光照强度的特性 曲线称为短路电流曲线。由图可知，当 光照足够大时，开路电压趋于饱和，因此，可以将光电池当做电流源使用，这是光电池的主要优点之一[5]。 光电池的特性还有频率特性，温度特性，在这儿就不详细叙述了。
传感器的应用现状及发展趋势-论文2011-11-16
传感器技术的研究应用现状与发展前景 传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文回顾了传感器技术的发展历史，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究应用状况，并通过简述当前的应用实例，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 1.引言 传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。当今社会的发展是信息化社会的发展，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的大脑，把通信系统比喻为传递信息的神经系统，那么传感器就是感知和获取信息的感觉器官。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置现代传感器技术具有巨大的应用潜力拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 2.传感器的发展历史及分类 2.1传感器技术的发展历史 传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没有投入到实际生产与广泛应用转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目
光电传感器及应用教案.
学习情境（项目）5授课说明 学习领域名称：家电传感器应用授课教师：课程总学时： 72 项目5：节能灯与光电传感器学时数： 16 累计学时： 48 授课时间安排与执行记录 授课班级 智能家电授课地点 授课日期资讯7 10月6日1-4 节 家电产品控制 实训室 计划0.5 10月9日1-4 节 家电产品控制 实训室 决策0.5 家电产品控制 实训室 实施 6 家电产品控制 实训室 检查 1 家电产品控制 实训室 评估 1 家电产品控制 实训室 参考资料PPT、网络资源、节能灯控制电路 教学方法宏观：引导文法微观：见下 教学目标 知识目标： 1.光电式传感器的分类及工作原理 2.光电式传感器特性 3.红外热释电传感器的分类及工作原理 4.红外热释电传感器特性 5.菲尼尔透镜工作原理及作用技能目标： 6.测量电路构成； 7.光敏电阻在节能灯智能控制中的作用 8.红外热释电传感器实际应用中的安装 9.光敏与红外热释电在节能灯控制策略 中的实施 态度目标： 10.培养学生的沟通能力及团队协作精神 11.养成良好的职业道德 12.提高质量、成本、安全、环保意识 重点： 13.红外热释电传感器特性 1.测量电路 2.光敏电阻的选用与电路设计 3.光敏与红外热释电在节能灯控制策略中的实施 难点： 1.各类光电式传感器的工作原理 2.光电式传感器的特性 3.菲尼尔透镜工作原理及作用 资讯：7学时（注：1学时=45 min，下同） 教学提纲主要内容教学资源及工具教学方法参考时间备注 1．目标描述下发设计任务书，描述项目学 习目标 实物展示、PPT 设计任务书 讲授法 演示法 15 min 下发引导文 2．布置任务1）交代项目任务 2）发放相关学习资料 PPT 讲授法 演示法 15 min
光电传感器的发展及其应用
光电传感器的发展及其应用 摘要：光电式传感器（photoelectric transducer），基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 关键词：光电传感器、光电效应、发展、应用实例 1 引言 光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 2 光电传感器原理及应用 2.1光电式传感器 光电传感器又称光传感器，其基本原理是以光电效应为基础，通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如图1，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高,反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[1]。 图 1
光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光源有以下几种： ⑴、发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。 ⑵、丝灯泡这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰。 ⑶、激光激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。 由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的测量电路。测量电路能够把光电效应造成的光电元件电性能的变化转换成所需要的电压或电流。不同的光电元件，所要求的测量电路也不相同。下面介绍几种半导体光电元件常用的测量电路。 半导体光敏电阻可以通过较大的电流，所以在一般情况下，无需配备放大器。在要求较大的输出功率时，可用图2所示的电路。图3（a）给出带有温度补偿的光敏二极管桥式测量电路。当入射光强度缓慢变化时，光敏二极管的反向电阻也是缓慢变化的，温度的变化将造成电桥输出电压的漂移，必须进行补偿。图中一个光敏二极管做为检测元件，另一个装在暗盒里，置于相邻桥臂中，温度的变化对两只光敏二极管的影响相同，因此，可消除桥路输出随温度的漂移。光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路，如图3所示。 图2 图3 由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅0.6V，还不能使下一
光电传感器创新应用
光电传感器创新应用 [摘要]光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,具有反应快、精度高、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛。 [关键词]光电式传感器创新应用 一、光电传感器基本知识 光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应: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。在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:(1)光电导效应。在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有:(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少。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。(3)响应时间短。光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。(4)分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。(5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。(6)可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。(7)便于调整。在投射可视光的类
光电式传感器在汽车上的应用及发展趋势重点
光电式传感器在汽车上的应用及发展趋势 摘要:传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,传感器技术是实现测 试与自动控制的重要环节, 而测试技术与自动控制水平的高低, 是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。本文介绍了光电传感器的原理, 列举了光电传感器在汽车一些方面的应用。 关键词:光电传感器;汽车传感器;应用;发展趋势 The Adhibition and Development Tendency of Photo-sensor of the Motor Vehicle Abstract:Sensor is the important technological foundation of the new technology revolution and the information society.The sensor techniques is a important part to realize the test and automatic control.The level of the testing technology ang automatic control is th e important symbol to measure the modernization of a country’ s science and technology.This paper introduces the principle of photo-sensor and enumerates some photo-sensors applied on the motor vehicles. Keywords:photo-sensor;automotive sensors;adhibition;development tendency 0 引言 随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及, 新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染,已广泛应用电子控制技术。从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。在汽车电子控制系统中, 传感器担负着采集和传输功能, 它是电子控制中非常重要的部件,其技术性能的好坏,直接影响汽车电子控制系统的工作情况。汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器, 通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的
光电传感器原理及应用
光电传感器原理及应用 院系：电气与机械工程学院 班 级： 13级电气2班 姓 名： 李 刚 学号： 131050147 PINGDINGSHANUNIVERSITY
前言 随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，安全防护,而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 光电传感器的原理 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、光电耦合器件等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v 为光波频率，h 为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。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”。相应的波长为 式中，c 为光速，w 为逸出功。 2.内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光电电动势的效应称为内光电效应。内光电效应可分为以下两类： （１）光电导效应 在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子—空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 （２）光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 w hv -=2mv 21w hc K =λ
传感器原理与应用习题第8章光电式传感器
传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第 3 版）贾伯年主编，及其他参考书 第8 章光电式传感器 8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。 8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？ 答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。 光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的PN 结，当光照射在PN 结上时，在结的两端出现电动势。当光照到PN 结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N 区聚积负电荷，P 区聚积正电荷，这样N 区和P 区之间出现电位差。 8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？ 8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。 答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。 光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。 8-6 简述CCD 图像传感器的工作原理及应用。 8-7 何谓PSD ？简述其工作原理及应用。 8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。 8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。 8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。 答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。 应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。 8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。 8-12 试说明图8-33（b）所示光电式数字测速仪的工作原理。（1 ）若采用红外发光器件为光源，虽看不见灯亮，电路却能正常工作，为什么？（ 2 ）当改用小白炽灯作光源后，却不能正常工作，试分析原因。
光电传感器在汽车上的应用及发展
传感器与检测技术论文 题目：光电传感器在汽车上的应用班级：2013级电子信息工程1班学号： ：俊旭 指导老师：江华 2016.5.2
摘要 光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。 关键词：光电传感器；汽车；应用；
目录 一、引言 二、光电传感器 2.1 光电传感器的概念 2.2 光电传感器的工作原理 2.3 光电传感器的分类 三、光电式传感器在汽车上的应用 3.1 光电式车高传感器 3.2 光电式转向传感器 3.3光电式光量传感器 3.4 光电式车速传感器 四、参考文献
一、引言 随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及，新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染，已广泛应用电子控制技术。从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。在汽车电子控制系统中，传感器担负着采集和传输功能，它是电子控制中非常重要的部件，其技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作情况。汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。 本文主要讲述了传感器在汽车技术中的应用以及各种汽车传感器的工作原理和在汽车技术中的作用。其中转速传感器是检测发动机的转速、空气流量传感器检测发动机的进气量以更好的控制空燃比、节气门位置传感器是将节气门开度转换为电信号，通过ECU控制喷油量、进气温度传感器是检测发动机的进气温度，将进气温度转变为电压信号输入ECU作为喷油修正信号、氧传感器是根据化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。
光电传感器应用
浙江工业职业技术学院
消除或削弱背景光及温度等因素的影响。 二、应用举例 1．光电比色温度计（光源本身是被测物） （1）问题的提出：高温测量，物体辐射出的光波与温度有关。（2）原理：根据热辐射定律，使用光电池进行非接触测温。根据有关的辐射定律，物体在两个特定波长λ1、λ2上的辐射程度 Iλ1、Iλ2之比与该物体的温度成指数关系。 Iλ1/Iλ2=K1e-K2/T 由光路图及电路原理框图介绍其原理，注意参比信号。2．光电式烟尘浓度计（透射式） （1）问题的提出：为了控制和减少烟尘的排放量和节能 的要求，对烟尘的监测是必须的。 （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理，注意参比信 号，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。 3．光电式转速表（反射式） （1）问题的提出：由于机械式转速表和接触式电子转速 表精度不高，且影响被测物的运转状态，已不能满足自动化的要求。光电式转速计可用于测量高转速而又不影响被测物； （2）通过光路及电路原理框图介绍其原理： a）选用光电二极管（响应时间短）用于高频调制信号测量；
b）数字量测量，不用参比信号。 4．光电式边缘位置检测器（遮挡式） （1）问题的提出：光电式边缘位置检测器是用来检测带 型材料在生产过程中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。 （2）通过光路及转换电路介绍其原理： a）光路一半遮挡一半透过； b）桥路及运算放大器组成，接入参比光敏电阻； c）光敏电阻一般不能作模拟量测量，这里限用于控制。 三、总结以上各例使学生建立光路系统与电路结合的概念，并能 举一反三、灵活应用。 小结： 1、光电式传感器的应用类型 2、应用举例
光电传感器应用论文
光电传感器 概况: 在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频率响应不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。 磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪60年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。 比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。 磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。 正文 一、工作原理
光电传感器的应用与发展
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，形式灵活多样，体积小，已经获得了广泛应用。 1. 工作原理 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，一般情况下，它有三部分组成，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部分反射，受光器最终作出判断，发射器发射光束一般来源于半导体的光源一一发光二极管和激光二极管，光束不间断的发射或改变脉冲宽度，接收器有光电二极管或光电三极管组成，在接收器 前面装有光学元件一一透镜或光圈，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、气体成分分析等；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。 2. 结构与分类
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, 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。 件有光电管、光电倍增管等。 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。 研究现状与前景 1. 工作特点 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。 3) 响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成， 所以不包含机械性 工作时间。 4) 分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点， 或通过构成特殊的受光光 学系统，来实现 即光生电。这种物 基于外光电效应的光电元 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。 件有光敏电阻、光敏晶体管等。 基于内光电效应的光电元 电极? (ELECTRaOB■ CDS -申哙期蚪整 h 环誉ix 冲代电 2C 土 防 利脂，胶恒E 弓如 GLUE)
光电传感器的认识与应用
光电传感器的认识与应用 内容摘要：传感器是衡量一个国家科学技术发展的重要标志。光电传感器作为传感器中的重要一员，广泛应用于社会生活的各个方面。本文简单介绍了光电传感器的理论基础，以及光电传感器相较于其他传感器的特点及优点和常见的五种光电传感器，同时结合传感器的工作原理，举例说明了传感器在日常生活的常见应用。 关键词：光电传感器、光电效应、光敏材料 一、理论基础 1.光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 2.工作原理 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控制的。一般情况下，有三部分构成，分别为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 二、光电传感器的认识 1.结构分析 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。 此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。角反射板是结构牢固的发射装置，它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射
(完整版)生活中传感器简单应用举例
传感器 传感器在生活中的应用之十大实例及应用： 1.楼梯走道：电灯的触摸开关。功能：使在人手或是其他的导电物 体的接触下方能通电（这是我自己想的，不知事实是否如此。），此举为节约能源做出巨大贡献。 2.电饭锅：功能：到达沸腾温度（居里点）即停止加热。在某种材 料的硬件支持下，使得具有这种功能，才使得人类做出伟大的进步！ 3.电子天平：功能：无需复杂操作，就能很快称出物体的质量，而 且一般来说很精确。这是因为在电子称下安装压力传感器再加上一些电子系统，使得能又快又好的称出质量，一切都得益于传感器的发展。 4.电子温度计：功能：简单快捷精确测量人体体温。在电子温度计 内部加入红外传感器，由于人体在不同温度下发射红外线的强度等因素皆有不同，利用此特点即可使用红外传感器。 5.mp4上的触摸键：功能：无需原来的机械按压，即可进行操作，使 机身的寿命更长久，尤其是“按键”更是长久！原理暂时还不是很清楚，不过可想而知应该是传感器的功劳！ 6.手机的触摸屏：功能：分好几种，有的是点触摸，有的是面触摸， 不尽相同，不过原理应该是差不多，只是硬件材料上的支持有所不同，所以出现不同的操作方式，不过说回来还是传感器在发挥
作用。 7.电熨斗：功能：熨烫衣物，使衣物保持整洁。不过在加热中有一 个问题需要解决，那就是加热温度的问题，所以另一种温度传感器应运而生，在达到一定温度时，就会出现断电使温度保持在一定的范围内，此举与电饭锅有异曲同工之妙！ 8.汽车称重：功能：在渡口为汽车称重，既是用上此种传感器，压 力传感器使得即使是很重的物体也能在短时间内准确称出，此为大型的压力应变片的应用。 9.自动门：功能：在一些重要场合就会有自动门的身影，当人靠近 时就会自动根据情况开关门。这些门上应该是会安装上人体传感器，当有人靠近时，就会有情况发生，所以会自动开门，当然这也是结合了若干电子系统的成果。 10.厕所小便池：功能：当人靠近时就会现有一股水流出现，当人离 开时就会第二次冲水，此举为厕所的节水以及洁净做出了巨大贡献，应该是结合光电传感器以及电子系统的成果。 综上：我们可以发现，每一种先进元件在进行应用时，都应该要结合以电子系统，才能发挥作用。
光电传感器的应用及其发展趋势
光电传感器的应用及其发展趋势 摘要：光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。 关键词：光电效应；光电器件；常见故障；检测控制；发展趋势 光电传感器，一般由光源、光学通路和光电元件等3部分组成，是通过将光电信号转换为电信号检测被测目标的一种装置。近年来，新的光电器件不断涌现，光电传感器的应用范围更加广泛。 一、光电传感器的原理 光电传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工作基础是光电效应。由光通量对光电元件作用的不同原理所制成光学测控系统是多种多样的，按光电元件输出量性质可分为两类，即模拟式光电传感器和脉冲式光电传感器，前者是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量问呈单值关系。按被测量方法可分为透射式、漫反射式、遮光式三类：①透射式。被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸收后，透射光投射到光电元件上；②漫反射式。恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；③遮光式。当光源发出的光通量经被测物遮挡其中一部分，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置相关。光敏二极管是最常见的光传感器，不同于一般二极管的是其管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，为增加射入光线的受光面积，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。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成的比暗电流大得多的反向电流，称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。 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
光电传感器的发展与应用
光电传感器的发展与应用 【摘要】光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样。因此,光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛。 【关键词】光电传感器、发展、应用 [Abstract]: Photoelectric sensor is a kind of sensor using optoelectronic components as the detecting element, it has the advantages of fast response, high-precision, non-contact, simple structure, flexible forms, and it can detect various parameters. So, photoelectric sensor is widely used in the fields of detection and controlling. Keywords: Photoelectric sensor, development, application 1．引言 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[1]。 由于光电传感器的应用涉及的领域非常广泛，其研究和开发在世界上引起了高度重视，各国更是竞相研究开发并引起激烈的竞争。从最初的应用于军事逐渐发展到民事，而且与我们的生活息息相关，应该说现代化的生活离不开光电传感器的参与，如传真机、复印机、扫描仪、打印机、车库开门器、液晶显示器、色度计、分光计、汽车和医疗诊断仪器等等不胜枚举。美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国家之一，在军事和民用领域的应用发展得十分迅速。在军事应用方面，研究和开发主要包括：水下探测、航空监测、核辐射检测等。美国也是最早将光电传感器用于民用领域的国家。如运用光电传感器监测电力系统的电流、温度等重要参数，检测肉类和食品的细菌和病毒等。美国的邦纳公司拥有世界最健全的光电传感器产品线，超过12000种产品包括自含式或放大器分离型，限位开关外型或小型传感器，精密检测或长距离检测传感器，检测距离长达305 m。并且拥有行业内最齐全的标准光纤和定制光纤产品。大部分产品防护等级达到NEMA 6P和IP67。日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电传感器的研究与开发。20 世纪90 年代，由东芝、日本电气等15 家公司和研究机构，研究开发出多种具有一流水平的民用光电传感器，日本的电器产品以价格适中质量好而响誉全球。西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光电传感器的研发和市场竞争。我国对光电传感器研究的起步时间与国际相差不远。目前，已有上百个单位在这一领域开展工作，主要是在光电温度传感器、压力计、流量计、液位计、电流计等领域进行了大量的研究，取得了上百项科研成果，有的达到世界先进水平。但与发达国家相比，我国的研究水平还有不小的差距，主要表现在商品化和产业化方面，大多数品种仍处于实验研制阶段，还无法投入批量生产和工程化应用[2]。
光电传感器的应用与发展趋势
光电传感器的应用与发展趋势 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 一、应用背景 光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的敏感范围。此外，光电传感器的体积很小，而敏感范围很宽，加上机壳有很多样式，几乎可以到处使用。最后，随着技术的不断发展，光电传感器在价钱方面可以同用其他技术制造的传感器竞争。因而光电传感器得到了广泛的应用与长足的发展。 二、光电效应 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect），一般包括外光电效应、光导效应与光生伏特效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量部分将克服正离子束缚，另一部分将转换成电子能量。根据能量守恒定律：1/2mv2=hv-A(m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做功)，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>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。 当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上，若电子的能量与半导体禁带的能级宽度，则使电子从价带跃迁到导带形成电子。同时，价带留下相应的空穴，导致电子空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用形成的电流。 除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著，根据光导效应制造的光电元件的固有入射光频率，当其光照在光电阻上时，导电性增强，电阻值下降。光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。 半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应，据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。