8光电式传感器

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。

《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。

光电式扭矩传感器工作原理
光电式扭矩传感器是一种用于测量旋转装置扭矩的传感器。

它
的工作原理基于光电效应和应变测量技术。

首先，光电式扭矩传感器利用光电效应来测量扭矩。

在传感器
的内部，通常会有一对光栅或者光栅条，其中一个固定在传感器的
外壳上，另一个连接到旋转装置上。

当旋转装置受到扭矩作用时，
连接到旋转装置上的光栅条会发生相对于固定光栅的微小位移。

这
种位移会改变光栅之间的光学信号传输，进而产生一个与扭矩大小
成正比的光学信号。

其次，传感器会将光学信号转换成电信号。

这通常是通过内部
的光电传感器和信号处理电路来实现的。

光电传感器会检测光栅之
间的光学信号变化，并将其转换成电信号。

信号处理电路会进一步
放大、滤波和转换电信号，以便于后续的数字化处理或者直接输出
给用户。

最后，传感器会输出扭矩数值。

经过信号处理电路处理后的电
信号会被转换成扭矩的数值。

这个数值可以通过显示屏、数据接口
或者其他输出方式呈现给用户，以便用户能够实时监测扭矩的数值。

总的来说，光电式扭矩传感器通过光电效应测量扭矩，并通过
信号处理电路将光学信号转换成电信号，最终输出扭矩数值给用户。

它的工作原理相对简单，但在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。

第八章光电式传感器§8-1 真空光电器件作业题1.光电管由一个和一个封装在一个内组成。

它的技术特性主要取决于。

（阴极；阳极；光电阴极材料）2.光电管的光谱特性主要取决于的特性，光电管对入射光的具有选择性，这是因为对入射光的有选择性。

（光电阴极材料；频谱；光电阴极；频谱）3.光电管的伏安特性是指，与的关系。

当阳极电压较小时，光电流随而增加。

到电压以后，光电流，这是因为单位时间内发射的光电子全部被阳极收集了。

（一定光适量照射下；阴极电压；光电流；阳极电压增加；饱和；饱和；发射的光电子）4.光倍增管的结构与基本一样，也是在壳内，安装和，只是在之间再安装几个。

（光电管；玻璃；阳极；阴极；阳极与阴极；倍增级）5.光电倍增管倍增系数大约为数量级，故光电倍增管的极高。

随着的升高，倍增系数也增加。

（106；灵敏度；工作电压）6.当入射光不变时，被照物体在单位时间内与成正比。

（频谱；发射的光电子数；入射光强度）§8-2 光敏元件作业题1.物体受到光照以后，物体内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的或产生的现象称为。

（电阻率发生变化；光电动势；内光电效应）2.在光线的作用下，半导体的的现象称光电导效应。

（电导率增加）3.光照射使半导体原子中的吸收光子能量激发出的现象，称本征光导效应；光照射使半导体杂质吸收光子能量激发出的现象，称非本征光导效应，它的激发比本征光导效应。

（价电子；自由电子同时产生空穴；自由电子；容易）4.某种半导体能否产生光电效应，决定于照射光的，而光的强度只取决于产生的。

（频率；光子数目的多少）5.光敏电阻是用制成的，极性，是个电阻。

使用时可以加电压，亦可加电压。

不同下电阻值不同，对不同的入射光有的灵敏度。

（光导体；没有；纯；直流；交流；材料；波长；不同）6.将光敏电阻置于室温、条件下，经过一定稳定时间后，测得的阻值称暗电阻；在条件下，测得的阻值称为。

（无光照全暗；光照；亮电阻）7.一定电压作用下，与的关系称为光敏电阻的光电特性。

光电传感器有哪几种分类？光电传感器有哪几种？根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。

光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。

下面小编介绍下光电传感器分类。

标准类型1）漫反射型：一般型或能量型(-8)，聚焦式(-8-H)，带背景抑制功能型(-8-H)光电传感器光电传感器，带背景分析功能型(-8-HW)2）反射板型：一般型(-6)，带偏振滤波功能型(-54,-55)，带透明体检测功能型(-54-G)，带前景抑制功能型(-54-V)3）对射型4）槽型5）光纤传感器：塑料光纤型，玻璃光纤型6）色标传感器，颜色传感器，荧光传感器7）光通讯8）激光测距：三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型9）光栅10）防爆/隔爆型安全类型1）安全对射光电2）安全光栅3）安全光幕4）安全控制器门控类型1）雷达传感器：区域检测型雷达传感器雷达传感器2）主动式传感器：单光束型，多光束型，区域检测型3）被动式传感器：区域检测型4）电梯光幕5）通用光电：槽形，对射型等特长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）无法远距离检测。

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，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。

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。