摘要
随着现代信息技术的发展,光子以其独特的优点,具有极快的响应速度,极大的频宽,信息容量和极高的信息效率推动信息科学技术的发展,具有越来越大的竞争力.光子技术与微电子技术结合．相互交叉、相互渗透与补充已经成为信息科学技术的主体之一，光子和微电子是现代信息产业的基础和核心，光电信息产业已成为世界上发达国家的主导产业。美国政府已将光子学与光子技术列为国家发展的重点，认为该领域“在国家安全与经济竞争方面有深远的意义和潜力”，并肯定“通信和计算机研究与发展的未来世界属于光子学领域”。
本论文通过对常用光电检测传感器性能测试演示实验台的研究进一步展开了对常规光电检测器件的研究。
在本篇论文中共使用了四种光电器件，通过对硬件电路的调试，掌握了这几种器件的光电特性，并通过调试一些小程序，对这些器件进行检测，从而了解其工作特点。在软件方面，用了A VR系列的MEGA8代替了传统的8051单片机，尝试了汇编和C语言的编程，深刻地体会到两种语言在不同单片机中的作用。
关键字：光电信号变换光电检测技术光辐射检测非接触测量MEGA8
Abstract
With the development of modern information technology, photon has its unique advantage, such as fast response speed, ultra wide band, information capacity and high information efficiency, so it largely promotes the development of information science and technology, and it is more competitive in the future. The combination, penetration and supplement of photon technology and microelectronic technology has become one of the main bodies of information science and technology, the foundation and kernel of modern information industry. Photo electronics industry has become the leading industry of developed countries in the world. US government has listed the photons and photon technology into the important field of country development, it has pointed out that “it has the long-lasting importance a nd potential in the state safety and economic competition ”, emphasized that “the future world of the research and development of communications and computers will be in the photon field”.
This thesis further researches into the research of common photodetector through “The Research of The Demo Platform for Capability Testing of Common Photodetector ”.
In this thesis, we deals with four photo electronic devices. We have commanded the character of these devices and test these devices by debugging some programs, by this way we learn the working features of them! In the software field, we use MEGA8 to substitute the traditional 8051 microchips, and trying the assemble language and C language to program! We deeply experience the function of the two languages in different microchips!
Keyword: Photoelectric signal is alternated，Photoelectric，detectiotechnology ，The detection of ray radiation，Not
contact measure，MEGA8
目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2光电检测技术的现代发展 (2)
1.3论文研究目的和内容 (2)
第二章光电检测器件 (3)
2.1半导体光电导器件 (3)
2.2半导体结型光电器件（光伏器件） (10)
第三章新型单片机ATMEGA8 (17)
3.1综述 (17)
3.2软件调试 (18)
3.3串行编程模式 (20)
第四章常用光电检测传感器性能测试演示实验台的研究——光电置入密码锁的设计 (23)
4.1软件设计方法 (23)
4.2硬件设计方法 (24)
4.3光电置入密码锁的总体设计 (25)
总结 (31)
致谢................................... 错误！未定义书签。参考文献.. (32)
第一章绪论
1.1 引言
现代信息技术包含信息采集、信息传输和信息处理等内容。信息采集：类似于人的感官系统，负责获得原始的信息，主要由各类传感器完成。传感器是将各类原始信息(被测控的非电物理量)转换成与之对应的易于处理的电信号输出的装置。在人的一生中，获得信息量最大的感官是眼睛，通过光获得的信息占总信息量的80％左右。同样，在各类传感器中，光电传感器以大容量、非接触、在线和主动获取信息而脱颖而出，可实现纳米级(高精度)和光子级(弱信号)测量，满足现代社会对信息获取的要求。现代光电信息处理重点包括如下方面内容：信息传输：类似于人的神经系统，负责信息的传送，属通讯领域。传统的通讯分有线(电线)和无线(电磁波)两种，然而，这种通讯方式已满足不了现代大信息传输的要求。于是，大容量和高带宽的光通讯就诞生了，有线光通讯(光缆)正在替代电缆通讯，无线光通信也正在研制和发展中，
信息处理：类似于人的大脑系统．负责对信息的综合处理．显然由电子计算机完成。然而，尽管电子计算机处理速度在不断提高，但还是满足不了人们的要求，于是，计算机网络就诞生了，人们借助于光通信技术的发展，利用信息高速公路(光网)的多台计算机来得到或处理信息。为了进一步满足人们对大信息处理的要求．光计算机也正在研制中。
从上述分析可知，现代信息技术的主体是光子技术与微电子技术，而光子技术与微电子技术结合，它们相互交叉、相互渗透与补充，就形成了光电信息技术，光电信息技术的主要内容是电─光信息转换和光─电信息的转换及其应用，是现代信息技术的基础和核心。
1.2 光电检测技术的现代发展
光电信息技术是光子技术与微电子技术的结合，是现代信息技术的核心，广泛应用于各行各业。我国政府十分重视光电子技术和产业的发展．已将它列入国民经济优先发展的领域，把光电子产业列为国家重点发展计划，继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863计划”之后，在此基础上开始了“973计划”，这两个高科技计划的重点是光电子产业。据国家统计资料显示，受信息化、数字化、网络化浪潮的推动，中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势，成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。1999年底全国范围内建成了“八横八纵”的光缆网。武汉、广东和长春等地提出了建设中国光谷的规划。
本世纪是光的年代，因此深入研究光电技术并应用于现代工业与国防事业之中，势在必行。
1.3 论文研究目的和内容
本论文通过对常用光电检测传感器性能测试演示实验台的研究进一步展开了对常规光电检测器件的研究。
论文研究目的在于掌握各种光电器件的特性及使用方法，了解现代智能化器件在光电信息处理中的应用。从而进一步掌握基于实验台的系统硬件设计和调试以及软件的编程。培养在调试过程中发现错误并排除故障的能力。
论文的内容主要是由于光电置入式智能密码锁使用了光敏电阻，光电开关，红外对管等光电传感器，利用其对光的敏感特性，实现光电信息置入。同时利用性能卓越的新型的单片机mega8的中断源进行有效的结合，实现对密码的置入。
第二章光电检测器件
2.1 半导体光电导器件
光电信息转换是光电信息技术的核心内容，正是由于各类光电信息转换器件的发明和性能的不断改善，才导致了现代光电信息技术的迅猛发展。
光电信息转换原理，主要有以下四种：
1．外光电效应。在入射光能量作用下，某些物体内的电子逸出物体表面，向外发射电子，用此原理制成的光电信息转换器件有光电倍增管、真空光电管、充气光电管等。
2．光电导效应。在入射光线的作用下，半导体材料中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子的激发，将由价带越过禁带跃迁到导带，从而使导带中电子浓度加大，材料的电阻率减小。基于这种原理的光电信息转换器件有光敏电阻等。
3．光伏效应。在入射光能量作用下能使物体产生一定方向的电动势。以PN结为例，由于光线照射PN结而产生的电子和空穴，在内电场作用下分别移向N和P区，从而对外形成光生电动势。基于该效应制成的光电信息转换器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。
4．光电热效应。光照引起材料温度发生变化而产生电流，如热释电、蹄镉汞(CMT)等，这类器件称为热电探测器。
一、光敏电阻
光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。这种本征光电导效应可用来检测可见光和近红外辐射。如果入射光子从杂质能级跃升到导带(非本征光电导)，那么N型材料的电导率增大。与此相似的，当光子能量使电子由价带跃升到P型主
能级，从而使价带中留有可移动的交穴时，P型材料就会出现非本征光电导。
光敏电阻与其它半导体光电器件相比有以下特点：
1．光谱响应相当宽。根据不同的光电导材料，光敏电阻的灵敏域可在紫外光区，可见光区，也可在红外区和远红外区。
2．所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应。
3．无极性之分，使用方便，成本低，寿命长。
4．灵敏度高．工作电流大，可达数毫安。
光敏电阻的原理是半导体的光电导效应，只有能量（hν）大于材料禁带宽度（E g）的光子，才能使材料产生光电导效应。每一种半导体或绝缘体都有一定的光电导效应，但只有其中一部分材料经过特殊处理，掺进适当杂质，才有明显的光电导效应。
光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其它绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样既可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。
图2-1 光敏电阻结构图
1．光敏电阻的特性
（1）光电导灵敏度g S
按灵敏度定义（响应量与输入量之比），可得
P g G S E
= (2.1.1) P G ：光电导，单位为西门子S （1-Ω）
。 E ：照度，单位为勒克斯（lx ）。
g S 单位为西门子/勒克斯（lx S ）或W Sm 2。
（2）.光电特性
光电流与照度的关系称为光电特性。光敏电阻光电特性如下：
P g I S E U g a = (2.1.2) P I ：光电流
E ：照度
α：电压指数
g S ：光电导灵敏度
U :光敏电阻两端所加的电压
γ与材料和入射光强弱有关，对于硫化镉光电导体，在弱光照下γ＝1，在强光照下γ＝0.5，一般γ＝0.5～1。α与光电导体和电极材料之间的接触有关，欧姆接触时α＝1，非欧姆接触时α=1.1～1.2。
图2.2 硫化镉光敏电阻的光电特性曲线
由图可见，硫化镉光敏电阻在弱光照下，P I 与E 具有良好的线性关系，在强光照下则为非线性关系，其它光敏电阻也有类似的性质。如果电压指数 ＝1，在弱光照下有
P g I S EU = (2.1.3)
（3）光谱特性
光谱特性多用相对灵敏度与波长的关系曲线表示。从这种曲线中可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下灵敏度的相对关系。
图2.3 在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
1-硫化镉单晶 2-硫化镉多晶 3-硒化镉多晶
4-硫化镉与硒化镉混合多晶
图2.4 在红外区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线
由图可见，硫化镉单晶、硫化镉与硒化镉混合多晶，硫化镉多晶、硒化镉多晶等几种光敏电阻的光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515～600um 之间。
（4）温度特性
光敏电阻的温度特性很复杂，在一定的照度下，亮电阻的温度系数 有正有负，
21112()
R R R T T a -=- (2.1.4) 1R 、2R 分别为与温度1T 、2T 相对应的亮电阻。
温度对光谱响应也有影响。一般说，光谱特性主要决定于材料，材料的禁带宽度越窄则对长波越敏感，但禁带很窄时，半导体中热激发也会使自由载流子浓度增加，使复合加快，灵敏度降低。因此，采取冷却灵敏面的办法来提高灵敏度往往是很有效的。
图2.5 硫化铅光敏电阻在冷却情况下相对光谱灵敏度的变化
（5）频率特性。
光敏电阻是依靠非平衡载流子效应工作的，非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，这个时间过程在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。光敏电阻采用交变光照时，其输出将随入射光频率的增加而减小。
图2.6 几种光敏电阻的频率特性曲线
1-硒2-硫化镉3-硫化铊4-硫化铅
（6）伏安特性
在一定的光照下，加到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电
流之间的关系称为光敏电阻的伏安特性，常用曲线表示。
图中的虚线为额定功耗线。使用光敏电阻时，应不使电阻的实际功耗超过额定值。从图上来说，就是不能使静态工作点居于虚线以内的区域。按这一要求，在设计负载电阻时，应不使负载线与额定功耗线相交。
,0(L R E M U I
图2.7 光敏电阻的伏安特性曲线
2．光敏电阻的使用
光敏电阻的重要特点是，光谱响应范围宽，测光范围宽，灵敏度高，无极性之分。但由于材料不同，在性能上差别较大。使用中应注意：
1）当用于模拟量测量时，因光照指数γ与光照强弱有关，只有在弱光照下光电流与入射辐射通量成线性关系。
2）用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线符合。
3）光敏电阻的光谱特性与温度有关，温度低时，灵敏范围和峰值波长都向长波方向移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。
4）光敏电阻的温度特性很复杂，电阻温度系数有正有负，一般说，光敏电阻不适于在高温下使用，温度高时输出将明显减小，甚至无输出。
5）光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过
1000Hz，而且光电增益与带宽之积为一常量，如要求带宽较宽，必须以牺牲灵敏度为代价。
6）设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗，负载电阻值不能很小。
2.2半导体结型光电器件（光伏器件）
利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。这类器件品种很多，其中包括各种光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等。
一、半导体发光二极管
发光是一种能量转换现象。当系统受到外界激发后，从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，在系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，如果其多余的能量以光的形式辐射出来，就产生发光现象。半导体发光二极管利用注入p-n结的少数载流子与多数载流子复合发光，是一种直接把电能转换成光能的固体发光器件。
1．半导体发光二极管的结构和原理
发光二极管(light emitting diode，LED)，是利用正向偏置PN结中电子与空穴的辐射复合发光的，是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。
图2.8 LED结构图
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称PN结。在半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
2．LED光源的特点
(1)．LED辐射光为非相干光，光谱较宽，发散角大。
(2)．LED的发光颜色非常丰富，通过选用不同的材料，可以实现各种发光颜色。如采用GaP：ZnO或GaAaP材料的红色LED，GaAaP 材料的橙色、黄色LED，以及GaN蓝色LED等。而且通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。
(3)．LED的辉度高。随着各种颜色LED辉度的迅速提高，即使在日光下，由LED发出的光也能视认。正是基于这一优势，在室外用信息板、广告牌、道路通行状况告示牌等方面的应用正迅速扩大。
(4)．LED的单元体积小。在其他显示器件不能使用的极小的范围内也可使用，再加上低电压、低电流驱动的特点，作为电子仪器设备、家用电器的指示灯、信号灯的使用范围还会进一步扩大。
(5)．寿命长，基本上不需要维修。可作为地板、马路、广场地面的信号光源，是一个新的应用领域。
3．发光二极管的主要特性
（1）伏安特性
图2.9发光二极管伏安特性曲线
通过发光二极管的电流与加到二极管两端电压之间的关系，称为发光二极管的伏安特性。图中，UT为开启电压。U＞UT时，二极管导通发光。U＜UT时，二极管截止不发光。UT的大小与材料、工艺等因素有关。一般GaAs管的UT约为1.3V；GaP管的UT约为2V；GaAsP 管的UT约为1.6V；GaAlAs管的UT约为1.55V。
（2）发光亮度
发光二极管的发光亮度，基本上是正比于电流密度的，一般管的发光亮度都与电流密度成正比例，亮度正比于电流密度这种性质，对于采用脉冲驱动的方式是很有利的，它可以在平均电流与直流电流相等的情况下，获得很高的亮度。
（3）温度特性
图2.10 发光电流与温度的关系曲线
温度对PN结的复合发光是有影响的，在偏置电压不变的情况下，结温升高到一定程度后，电流将变小，发光亮度减弱，电流与温度的关系大致如上图所示。
（4）时间响应
这里说的时间响应，是指发光二极管启亮与熄灭时的时间延迟。发光二极管的响应时间很短，一般只有几纳秒至几十纳秒。当利用脉冲电流去驱动发光二极管时，应考虑到脉冲宽度、空度比与响应时间的关系。（5）寿命
发光二极管的寿命都很长，在电流密度j＝12
cm
A的情况下，可达10以上。不过，电流密度对二极管的寿命是有影响的，电流密度大h6
时，发光亮度高，寿命就会很快缩短。
二、光电耦合器
1．光电耦合器的原理
光电耦合器是一种把电子信号转换成为光学信号，然后又回复电子信号的半导体器件。当电流移向电耦合器的输入面（如下图），光学信号由发光二极管输出。输出面的光学感应器察觉之，同时电流移动。
图2.11 电耦合器的操作原理
图2.12 电耦合器
2．光电耦合器的应用
1）、光电耦合器用于电平转换。
2）、光电耦合器用于逻辑门电路。
3）、光电耦合器起隔离作用。
由于光电耦合的抗干扰性比晶体管好，因此，用光电耦合器组成的逻辑电路要比晶体管可靠得多。
三、光电开关
1、工作原理
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱
或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。
2、光电开关的分类
红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm，发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线，浙江省洞头县光电开关厂生产的红外线光电开关优先使用的是接近可见光波长的近红外线。
红外线光电开关（光电传感器）属于光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为：
（1）漫反射式光电开关
漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
图2.13 反射光电开关原理图
图2.14 引起理想漫反射的光度分布
图2.15局部较强漫反射时的光度分布
（2）镜反射式光电开关
镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出光线经过反射镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
图2.16镜反射式光电开关原理图
（3）对射式光电开关
对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。
图2.17对射式光电开关原理图
（4）槽式光电开关
槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。
第三章新型单片机ATmega8
3.1 综述
ATmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega8 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega8 有如下特点:8K 字节的系统内可编程Flash( 具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)，片内/ 外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口，10 位6 路(8 路为TQFP 与MLF 封装)ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块
的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声.
本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区。在更新应用Flash存
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
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光电传感器的应用与研究 学院名称：邵阳学院专业名称：自动化年级班别： 13 姓名：史利东指导教师：罗卲屏 2015年5 月 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。 关键词：PSD,效应，原理，光电传感器 目录 摘要 (1) 一、绪论 (3) 1.1光电传感器概述 (3) 1.2光电传感器发展 (4) 二、光电传感器的基本原理 (7) 2.1光电效应 (7) 2.2光电原件及特性 (8) 2.3光电传感器 (11) 三、新型的光电传感器 (15) 3.1 CCD传感器 (15) 3.2光纤传感器 (16) 3.3光电位传置感器 (6) 四、其他的光电传感器 (20) 4.1 高速光电二极管 (20) 4.3 光位置传感器 (22)
五、光电传感器的应用 (23) 5.1光电传感器的优点 (23) 5.2光电传感器的具体应用举例 (23) 六、我对光电传感器的看法 (26) 七、结论 (28) 一、绪论 1.1光电传感器概述 （1）定义 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。（2）光电传感器的分类 光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质，光电式传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法又可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。 1．槽开光电开关把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。2．对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。 3．反光板反射式光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。 4．扩散反射式光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。 光纤式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。 （3）光电传感器的作用
光 电 传 感 器 的 应 用 刘翠莉 2010016030 10级智能检测班级
光电传感器 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。 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 正文： 一、理论基础——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。在能量守恒定律的式子中：m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。由式可知，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，此频率限称为“红限”。相应的波长方程式中，c为光速，A为逸出功。 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。
附件1：外文资料翻译译文 光电式传感器的应用与发展 摘要目前,光电式传感器的应用范围越来越广,这大大促进了光电式传感器的发展。光电式传感器结构简单而且形式多样。它具有精度高，响应速度快，非接触等优点。在本文中，我们分析了光电式传感器的工作原理,介绍了光电式传感器的分类,然后重点介绍了光电式传感器的应用和使用原理,分析了光电式传感器的现状和未来的发展趋势。 关键词光电式传感器，光电式传感器的应用，光电式传感器的发展 1 引言 光电式传感器是一种将光学元件和电子元件作为检测部分的传感器。光电检测技术具有精度高，响应速度快，非接触式等优点。该传感器结构简单，形式灵活多样。因此，光电式传感器被广泛运用于控制和测试领域。它可用于检测由于光量变化导致的非电量变化，如光强，辐射温度，气体成分等等。它也可以通过光的传输，阻隔，反射，干扰来测量各种物理量，如物体的大小，位移，速度，温度等。所以它是一个具有广泛应用前景的至关重要的灵敏器件。当使用光电式传感器时，光电式传感器不直接与被测物体接触，光束质量几乎为零，在测量过程中不存在摩擦力，且在被测物体上几乎没有任何压力。因此，光电传感器在很多应用方面都比其他传感器具有明显的优势。然而，它的缺点是在某些应用场合中光学器件和电子设备是比较昂贵的，而且在测量过程中对环境条件的要求较高。近年来，新型光电子器件的不断涌现为光电式传感器的进一步应用开创了新的一页尤其是CCD图像传感器的出现。 2 光电传感器的原理 光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。该光电传感器的原理是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号的光电组件。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电传感
题目：光电传感器 院系：计算机科学与技术学院专业：物联网工程 学号： 姓名： 时间：2014.5.14
光电传感器 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。 一、理论基础——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。 由上式可知，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，此频率限称为“红限”。相应的波长λx 式中，c 为光速，A 为逸出功。 二、光电元件及特性 根据外光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。 1.光电管 光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，光它的外形和结构如图1所示，半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，从而使自由电子的能量增加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2)21(mv 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，如图2所示。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。在图2所示的电路中，电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系，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 L R 上的电压0U A hc K =λA -h m 2 12νν=
传感器与微系统(Transducer and M i c rosyste m Technol ogi es)2010年第29卷第3期 纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计 董晓亮,李醒飞,杨光,高雅彪 (天津大学精密测试计量技术及仪器国家重点实验室,天津300072) 摘要:针对当今纱线检测中/色纱疵0难以检测的问题,设计了一种新型的光电传感器。通过专门的反 射光检测通路感知由纱线反射回来的光强的变化,根据接收到的光强变化,判断有无纱疵。设计了前置放 大电路,通过实验验证了该系统的可行性。 关键词:纱线检测;纱疵;光电;前置放大 中图分类号:T H741文献标识码:B文章编号:1000)9787(2010)03)0102)02 Design of optoelectronic sensor and pre2amp lifier in yarn detection D ONG X iao2liang,LI X i n g2f e,i YA NG Guang,GAO Y a2b iao (Sta te K ey L abora tor y of P rec ise M ea sur ing Technol ogy and In strum en t, T ianJ in Un iver sity,T ian ji n300072,C h i n a) Abstr a ct:To slo ve t he pro b le m of detec ting different col or yarn defects,a ne w type of optoelectronic sensor wh i ch has a re fl ected li ght detect channe l is des i gned to rece i ve t he reflected li ght.The yarn defects are detected by the li ght change fro m the yarn pre2a m plifi er c ircu it i s desig ned and t he system i s proved re flected feasi b l e by test. K ey word s:yarn detecti on;yarn defect;optoelectronic;pre2a m plifier 0引言 随着纺织工业的发展和电子科技水平的提高,各种新型传感器技术被广泛应用于纺织工业中[1],纱疵检测技术也有了显著的发展,使基于各种传感器的电子清纱器的性能有了显著的提高。 机械式清纱器作为最早使用的清纱器,其接触式的测量原理存在很大的缺陷,纱疵的清除效率低于50%,所以,早已被电子清纱器所替代[2]。目前应用最广的是电容式电子清纱器,它应用的电容检测技术是纱疵检测领域的主流技术,能有效地感知纱线的平均密度,并在一定程度上可以检测纱线材质的变化,同时,电容传感器造价较低,相对稳定性较好。但是,电容检测技术受环境湿度影响较大,对检测环境要求相对较高,对当今纱线检测中的难点)/异色纱疵0的检测效果很差。 异色纱疵包括异色同质纱疵、异色异质纱疵以及特殊纱疵如丙纶丝等,要满足这些检测要求,需要采用光电检测的方式。本文在分析现有光电传感器原理的基础上,提出一种改进型光电式电子清纱器方案,以解决/异色纱疵0检测难题。 收稿日期:2009)09)111光电式电子清纱器 光电检测是指利用光电传感器来获取纱线信息的检测方法[3]。光电检测原理如图1所示。光源发出的光经过测量区,其中的一部分被纱线反射和吸收,剩余部分到达光接收器。光接收器将接收到的光信号转换为电信号,经后续电路整理输出。当有粗细变化明显的疵点通过时,输出信号发生相应的幅度变化,将该信号送交鉴别电路,即可判断该纱疵属于有碍纱疵还是无碍纱疵,若超过预先设定的工艺标准,则判定为有碍纱疵,鉴别电路发出一个清除信号,驱动电路驱动切刀将其切除,完成一次清除纱疵的过程[4]。在理想条件下,这种方法感知的是纱线沿光束方 向 图1光电式电子清纱器原理 F i g1Pr i n ci p le of op toelectron ic yarn cl ean er 102
传感器的应用 高二（11）陈远杰 指导老师： 【关键字】传感器原理应用 【摘要】对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 1传感器及其工作原理 1.1什么是传感器 1.1.1传感器的定义 英文名称：transducer / sensor 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。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。 “传感器”在新韦式大词典中定义为： “从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。 1.2功能 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉 1.2.1敏感元件的分类： ①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 ②化学类，基于化学反应的原理。 ③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。 1.2.2常见的元件 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 热敏电阻和金属热电阻 除了光照以外，温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。 金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的。与金属不同，有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 霍尔元件 详见人教版高中物理选修3-2 2传感器的应用 传感器输出的电信号相当微弱，难以带动执行机构去控制动作，因此要把这个电信号放大。如果需要远距离传送，可能还要把它转换成其他电信号一抵御外界干扰。 从传感器获得信号后，可以用指针式电表或液晶板等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门，开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。 2.1 常见传感器的应用 2.1.1 力传感器的应用——电子称 我们经常见到的电子称，小的用来称量食物的重量，大的可以称量汽车、火车的重量。它所使用的测力装置是力传感器。常用的一种力传感器是由金属梁
光电传感器 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。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 正文： 一、理论基础——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。 由上式可知，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，此频率限称为
题目：光电传感器
光电传感器 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，自动调卩，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、髙精度、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。
一、理论基础——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 子会克服朿缚脱离材料表而而进入外界空间，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，每种光子的能虽:为hv （v 为光波 频率，h 为普朗克常数，h=6.63"0-34J/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，电子能屋将会增加，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。根掳能量守恒定律： 式中，m 为电子质量,v 为电子逸岀的初速度,A 微电子所做的功。 由上式可知，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，入射光都有一个确龙的频率限，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”。相应的波长入X 式 中，c 为光速，A 为逸出功。 根据外光电元件制造的光电元件百光电子，充气光电管和光电倍曾管。 1. 光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，光它的外形和 结构如图1所示，半圆筒形金属片制成的阴极K 和位于阴极轴心的金属线制成的阳极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，从而使自由电子的能量增加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而束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子， 光电子逸出金属表而后的初始动能为 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，如图2所示。在人射光频率大于“红限”的前 提下，从阴极表而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。在图2所示的电路中，电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系，从 而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K 上时，电子从阴极表而逸出，并被光电阳极的 正电厂吸收，外电路产生电流I,在负载电阻上的电压5 光电管的光电特性如图3所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一 条直线。 二、光电元件及特性 mv 2 = hv- A 图1光电光结构示总图 图2光电管测虽电路 图3光电管的光电持性
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。本文重点阐述光电传感器的发展与应用。 关键词：光电传感器、光电效应、发展、应用实例 1前言 1.1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2 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： 1、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。 2、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。 3、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。
医学光电检测技术论文光电型脉搏传感器的原理及其应用The principle of type photoelectric pulse sensor and its application 学生姓名：张先绪 专业：生物医学工 学号：7 指导教师：庞春颖 学院：生命科学技术学院 二〇一四年十二月
摘要: 介绍了光电式脉搏传感器的原理和设计方案,采用集成光敏部件和放大器的光敏芯片代替传统的分立光敏器件实现对脉搏的测量。芯片的集成化能够有效减小器件间匹配引起的干扰,提高脉搏测量精度。在实验测试过程中,采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量,对脉搏信号测量可能引起的噪声来源做了分析,并做相应的抗干扰处理,得到比较理想的脉搏波形,为脉搏信息的提取和分析提供了良好的数据。 关键词:脉搏信号;光电容积法;脉搏传感器;噪声分析 Abstract: The PPG pulse sensor is attached to the finger base for monitoring beat to beat with the traditional design,the pulse sensoruses a new integrated chip,which is integrated the photosensitive unit and the signal design can efficiently remove the system noise and improve the precision of the experiment,using the newPPG pulse sensor can measure the pulse directly from the pulse in real the same time,making the noise analysis and dealing with the measure noise,and getting a good pulse wave. Keywords:pulse signal;photoplethymograph;pulse sensor;noise anylsis 第1章绪论 1.1课题研究背景及意义 随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命,
光电传感器实验研究 摘要：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，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。 关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料 一、 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 当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg 。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体 w hv -=2mv 2 1 w hc K = λ
传感器课程论文（光电传感器）
传感器原理及工程应 用 课程论文 题目：光电传感器的应用 学 院：XXXXXXXXX 学院专 业： 电子信息科学与技术学 号：XXXXXXX
姓 名：XXX 成绩：
光电传感器的应用 XX XXXXXXXXXXXX电X子系 摘要：与传统传感器相比，光电传感器利用光电原件作为检测元件，具有非接触、反应快、可测参数多、精度高、结构简单等优点，而在相关行业、领域中得到了广泛应用，随着现代电子技术的研究不断深入，新型光电传感器在性能、质量价格等方面更具有优势，本文仅就光电传感器原理，其类别与其发展等问题做探讨。 关键词：光电传感器原理分类应用与发展 0 引言 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 如今，传感器早已渗透到诸如工业生产、
宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学
诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的 领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩 瀚的海洋， 以至各种复杂的工程系统， 几乎每 一 个现代化项目，都离不开各种各样的传感 器。 1 光电传感器的原理 二极管的外型与一般二极管一 上开有一个嵌着玻璃的窗口， 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， 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（ 流；当有光照时 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， 形成比暗电流大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 光电流的大小与光 照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光 照强度变化而变化的电信号 光电传感器是指能够将可见光转换成某种 电量的传感器。 光电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。 光敏二极管是最常见的光传感器。 光敏 ， 只是它的管壳 便于光线射入， 并与负载 <μ A ），称为光敏二极管的暗电 ，载流子被激发，产生电子 - 空
光电传感器 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 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。 正文： 一、理论基础——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。 由上式可知，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，此频率限称为“红限”。相应的波长为 式中，c 为光速，A 为逸出功。 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。当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则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。电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。 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有固有入射光频率，当光照在光电阻上，其导电性增强，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。 二、光电元件及特性 A -h m 2 12νν=A hc K =λ
目录 光电式传感器 1.概述 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 2.2 内光电效应 2.2.1光电导效应 2.2.2光电转换元件 3.光电式传感器 3.1工作原理 3.2光电传感器分类 4.光电传感器应用 4.1光电传感器优点 4.1.1光电式带材跑偏检测器 4.1.2包装充填物高度检测 4.1.3光电色质检测 4.1.4烟尘浊度监测仪 4.1.5其他方面的应用 5.光纤传感器 5.1基本工作原理 5.2光纤的种类与特性 5.3光纤传感器的应用
光电式传感器 1.概述 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。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 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。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。 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 1887年，赫兹发现光电效应，爱因斯坦第一个成功解释光电效应。爱因斯坦根据普朗克量子假说而进一步提出的光量子，即光子概念，对光电效应研究做出了决定性的贡献。爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为n，那么每个 光子的能量为E＝hv, 动量为。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是： (1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = hv， 动量为。由N个光子组成的光子流，能量为N hv。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动
传感器原理及其应用论文 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。 一、传感器简介 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，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。 （1）、传感器定义及分类 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 （2）、传感器的作用 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。