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。
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。
光电传感器的原理及应用 作者:2011级 应用物理 向舟望 摘要:光电传感器，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应，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、敏感器件。 正文 引言：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。 原理： 1、光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 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是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，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，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,A 微电子所做的功。 A -h m 2 12νν=
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。
基于光电传感器自动循迹 小车设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
摘要 制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。 软件是在CodeWarrior 的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。 整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。 关键词： MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车
ABSTRACT Making automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction. The software is under the CodeWarrior environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel. The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times. Keywords： MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car
第二章光电传感器控制技术与系统 光电传感器是以光敏器件作为检测元件，将光信号转换为电信号的装置。用这种传感器进行测控时，只需将其它的非电量转换为光信号即可。广泛用于物位、速度、位移、温度、白度、压力，以及一些机械量、几何量的测量与自动控制、电子计算机、智能机器人等，是目前应用最广泛的传感器之一。 光敏器件是利用物质的光电效应，将光量转换为电量的一种变换器件。它的发展迅速，品种繁多，常见的有光敏电阻、光电二级管、光电三级管、光电耦合器、硅光电池和光控晶闸管等。 §1 光敏电阻控制技术与系统 一、光敏电阻 1．光电导效应 半导体材料受光照射时，载流子数目增加，电阻率减少，这种现象称为光电导效应。 当一束光照射到半导体时，如果光的频率足够高，光子的能量hf(h = ×10-34(J·S) E，就能产生出自由电子和“空穴”，为普朗克常数，f为频率)大于半导体材料的禁带宽度 g 使半导体的载流子数目增加，电阻率减小。入射光的强度越大，激发出来的自由电子和空穴越多，半导体的电阻率减小得就越厉害。 如果半导体是掺杂的，因为从杂质上释放一个电子（或空穴）所需的能量比本征半导体价电子所需的能量小，所以较长波长的光也能产生光电导。 具有光电导效应的材料称为光导材料。大多数的半导体和绝缘体都具有光电导效应。但能利用于制作光敏器件的却不多。从目前的光敏电阻来看，可分为三种类型：第一类为可见光光敏电阻，如硫化镉，硒化镉，硫—硒化镉，硫化镉—硫化锰光敏电阻等；第二类为红外光光敏电阻，如硫化铅，硒化铅，锑化铅，砷化铅，碲镉汞，碲化铅等光敏电阻；第三类为紫外光光敏电阻，如硫化铅，硫化锌镉，硫化锗镉，硒碲锑三元素化合物等光敏电阻。
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
光电式传感器 光电式传感器的工作原理 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，其工作原理基于光电效应，通常由光源、光路、光电元件构成。所谓光电效应，是指当光照射到某种物质时，该物质的导电特性发生变化的一种物理现象。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，受光器最终做出判断，发射器发射光束一般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——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。 光电式传感器的分类 光电式传感器按照光电效应可分为三类：（1）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，如光电管、光电倍增管等;（2）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，如光敏电阻、光敏晶体管等;（3）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，如光电池等。按光电式传感器信号形式可分为：模拟式光电传感器：位移式光电传感器；数字式光电传感器：转速传感器、光栅式传感器等。 通常，光电传感器还包括光纤传感器、固体图像传感器。光电传感器的应用可归纳为四种基本形式：直射式（辐射式）、吸收式、遮光式、反射式。 光电式传感器的测量的物理量及范围 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 1
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。 光电传感器的敏感波长在可见光（0．38～0．76um）附近，包括红外线（0．76～1000um）和紫外线波长（0．005～0．4um）。 光电传感器的优缺点 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。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，所以不像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。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。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。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。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。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。 其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境要求较高。但随着薄膜工艺、平面工艺和大规模继承电路技术的发展，产品的成本大为降低。由于计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与计算机的水平不能相适应，那么电子计算机便不能充分发挥应有的作用。如果传感器不能灵敏地感受被测量或不能把感受到的被测量精确地转换成信号。其他仪表和装置精度再高也无意义。近年来，新 2
光电传感器的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
光电传感器的设计 题目：光电传感器的设计 院（系）：信息工程学院 专业：光电信息科学与工程 姓名：褚飞亚 学号： 20 指导教师：张洋洋 2016年6月27号
摘要 随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术机密结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。
目录 1、设计要求...............................................错误!未定义书签。 功能与用途 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 指标要求 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、光电传感器介绍及工作原理 ...............错误!未定义书签。 、光电传感器 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 工作原理 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、方案设计...............................................错误!未定义书签。 4、元件选择和电路设计 ...........................错误!未定义书签。 元件选择 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 电路设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 5、总结.......................................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................错误!未定义书签。
光电传感器的原理及应用
光电传感器的原理与应用 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
电感式传感器的原理及应用 摘要：将被测量变化转换成电感量变化的传感器，称为电感式传感器。电感它利用电磁感应原理将被测非电量(位移、压力、流量、振动等)转换为线圈自感系数L 或互感系数M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。其工作流程图如下所示： 关键字：电感测微仪、原理、应用，发展 正文： 1.电感式传感器的原理、组成及特点 电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。 电感式传感器具有以下特点：（1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。（2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。 （3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%-0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。 2.电感式传感器的类别及其在实际生活中的应用 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 1、变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。原理图如下所示： 输入量（温度、 压力等） LC 振荡 电路 测量电路 输出（电压、电 流的变化量）
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。
课程小论文 题目：光电传感器性能参数分析 院 (部) 专业 学生姓名 学生学号 指导教师 课程名称 课程代码 课程学分 起始日期
光电传感器性能参数分析 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。 关键字:光电效应、光电元件、光电特性、传感器分类、传感器应用
目录 目录 (3) 1、引言 (4) 2、光电传感器 (4) 3、光电效应 (6) 4、光电传感器的前景 (6) 5、总结 (7) 参考文献 (8)
一、引言 随着工业生产技术的发展，对生产过程中的过程控制要求越来越高，而作为控制系统的核心之一，传感器越来越受工业技术人员的重视。人们对高性能检测技术的发展需求与日俱增。其中非电量测量的受欢迎程度最为广泛，可将距离、位移、振动等信号转换为电信号，并通过这些方法获得被测物体的状态。非电量检测技术分为接触式与非接触式检测。在工业生产环境中，有些场合不适用接触式检测，因为传感器与被测物体的接触，在工业现场环境中会造成被测体损伤、传感器磨损等问题。因此，需要性能良好的非接触式传感器以满足工业需求，相关技术的研究也成为传感器检测技术的发展方向。 光电检测技术作为目前检测技术之一，目前国内对于光电检测的研究已有一些成果，但目前产品还存在着一些问题，例如线性测量范围过短、对现场装配条件要求较高等，距离满足工业现场的要求还存在一定距离。所以，为了解决这些问题，光电效应对传感器性能的影响是很重要的研究方向之一，可以使光电传感器应用在更多的领域，推动光电检测技术的发展。 二、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，它的基本结构如下图，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。 图1光电传感器原理图 光电传感器一般由三部分构成，它们分为: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。 光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的
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
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
光电传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。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，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。
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)