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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 212νν=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”。
光电式传感器原理与应用光电效应与光电器件一、光电效应光电效应可以分为以下三种类型：(1)外光电效应(2)光电导效应(3)光生伏特效应.(1)外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫外光电效应。
只有当光子能量大于逸出功时，即时，才有电子发射出来，即有光电效应，当光子的能量等于逸出功时，即时，逸出的电子初速度为0，此时光子的频率为该物质产生外光电效应的最低频率，称为红限频率。
利用外光电效应制成的光电器件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。
(2)光电导效应.在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为光电导效应。
.由于这里没有电子自物体向外发射，仅改变物体内部的电阻或电导，有时也称为内光电效应。
与外光电效应一样，要产生光电导效应，也要受到红限频率限制。
利用光电导效应可制成半导体光敏电阻。
(3)光生伏特效应.在光的作用下，能够使物体内部产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。
.利用光生伏特效应制成的光电器件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等。
二、光电器件的特性(1)光电流光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为光电流。
(2)暗电流光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为暗电流。
(3)光照特性当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为光照特性。
一般可表示为。
(4)光谱特性.当光敏元件加一定电压时，如果照射在光敏元件上的是一单色光，当入射光功率不变时，光电流随入射光波长变化而变化的关系，称为光谱特性。
.光谱特性对选择光电器件和光源有重要意义，当光电器件的光谱特性与光源的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率也高。
在检测中，应选择最大灵敏度在需要测量的光谱范围内的光敏元件，才有可能获得最高灵敏度。
(5)伏安特性在一定照度下，光电流I与光敏元件两端的电压U的关系称为伏安特性。
光电传感器Subject to change –2018/102→Internet:/catalogue/...光电传感器SOOD,SOOE主要特性和产品范围一览产品范围一览派生型SOOD LEDSOOD 激光SOOE LED SOOE 激光→页码/Internet 漫反射式传感器，带背景抑制⏹⏹⏹⏹12,24对射式传感器⏹⏹⏹⏹18,28反射式传感器⏹⏹⏹⏹21,32反射式传感器，用于透明物体––⏹–35漫反射式传感器––⏹–38激光，对比传感器–––⏹42激光，距离传感器––⏹⏹46检测方法漫反射式传感器SOOE-DS这些传感器有时候被称为能量传感器，发射器和接收器同处一个壳体内。
发射出的光束直接被物体反射到接收器，计算反射光束的强度。
通过改变接收器（用IO-Link®、电位计或示教方法）的灵敏度可调节工作距离。
漫反射式传感器是成本效益最高的解决方案之一，安装也十分快捷。
不过，这些传感器不适用于一些应用场合，例如在强反射背景下检测轻微反光的物体。
此外，采用多种不同表面的物体（从材料、颜色或表面光洁度的角度出发）因为不同表面的反射特性不同，所以需要在不同的距离进行测量。
漫反射式传感器的优点在于强度区分。
•工作距离更长•经济性更佳•检测轻微反光的物体时更可靠-V-新产品光电传感器SOOD,SOOE 主要特性漫反射式传感器，带背景抑制工作距离并非通过能量来设定，而是通过光学三角测量。
全新且高精度的多像素技术(SOOE)有着优异的灵活性，通过IO-Link®设置。
带160x16像素的信号预处理的集成接收器是精确检测与距离测量的关键。
该接收器具备高分辨率和线性化，在检测范围上限有着独特的设定性能。
因此，物体检测几乎独立于背景中的其它物体之外，也与颜色、大小或表面光洁度无关。
这些设备仅要求有非常少量的漫反射。
带背景抑制的漫反射式传感器的优点•工作距离实际上与颜色和表面光洁度无关•还可用于闪光或反光的背景•检测距离的小差异•调节方便反射式传感器这些传感器的发射器和接收器也同处一个壳体内。
光电传感器有哪些应用
在当今的智能家电和工业设备领域，光电传感器已经成为实现各种功能的关键元件。
它们的应用范围广泛，几乎涵盖了所有需要检测液体的电器和设备，包括一体式加湿器、净水器、热水器、咖啡机、洗碗机、电蒸锅、冷气扇、家电宠物饮水机、水泵、鱼缸、智能机器人、工业设备以及超声波雾化器等。
光电传感器的工作原理基于光电效应。
它们使用内置的红外发射管和光敏接收器，通过检测液体的存在与否，从而实现液位的实时监测。
检测部位通常是棱镜结构。
在无水状态下，发射管发出的光经过透镜折射后直接照射到接收管上；而有水状态下，光会折射到液体中，导致接收器无法接收到全部或大部分光线。
这种原理使得光电传感器能够精确地检测液位，从而触发相应的操作或警告。
由于其高精度和稳定性，光电传感器在各种应用中都表现出色。
无论是在家庭环境中，还是在工业生产线上，它们都能提供可靠的液位检测，确保设备正常运行，防止溢出或干烧等潜在问题。
光电传感器还具有体积下、响应速度快、寿命长等优点。
这些特点使得光电传感器成为许多应用的首选。
光电传感器以其广泛的应用领域和出色的性能，已经成为现代智能设备和工业生产中不可或缺的一部分。
摘要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。
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。
关键字:光电元件传感器分类传感器应用摘要ABSTRACTThe photoelectric transducer adopts the photoelectric component as the transducer measuring the component. It changes the change measured into a change of the optical signal at first, then further change the optical signal into an electric signal through the photoelectric component. The photoelectric transducer is generally made up of light source, optical thorough fare and photoelectric component three parts. The photoelectric detection method has precision high, reacts fast, advantage of exposed to ing etc.s, and can examine the parameter more,the transducer is of simple structure, the form is flexible, so, it is very extensive that the photoelectricity type transducer is employed in measuring and controlling. The photoelectric transducer realizes the key component that the photoelectricity changes in various photoelectric detection systems, it change into electric device of signal optical signal (infrared can seeing and purple other ray radiation). The photoelectricity type transducer is regarded photoelectric device as and changed the transducer of the component. It was not electric consumption that it caused the light quantity to change directly that it can be used for measuring, only strong, illuminance, radiation examine warmly, the gas composition is analyzed etc.; Other ones that can also be used and measured and can change into a light quantity and change are not the electric consumption such as part diameter, surface roughness, meets an emergency, the displacement, vibration, pace, acceleration, and the form of object, discernment of working state,etc.. The photoelectricity type transducer is not exposed to, respond the fast, reliable characteristic of performance, so won extensive application in the industrial automation device and machine philtrum. In recent years, new Devices photoelectric constantly emerge, especially CCD picture the births of transducer, transducers photoelectric the further to last chapter innovated to turn on.Keywords:Photoelectric component Transducer classification Application of transducer目录第一章绪论 (1)1.1 传感器发展史 (1)1.2光电传感概述 (2)第二章光电传感器基本原理 (3)2.1 光电效应 (3)2.2 光电元件及特性 (3)2.3 光电传感器 (6)第三章 CCD传感器 (11)3.1 光固态图象传感器 (11)3.1.1 CCD的结构和基本原理 (11)3.1.2 线型CCD图像传感器 (12)3.1.3 面型CCD图像传感器 (13)3.2 C CD图像传感器应用 (15)3.2.1 工件尺寸检测 (15)3.2.2 CCD传感器在公共交通上的应用 (16) 第四章光纤传感器 (17)4.1 光纤传感器的原理和组成 (17)4.2 光纤传感器的类型及特点 (17)4.3 光纤传感器的应用领域 (18)4.4 光纤传感器(FOS)应用原理 (20) 4.5 光纤传感器的实际应用 (21) 4.5.1 光纤液位传感器 (22)4.5.2 电力工业中的应用 (22)第五章其它光电传感器 (25)5.1 高速光电二极管 (25)5.1.1 PIN结光电二极管 (25)5.1.2 雪崩光电二极管(APD) (26) 5.2 色敏光电传感器 (26)5.3 光位置传感器 (27)第六章总结与展望 (29)6.1 总结 (29)6.2 展望 (30)致谢 (31)参考文献 (33)第一章绪论 1第一章绪论1.1 传感器发展史传感技术的发展经历了三个阶段,即结构型传感器、物性型传感器和智能型传感器,其测量技术、方法和特点的发展历程见表1。
传感器原理及应用传感器是一种能够感知、检测某种特定物理量并将其转化为可供人们观测或处理的信号的装置。
它在现代科技领域中起着至关重要的作用，广泛应用于工业控制、环境监测、医疗诊断、智能家居等领域。
本文将从传感器的原理及其应用展开介绍。
首先，传感器的原理是基于物理效应或化学效应实现的。
常见的传感器类型包括光电传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
光电传感器利用光电效应，将光信号转化为电信号，常用于光电开关、光电编码器等设备中。
压力传感器则是利用压电效应或电阻应变效应来检测压力变化，广泛应用于汽车制动系统、工业自动化等领域。
温度传感器则是利用热电效应、热敏电阻效应等原理来感知温度变化，常见于电子设备、空调系统等。
湿度传感器则是利用介电常数变化或电阻变化来检测湿度变化，应用于气象观测、农业温室等领域。
气体传感器则是利用气体的化学反应来检测气体浓度，常见于环境监测、工业安全等领域。
其次，传感器的应用非常广泛。
在工业控制领域，传感器常用于测量温度、压力、流量、液位等参数，用于实现自动化生产、设备监测等功能。
在环境监测领域，传感器被广泛应用于大气污染监测、水质监测、土壤湿度监测等方面，为环保工作提供重要数据支持。
在医疗诊断领域，传感器被用于测量体温、血压、心率等生理参数，为医生提供诊断依据。
在智能家居领域，传感器被用于感知人体活动、光照强度、温湿度等信息，实现智能灯光、智能门锁、智能空调等功能。
总之，传感器作为现代科技的重要组成部分，其原理和应用已经深入到人们的生活和工作中。
随着科技的不断发展，传感器的种类和性能将会不断提升，应用领域也将会不断拓展，为人们的生活和生产带来更多便利和可能。
希望本文能够为读者对传感器有更深入的了解提供一些帮助。
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。
