2.1检测与转换之光电传感器(光电器件原理和特性)
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一.光电传感器简介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。
光电传感器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。
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。
光电管及其基本特性(1)结构与工作原理光电管有真空光电管和充气光电管两类。
两者结构相似,如图所示。
它们由一个阴极和一个阳极构成,并且密封在一只真空玻璃管内。
阴极装在玻璃管内壁上,其上涂有光电发射材料。
阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形,置于玻璃管的中央。
当光照在阴极上时,中央阳极可收集从阴极上逸出的电子,在外电场作用下形成电流I。
(2)主要性能1)光电管的伏安特性在一定的光照射下,对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。
2)光电管的光照特性当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时,光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。
光照特性曲线的斜率(光电流与入射光光通量之比)称为光电管的灵敏度。
二、光电传感器的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控制的。
光电传感器在一般情况下,有三部分构成,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。
光电式传感器工作原理及特性作者:杨鹏来源:《西部论丛》2019年第26期摘要:我们很难通过物体上的光的变化来了解其中包含的信息,光电传感器可以用作转换设备,通过一系列处理将其显示出来,从而形成电信号以供人们了解。
光电传感器的最基本组件是光电元件。
基于不同类型的光电效应,获得不同类型的光电元件,例如光敏电阻。
同时,这些光电元件的基本特性完全不同。
通过它们的特性,可以分析其合适的应用领域以最大程度地发挥其优势。
光电传感器的应用非常广泛,这归因于其更高的测量精度和非接触特性。
关键词:光电效应;传感器;转换光电传感器是对被测物进行线性测量并且不与被测物接触的仪器,在一定程度上扩展了光电传感器的应用范围。
光电元件是最基本的组成成分。
不同类型的光电效应决定了不同类型的光电元件的特性,这些特性也决定了光电传感器的应用领域。
光电传感器是基于光电效应[3]的传感器,即外部光电效应和内部光电效应,并且可以从伏安特性,照明特性,和稳定性对其分析。
1 光电式传感器的基本原理光电元件的外光电效应或内光电效应构成了光电式传感器将能量进行转换的基本条件,在这一基础上光信号实现了向电信号的有效转换,再以人们能够理解的形式展现出来,同时对所受光照的变化规律进行分析。
光子以电子流的形式进行移动,电子的能量随光波频率的增大而增大,在受光条件下电子吸收光照所释放的能量,进而电子能量快速增大,电子利用这部分能量在挣脱正离子束缚的同时,将剩下的能量保存下来作为自身运动的能量。
由此可得光照射物体后物体的溢出功小于物体中电子所获的能量而发生表面逸出电子的现象即为外光电效应,光照强度的大小并不能决定该效应的发生,而在于受光物体自身所特有的红限频率,若低于该红频限率,无论光照强度多大都无法使电子脱离物体表面,逸出时的初始动能使得该类光电元件在没有加压时也能产生光电流,进而可以脱离电源独立工作,具有极大的便利性。
在相同条件作用下未出现电子逸出而是发生电子由键合状态至自由状态导致电阻率发生变化的现象即为光电导效应,在受光条件下以本征半导体为材料的光电导体原处于价带上的电子移至导带,该现象发生的条件是光电导体所受光照辐射较强。
光电传感器光电传感器是一种可以将光信号转化为电信号的装置。
它具有灵敏度高、响应速度快、可靠性强等特点,广泛应用于工业控制、环境监测、医疗设备、安防系统等领域。
本文将介绍光电传感器的工作原理、分类、应用领域以及未来发展方向。
一、工作原理光电传感器的工作原理基于光电效应。
简单来说,当光照射到光电传感器的光敏元件上时,光子的能量将导致光电子的产生。
光敏元件一般由半导体材料制成,如硅、镓化合物等。
当光电子被产生出来后,它们会在半导体材料内部发生电子迁移,并将导致电荷分布的变化。
这个变化可被传感器中的电路所检测到,并转换为相应的电信号输出。
二、分类根据工作原理的不同,光电传感器可以分为多种类型。
常见的光电传感器有光电开关、光电二极管、光电三极管、光电二极管阵列等。
1. 光电开关光电开关是一种能够检测物体存在与否的传感器。
它通常由光源、发射器、接收器和电路组成。
光源将光照射到被检测物体上,然后由接收器接收反射回来的光信号。
当有物体遮挡光线时,反射光信号会变弱或消失,接收器中的电路会产生相应的响应信号,从而实现对物体存在与否的检测。
2. 光电二极管光电二极管又称为光敏二极管,是利用半导体材料的光电效应工作的传感器。
它具有响应速度快、结构简单、体积小等优点,在光电传感领域中得到广泛应用。
光电二极管可以将光信号转换为电信号输出,并且根据光信号的强弱可以实现对光强度的测量。
3. 光电三极管光电三极管是一种具有放大作用的光电器件。
它除了具有光电二极管的特点外,还可以放大光电信号。
这种传感器通常由光电二极管和共射放大电路组成。
光电信号通过光电二极管产生后,经过共射放大电路放大,最终输出一个相应的电信号。
4. 光电二极管阵列光电二极管阵列是一种由多个光电二极管组成的传感器。
它可以实现对多个光源的检测,广泛应用于图像识别、光学测量等领域。
光电二极管阵列的每个光电二极管相互之间独立工作,可以同时对多个光源进行测量,提高了测量效率和准确性。
光电传感器的原理功能特点等应用光电传感器是一种使用光电效应来感知光强度的传感器。
它通过转换光信号为电信号来测量或控制光的强度,广泛应用于工业自动化、光电检测、通信、仪器仪表、消费类电子产品等领域。
下面将详细介绍光电传感器的原理、功能特点以及常见的应用。
一、光电传感器的原理1.光电发射效应:当光线照射到半导体或金属表面时,表面的电子可以受到光的激发,逃逸出表面形成光电子流,产生电流。
2.光电吸收效应:光线照射到半导体材料时,能级结构中的电子可以吸收光的能量,从而跃迁到更高能级,形成电子空穴对。
这种电子空穴对的形成可以产生电流。
3.光电导效应:当光线照射到半导体材料时,可以改变半导体中载流子的浓度,从而改变电导率。
通过测量电导率的变化,可以获得光的强度信息。
二、光电传感器的功能特点1.快速响应:光电传感器具有非常快的响应速度,能够实时感知和测量光的强度变化。
2.宽波长范围:光电传感器可以感知多种不同波长的光,能够适应不同应用场景的需求。
3.高精度测量:光电传感器可以实现对光的精确测量,可以微小范围内的光强度差异。
4.长寿命稳定性:光电传感器采用无机材料制成,具有很高的耐久性和稳定性,可以长时间运行。
5.高灵敏度:光电传感器具有很高的灵敏度,能够感知微小光强的变化。
6.非接触式测量:光电传感器通过光线的反射或穿透来感知光的强度,无需物理接触被测物体,适用于一些特殊环境和要求。
三、光电传感器的应用1.工业自动化:光电传感器在工业生产中用于检测和测量物体的位置、形状、颜色等特征,用于自动化流水线的控制和调节。
2.光电检测:光电传感器用于检测光电开关、光电门等设备,实现信号的接收和传输,广泛应用于安防监控、自动门、智能家居等领域。
3.通信设备:光电传感器在通信设备中用于发送和接收光信号,实现光纤通信、激光通信等高速传输。
4.仪器仪表:光电传感器在仪器仪表中用于测量和检测光强度,如光度计、光谱仪等。
5.消费类电子产品:光电传感器广泛应用于消费类电子产品中,如智能手机的屏幕自动亮度调节、手势识别等。
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。
光电传感器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。
光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器,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-原理①光的性质直射光在空气中和水中时,总是直线传播。
使用对射型传感器外置的开叉来检测微小物体的示例便是运用了这种原理。
曲折是指光射入到曲折率不同的界面上时,通过该界面后,改变行进方向的现象。
反射(正反射、回归反射、扩散反射)在镜面和玻璃平面上,光会以与入射角相同的角度反射,称为正反射。
3个平面互相直角般组合的形状称为三面直角棱镜。
如果面向三面直角棱镜投光,将反复进行正反射,最终的反射光将向投光的反方向行进。
这样的反射称为回归反射。
多数的回归反射板都是由数mm角的三面直角棱镜按规律排列而构成的。
此外,在白纸等没有光泽性的表面上,光线将向各个方向反射,这样的反射称为扩散反射。
扩散反射型将该原理作为检测方式。
偏光光线可以表现为与其行进方向垂直的振动波。
作为光电传感器的光源,主要使用LED。
从LED投射的光线,会在与行进方向垂直的各个方向上振动,这种状态的光称为无偏光。
将无偏光的光的振动方向限制在一个方向上的光学过滤器称为偏光过滤器。
即从LED投光,并通过偏光过滤器的光线只在一个方向上振动,这种状态称为偏光(正确地说应为直线偏光)。
在某一方向(例如纵方向)上振动的偏光,无法通过限制在其垂直方向(横方向)上振动的偏光过滤器。
回归反射型的M.S.R功能(→③M.S.R.功能(Mirror Surface Rejection:镜面体光泽清除)页)和作为对射型配件的防止相互干扰过滤器就是应用了这种原理。
光电传感器光敏二极管是最常见的光传感器。