光电传感器及应用(二)重点

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”。

光电传感器的原理和应用近年来随着科技的快速发展，光电传感器作为一种高科技产品，逐渐被广泛应用于各个领域。

那么什么是光电传感器？它有哪些原理和应用呢？一、光电传感器的原理光电传感器是一种能够将物理量转化为电磁信号的装置。

它是由发光二极管、光敏二极管以及电路组成的。

首先让我们了解一下发光二极管(LED)的原理。

当施加电压时，LED将会发出光。

其原理是基于半导体材料的特定性质，在电场作用下电子从高能级跃迁至低能级时，会放出能量。

能量释放形式的不同导致了不同颜色的光，从而产生不同种类的LED。

接下来要提到的是光敏二极管(PD)。

光敏二极管是一种能够将光信号转化成电信号的半导体器件。

简单来说，它就是一个特殊的二极管，能够将光线中的电子转换成电信号，并通过电路输出。

光敏二极管的工作原理是基于内部PN结上发生光电效应。

结合LED和PD，光电传感器的工作原理就很容易理解了：当光线照射到PD上时，电流会发生明显变化。

在这种情况下，我们只需要将PD接到一个放大电路上，就可以将这一变化转化为信号输出，从而实现光电转换。

二、光电传感器的应用1. 工业生产现在的工业生产线上利用光电传感器进行平衡、配线等现代化的工作，通过变电、自动化、自适应等手段，提高了生产效率并大幅度削减了静电带来的损失。

所以，光电传感器的应用已经成为很多工业生产线的必备工具之一。

2. 安防系统光电传感器还广泛应用于安防领域。

通过红外线、图像识别等方法，建立起一个完整的安防防护系统，从而保障人们的财产和安全。

光电传感器在这个领域的应用还在不断扩大，可以极大地提升安防系统的智能化和自动化程度。

3. 医疗健康在量化医疗方面，光电传感器也扮演着重要角色。

像脉搏、血氧以及体温等信息都能通过光电传感器进行测量和分析。

随着移动互联网技术的发展以及智能穿戴、健康监测等产品的出现，人们也能直接以便携的方式接受相关信息。

4. 交通运输光电传感器也在交通运输行业得到了广泛应用。

光电传感器的基础知识及术语重点什么是光电传感器？光电传感器是一种能将光信号转换为电信号的传感器。

它由光电转换器件和信号处理电路组成，是一种测量、检测、控制和自动化等领域不可或缺的部分。

光电传感器的分类根据不同的分类标准，光电传感器可以分为多种类型。

其中，按照测量原理不同，可分为反射式、穿过式、散射式和透射式光电传感器；按照应用场景不同，可分为红外光电传感器、紫外光电传感器、激光光电传感器等。

光电传感器的工作原理光电传感器的基本工作原理是将光信号转换为电信号。

具体来说，当光电转换器件受到外界光源的照射时，光电器件内部的电荷状态会发生变化，从而产生电信号。

信号处理电路进一步处理电信号，使其达到特定的幅度、频率和波形等要求，实现对光信号的检测、测量和控制等任务。

光电传感器的术语重点反射型光电传感器反射式光电传感器是指发射和接收元件集成于一个装置内，通过反射光信号来检测目标位置和状态。

穿过型光电传感器穿过式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于两个装置内，利用物体遮挡光束来检测目标位置和状态。

散射型光电传感器散射式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于一个装置内，利用反射的散射光信号或散乱物质发射的散射光信号来检测目标位置和状态。

透射型光电传感器透射式光电传感器是指发射和接收元件分别安装于两个装置内，通过光束贯穿物体来检测目标位置和状态。

红外光电传感器红外光电传感器是利用红外线来感知、测量和控制的传感器。

紫外光电传感器紫外光电传感器是利用紫外线来感知、测量和控制的传感器。

激光光电传感器激光光电传感器是利用激光来感知、测量和控制的传感器，具有高速、高精度和高稳定性等优点。

光电传感器的应用领域光电传感器广泛应用于自动化生产线、仓储物流、机器人等众多领域。

例如，可以用光电传感器来检测机器人的位置和姿态，实现机器人的定位和导航；还可以结合光电传感器来监测物品的进出、数量和位置，实现自动化仓储库存管理。

光电传感器作为光电技术的重要应用之一，具有多种不同的类型和工作原理，并且在各种各样的应用场景中发挥着越来越重要的作用。

当向电极加正偏压时,在电场的作用下,电极下的MOS光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片2.读出移位寄存器3.电荷的输出8.4.2 8.4.2 线感光单元和存储单元交替排列。

在感光区光敏元件积分(a 被测物是光源(b 被测物吸收光通量(c 被测物是有反射能力的表面(d 被测物遮蔽光通量光电式浊度计工作原理——被测物吸收光通量可发出高分贝笛鸣可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测控制器原理1—被测带材;2—卷取电机 ;3—卷取辊;4—液压缸;5—活塞;6—滑台; 7—光电检测装置;8—光源;9、10—透镜;11-光敏;12—遮光罩电阻R1当烟雾进入烟雾室后,烟雾的固体粒子对红外光产生漫反线阵线阵CCD CCD CCD器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径n =60( f /z8.68.6 光栅传感器光栅式传感器有如下的特点:8.6.18.6.1 计量光栅的种类通常在600线/mm以上。

2.圆光栅8.6.2 莫尔条纹8.6.22.莫尔条纹的特性3 误差平均效应(a 刻线对齐 (b 错开W/4 (c 错开W/2 (d 错开3W/42 圆光栅的莫尔条纹(1 径向光栅的莫尔条纹。

在几何量的测量中,径向光栅主要使用两种莫尔条纹:圆弧形莫尔条纹和光闸莫尔条纹。

①圆弧形莫尔条纹。

两块栅距角γ相同的径向光栅以不大的偏心叠合,在光栅的各个部分,栅线的夹角均不同,便形成了不同曲率半径的圆弧形莫尔条纹。

光栅式传感器8.6.38.6.3 光栅式传感器光栅式传感器有多种不同的光学系统,其中,比较常见的有透射式光栅传感器和反射式光栅传感器。

1.透射式光栅传感器光电元器件输出电信号的幅值可用光栅位移量若指示光栅采用路,即可实现对位移的测量。

2.反射式光栅传感器接近,能减小温度误差。

3.光栅测量辨向原理4.细分技术8.7.1 绝对编码器8.7.1绝对式接触式编码器演示绝对式接触式编码器2.绝对编码器的工作原理以4位绝对码盘的光电读出装置为例,如图,由最外向内依3.提高分辨力的措施。

光电传感器的应用一、引言随着科技的发展，传感器技术在各个领域得到了广泛应用。

其中，光电传感器作为一种新型传感器，在工业自动化控制、环境监测、医疗诊断等领域都有广泛应用。

本文将从光电传感器的原理、种类、应用等方面进行详细介绍，以供学生学习参考。

二、光电传感器的分类光电传感器按照其测量光线的位置不同，可以分为接触式和非接触式两类。

1. 接触式光电传感器接触式光电传感器是通过直接接触到被测物体表面来测量光线的位置或其它光学特性。

常见的接触式光电传感器包括：•光电开关：可以通过检测物体遮挡光线的方式进行控制；•线性位移传感器：能够测量物体在一维方向上的位移；•角位移传感器：可测量物体在二维方向上的位移；•光栅尺：可以测量物体的位移和速度。

2. 非接触式光电传感器非接触式光电传感器是通过不直接接触物体的方式进行测量的。

常见的非接触式光电传感器包括：•光电传感器：可检测物体遮挡光线、光线的反射、散射等信息；•光电编码器：能够测量物体的角位置、速度等信息；•光学传感器：可以测量物体的位置、形状等信息；•激光扫描仪：可测量物体的三维形状、表面粗糙度等信息。

三、光电传感器的应用光电传感器在行业应用方面非常广泛。

下面简要介绍几个常见的应用领域：1. 工业自动化在工业制造过程中，光电传感器被广泛应用于自动化控制和安全保障。

例如，光电开关可以检测机器人工作区域，确保操作人员的安全；光电编码器可以精确测量机器人的位置和姿态，从而实现机器人的自动操作。

2. 环境监测光电传感器在环境监测中也有广泛应用。

例如，光电传感器可以测量污染物的浓度、水质的变化、大气气体的含量等。

这些数据对于环境保护和生态建设具有重要作用。

3. 医疗诊断在医疗诊断方面，光电传感器也居功至伟。

例如，在CT扫描中，光电传感器可以测量X射线的强度和位置，从而获得高清晰度的图像，帮助医生准确诊断病情；在血糖检测中，光电传感器可以测量血液中的光吸收情况，从而得到血糖水平。

光电传感器的原理功能特点等应用光电传感器是一种用于检测光线的传感器，利用光电器件的光电转换特性，将光能转化为电能，从而实现对光信号的检测和测量。

光电传感器广泛应用于工业自动化、安全监控、电子设备、医疗仪器等领域，具有以下原理、功能特点及应用。

一、原理：1.光电转换原理：光电传感器主要由光电器件和信号处理电路组成，光电器件通常采用光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管等，能够将光信号转化为电信号。

2.传感原理：当光线照射到传感器的光敏器件上时，光敏器件会产生电流或电压信号，通过信号处理电路的放大、滤波等处理，将光信号转化为可供外部设备使用的电信号。

3.工作原理：光电传感器通过测量光线的亮度、颜色、方向等信息，可以实现对物体的检测、测量以及控制。

二、功能特点：1.高灵敏度：光电传感器对光线的变化非常敏感，并能够实时地将光信号转化为电信号。

2.宽频响范围：光电传感器的频响范围较宽，可以检测到几十纳米至数百微米的不同波长范围内的光信号。

3.快速响应：光电传感器的响应速度快，可以在微秒或毫秒级别内捕捉到光信号的变化。

4.高精度测量：光电传感器能够实现对光源亮度、颜色、方向等参数的高精度测量，并可根据需要进行定量或定性分析。

5.可接口化：光电传感器常利用模拟输出或数字输出接口与外部设备连接，实现信号的传输和处理。

三、应用：1.工业自动化：光电传感器常用于工业流水线上的物料检测、计数、分拣等应用，能够实现对物体的精确控制和无接触检测。

2.安全监控：光电传感器广泛应用于安全门、防盗系统等安全监控设备中，能够实现对门禁、入侵等事件的快速响应和报警。

3.医疗仪器：光电传感器在医疗仪器中的应用很广泛，如血糖仪、心率监测仪等，可以实现对生物信号的检测和分析。

4.光学设备：光电传感器用于光学设备的聚光、定位、测量等功能，如激光测距仪、摄像机等。

5.能源光伏：光电传感器用于太阳能光伏系统中，能够实现对光电池组件的工作状态和光照效果的监测，提高太阳能利用效率。

传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。

2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。

狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

3）传感器的组成：敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。

基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。

4）传感器的静态性能指标（1）灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。

①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。

（2）线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。

线性度又可分为：①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。

②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。

端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。

③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。

④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。

⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。

（3）迟滞定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。

即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

（4）重复性定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。

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，传递效率咼（接近理论极限17%，能耐咼温辐射等［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h丫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光电池的特性如光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。

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］。

光电传感器的研究摘要:随着微电子技术、光电半导体技术、光导纤维技术以及光栅技术的出现和发展，光电传感器种类也日益增多，光电传感器得到越来越多的应用。

且光电传感器具有其他传感器不能取代的优越性，故它还具有很大的发展前景。

光电传感器的物理基础是光电效应，它由光电材料构成的器件，既用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用来检测其他的能转换成光量变化的非电量。

此外，光电传感器还具有非接触测量、响应快、性能可靠等特点，因此它被广泛的应用于各行各业中。

关键词：光电传感器光电效应传感器应用传感器特点Pick to:With the appear and development of microelectronic technique , photoelectric semiconductor technology,optical fiber technology ,and grating technology, he types of photoelectric sensor become increasing ,which makes photoelectric sensor more be used. Moreover, photoelectric sensor and sensor cannot replace the other advantages , therefore it also has great development prospects.The physical basis of the photoelectric sensor is the photoelectric effect, device which is composed of a photoelectric material, both for detecting directly caused by light changing non-electrical, can also be used to detect other energy converted into light changes of non-electric. In addition, the photoelectric sensor also has non-contact measurement, fast response, reliable performance, etc, so it is widely used in all walks of life.Key words: photoelectric sensor, the photoelectric effect, Sensor applications,Sensor characteristics1.引言随着当今科学技术的飞速发展，自动化已经应用到各行各业中，而一个国家的自动化水平是用检测与转换仪表以及传感器的种类和数量的多少来衡量的，故传感器在先当社会中发挥着很重要的作用。