11新型固态光电传感器

新型传感器的原理、应用与发展（南昌大学，南昌，330031）The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang 330031, China)摘要：现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微型化、方便与微机进行接口等优点，在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。

本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。

关键词：新型传感器；原理；应用；发展前景Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。

光电传感器使用说明一、光电传感器的工作原理和分类1. 光电二极管（Photodiode）：它是一种常见的光电传感器，可将光信号转化为电流信号。

光电二极管通过感光面积的调整，可实现对不同光强的测量。

2. 光敏电阻（Light-dependent resistor，LDR）：它是一种依靠光线照射而改变电阻值的传感器。

光敏电阻的电阻值与光线强度成反比关系，因此可以用来测量光线的亮度。

3. 光电三极管（Phototransistor）：它结构上类似于普通的晶体管，但在基区和发射区之间加上了一个光敏区。

当光照射到光电三极管时，会产生电流放大效应，从而可以将光信号转化为电流信号。

4. 光电耦合器（Optocoupler）：它是将光电二极管和晶体管封装到一个封装内，用光绝缘的方式实现输入与输出之间的电气隔离。

光电耦合器在电气隔离和信号传输方面有重要的应用，可以用于电路隔离、信号转换等。

二、光电传感器的安装和调试在安装和调试光电传感器时，需要注意以下几点：1.安装位置的选择：根据具体的应用需求，选择合适的安装位置。

要确保光线能够正常照射到传感器的感光面，避免遮挡和干扰。

2.供电电压的选择：根据传感器的额定电压和工作电压范围，选择适当的供电电源。

要确保供电电压的稳定性，以免对传感器的工作产生影响。

3.输出信号的接收和处理：根据传感器的输出信号类型和电平，选择合适的接收和处理电路。

可以通过模拟电路或数字电路来处理传感器的输出信号。

4.灵敏度的调节：根据具体的应用需求，调节传感器的灵敏度。

对于光电二极管和光敏电阻等传感器，可以通过调节外部电阻来实现。

三、光电传感器的应用领域1.自动控制：光电传感器可以用于自动控制系统，如照明控制、清晰度检测、颜色识别等。

通过检测环境光照的变化，实现对设备的自动控制。

2.测量仪器：光电传感器可以用于测量仪器中，如光谱仪、测量器等。

通过测量光线的强弱、波长等，实现对物理量的测量。

3.光通信：光电传感器可以用于光通信系统中，如光纤通信、光模块等。

光电传感器的测量内容
光电传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器，它可以测量多种物理量和参数，以下是一些常见的测量内容：
1. 光强度：光电传感器可以测量光的强度，通常用于光照度计、光度计等仪器中，用于测量环境中的光强。

2. 光通量：光通量是指单位时间内通过某一面积的光能量，光电传感器可以测量光通量，常用于光功率计等仪器中。

3. 光波长：一些光电传感器可以测量光的波长，常用于光谱仪等仪器中，用于分析光的成分和特性。

4. 距离和位置：通过测量光的传播时间或相位差，光电传感器可以测量物体的距离和位置，常用于工业自动化、机器人、汽车等领域。

5. 运动和速度：利用光的反射或遮挡原理，光电传感器可以检测物体的运动和速度，常用于安防监控、工业检测等领域。

6. 颜色和色彩：一些光电传感器可以识别光的颜色和色彩，常用于颜色分选机、色度计等仪器中。

7. 气体和液体成分：利用光的吸收或散射特性，光电传感器可以检测气体和液体中的成分，常用于环境监测、化学分析等领域。

这只是一些常见的光电传感器测量内容，实际上，根据具体的应用和传感器类型，还可以测量其他物理量和参数。

光电传感器具有高精度、快速响应、非接触测量等优点，在各个领域得到广泛应用。

光电传感器工作原理光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于自动化控制、光电测量、光通信等领域。

它通过感知光的强度、颜色、位置等特征，实现对环境的感知和控制。

本文将详细介绍光电传感器的工作原理。

一、光电传感器的分类根据工作原理的不同，光电传感器可以分为光电开关、光电遥感器、光电编码器等多种类型。

其中，光电开关是最常见的一种，它通过感知物体的存在或缺失，实现对设备的控制。

二、光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理基于光电效应和光敏元件的特性。

光电效应是指光照射到物质表面时，会引发物质内部电子的运动，产生电信号。

光敏元件是一种能够感受光信号并产生电信号的器件。

光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。

光源发出光线，光线经过物体反射或透过后，被光敏元件接收。

光敏元件将光信号转换为电信号，并经过信号处理电路进行放大、滤波等处理，最终输出一个可用的电信号。

三、光电传感器的工作过程1. 光源发射光线：光电传感器中的光源通常是一种发光二极管（LED），它能够发射可见光或红外光线。

光线的发射方式可以是连续发光或脉冲发光。

2. 光线照射到物体表面：光线从光源发出后，照射到待测物体的表面。

物体可以是固体、液体或气体，光线可以被物体反射、吸收或透过。

3. 光线被光敏元件接收：光线经过物体后，被光敏元件接收。

光敏元件通常是一种光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管等，它们能够感受到光信号并产生相应的电信号。

4. 信号处理电路处理电信号：光敏元件产生的电信号经过信号处理电路进行放大、滤波等处理，以确保信号的稳定性和可靠性。

5. 输出电信号：经过信号处理后，光电传感器将最终的电信号输出给控制系统或其他设备。

输出的电信号可以是模拟信号或数字信号，根据具体的应用需求而定。

四、光电传感器的应用光电传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、机器人技术、智能交通、医疗设备等。

以下是一些常见的光电传感器应用场景：1. 物体检测：光电开关可以用于检测物体的存在或缺失。

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。

光电传感器的工作原理光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于工业自动化、光电测量、光通信等领域。

它通过感知光的强度、波长和位置等信息，实现对目标物体的检测和测量。

下面将详细介绍光电传感器的工作原理。

一、光电传感器的基本构成光电传感器主要由光源、光敏元件和信号处理电路组成。

1. 光源：光源通常采用发光二极管（LED）或者激光二极管（LD），用来发射特定波长的光束。

2. 光敏元件：光敏元件是光电传感器的核心部件，用来接收光信号并转化为电信号。

常见的光敏元件有光电二极管（PD）、光敏电阻（LDR）、光电二极管阵列（PD Array）等。

3. 信号处理电路：信号处理电路用来放大、滤波和解调光敏元件输出的电信号，以便得到目标物体的相关信息。

二、光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理可以分为反射式、透射式和散射式三种。

1. 反射式光电传感器：反射式光电传感器通过光源发射的光束被目标物体反射后，由光敏元件接收。

当目标物体挨近或者远离传感器时，反射光的强度会发生变化，光敏元件输出的电信号也会相应变化。

通过检测电信号的变化，可以判断目标物体的存在、距离和位置等信息。

2. 透射式光电传感器：透射式光电传感器将光源和光敏元件分别安装在传感器的两侧，目标物体位于光源和光敏元件之间。

当目标物体遮挡光源发出的光束时，光敏元件接收到的光强度会降低，从而输出电信号的变化。

通过检测电信号的变化，可以判断目标物体的存在、透过程度和位置等信息。

3. 散射式光电传感器：散射式光电传感器将光源和光敏元件安装在传感器的同一侧，目标物体位于光源和光敏元件之间。

当目标物体散射光源发出的光束时，光敏元件接收到的光强度会发生变化，从而输出电信号的变化。

通过检测电信号的变化，可以判断目标物体的存在、形状和位置等信息。

三、光电传感器的应用领域光电传感器在工业自动化、光电测量和光通信等领域具有广泛的应用。

1. 工业自动化：光电传感器可用于物体检测、位置测量、计数和速度测量等方面。

光电传感器的基本原理及分类一、引言光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，广泛应用于工业自动化、机器人技术、医疗仪器等领域。

本文将从基本原理和分类两个方面介绍光电传感器的知识。

二、光电传感器的基本原理1. 光电效应原理光电效应是指当金属或半导体表面受到光照射时，会产生电子的现象。

这种现象可以用经典物理学或量子力学来解释，但无论采用哪种解释方式，都不能完全符合实验结果。

根据实验结果，可以得出以下结论：当光子能量大于物质表面材料的束缚能时，就会发生外逸电子现象。

利用这个原理，可以制作出具有灵敏度高、响应速度快等优点的光电传感器。

2. 光敏元件原理在光电传感器中，最重要的部分就是光敏元件。

常见的光敏元件有四种：硅太阳能电池、硒太阳能电池、气体放大管和半导体二极管。

其中最常见的是半导体二极管，其工作原理是基于PN结的光电效应。

当光照射到PN结上时，会产生电子和空穴对，从而导致PN结区域的电流变化。

这种变化可以被检测到，并通过信号处理器转化为数字信号输出。

3. 光电传感器的工作原理光电传感器的工作原理是将光信号转化为电信号。

当物体进入传感器检测范围内时，会反射出一定程度的光线，这些光线被接收器接收后经过放大和滤波处理后转化为数字信号输出。

根据不同的应用需求，可以选择不同类型的光电传感器来实现不同功能。

三、光电传感器的分类1. 按照检测目标分类根据检测目标的不同，可以将光电传感器分为接近式、距离式和透明式三种类型。

（1）接近式：主要用于检测物体是否在一定距离范围内，并且可以识别物体是否有金属或非金属等特殊属性。

（2）距离式：主要用于测量物体与传感器之间的距离，并且可以精确地计算出物体与传感器之间的距离。

（3）透明式：主要用于检测透明或半透明物体的存在与否，例如检测玻璃板是否存在。

2. 按照工作原理分类根据工作原理的不同，可以将光电传感器分为反射式、散射式、直接式和光栅式四种类型。

（1）反射式：传感器和物体之间有一定距离，通过物体反射的光信号来检测物体的存在与否。

光电传感器说明书光电传感器说明书概述•光电传感器是一种基于光学原理的装置，用于检测光线的存在和强度。

•光电传感器广泛应用于自动化控制、电子产品以及工业生产等领域。

工作原理•光电传感器通过感知光线的变化来实现其功能。

•光电传感器包括光源和光电元件两部分。

•光源发射光线，光电元件接收并转换为电信号，通过处理电信号可以实现各种功能。

主要特点•高灵敏度：光电传感器能够快速、精确地感知光线变化。

•高稳定性：光电传感器具有稳定的工作性能，在各种环境条件下都能正常工作。

•多功能性：光电传感器可实现多种功能，如检测物体位置、计数等。

应用领域•自动化控制：光电传感器可用于自动化生产线上的物体检测、计数以及定位等功能。

•电子产品：光电传感器广泛应用于电子产品中的自动调节亮度、接近传感等功能。

•印刷与包装：光电传感器可用于印刷与包装行业中的标签检测、纸张定位以及切割控制等。

使用注意事项•安装位置：光电传感器的安装位置应选取光线充足、不易受到干扰的位置。

•清洁维护：光电传感器需要定期清洁和维护，避免灰尘和污物的影响。

•调试参数：根据具体应用场景，合理调整光电传感器的灵敏度和触发阈值等参数。

总结光电传感器作为一种基于光学原理的检测装置，具有高灵敏度、高稳定性以及多功能性的特点。

它在自动化控制、电子产品以及印刷与包装等领域有着广泛的应用。

在使用光电传感器时，我们需要注意安装位置、定期清洁和维护以及合理调试参数等事项，以确保其正常工作并发挥最佳性能。

光电传感器技术发展趋势•近年来，随着科技的进步和需求的增加，光电传感器技术也得到了快速发展。

•近红外光电传感器：近红外光电传感器具有更高的感测精度和灵敏度，在医疗、生物科学等领域的应用正在逐渐增多。

•光纤光电传感器：光纤光电传感器利用光纤的柔性和可靠性，可以实现对更复杂环境中的光信号进行感测和传输。

•光学阵列传感器：光学阵列传感器通过将多个光电元件集成在一起，可以实现更高的分辨率和更广的感测范围。

光电传感器的应用与新技术--浅谈光电池与CCD电气0902班姚俊旋（23号）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。

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，传递效率高（接近理论极限17%），能耐高温辐射等[3]。

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hγ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。

光电池的特性光电池的特性主要有光谱特性，光照特性等。

如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]。

光电传感器的组成
光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的设备，常用于检测、测量、定位等应用。

光电传感器的组成主要包括光源、光电二极管（Photodiode）或光电晶体管（Phototransistor）以及相关的电路。

以下是光电传感器的基本组成部分：
1.光源：
光电传感器的光源通常是一个发光二极管（LED）。

LED会发出特定波长的光，根据应用需求，可以选择不同颜色的LED。

光源的稳定性和亮度对传感器性能至关重要。

2.光电二极管（Photodiode）或光电晶体管（Phototransistor）：
光电二极管是一种能够将光信号转换为电流信号的半导体器件。

当光照射到光电二极管上时，它会产生电流。

光电晶体管类似，但它可以放大电流信号。

这两者是光电传感器中常用的光敏元件。

3.光学透过装置：
用于引导、集中或散射光线，以便更好地捕捉目标的光信号。

这可能包括透镜、光纤等光学组件。

4.接收电路：
用于处理从光电二极管或光电晶体管获取的电流信号。

这可能包括放大器、滤波器、比较器等电路，以确保传感器的灵敏度和稳定性。

5.输出接口：
将传感器产生的电信号转换为数字信号或模拟信号，以便与其他电子设备进行通信。

这可以是模拟输出电压、数字脉冲或其他形式的信号。

这些组件共同工作，使光电传感器能够检测光信号并将其转换为电信号，从而实现各种应用，如物体检测、位置测量、光电编码等。

在实际应用中，具体的光电传感器的设计和性能会因传感器类型和用途而异。

新型传感器原理及应用
传感器是一种能将感知到的物理量转换成电信号或其他所需形式的设备。

新型传感器通常采用了一些先进的原理和技术，以满足更高的精度、灵敏度和稳定性要求。

下面将介绍一些新型传感器的原理及应用。

1. 压电传感器：压电传感器利用压电效应，即材料在受到压力作用时会产生电荷或电势变化的原理。

这种传感器常见于力传感、加速度和压力测量等领域，如车辆碰撞感应系统、智能手机屏幕触摸等。

2. 光电传感器：光电传感器利用光电效应，即光的照射能够使材料产生电荷或电势变化的原理。

光电传感器的应用非常广泛，包括光电开关、光电编码器、光电障碍物检测等。

3. 磁传感器：磁传感器主要利用磁敏效应，即材料在受到磁场作用时会产生电荷或电势变化的原理。

磁传感器常用于测量磁场强度、位置和方向等，如磁力计、地磁传感器等。

4. 生物传感器：生物传感器是一类针对生物分子或细胞等生物学特性进行检测和分析的传感器。

其原理可以包括免疫反应、酶反应、DNA杂交等，常见的应用有生物医学检测、环境监
测和食品安全等。

5. 气体传感器：气体传感器用于检测和测量空气中的气体成分。

常见的原理包括化学反应、电化学反应和光学吸收等。

这种传感器广泛应用于环境监测、工业生产和安全防护等领域。

以上只是一些新型传感器的原理及应用的简要介绍，随着科技的不断发展，还会有更多新型传感器出现，并应用在更多领域中。

这些传感器的原理和技术的发展将为人们生活和工作带来更多便利和创新。

责声明：本文档不代表或不用于确定用于特定用户应用产品的适用性或可靠性产品参数表说明书XUM9APSBL2光电传感器 小型 极化反射 5M PNP主要信息产品系列OsiSense XU 系列号一般用途，单一模式电子传感器类型光电传感器传感器名称XUM 传感器外形微型检测系统极化反射材料塑料输出信号类型离散输入类型直流接线技术3-线固态输出类型PNP固态输出功能 1 NO 或 1 NC 可编程电气连接电缆电缆长度 2 m发射Red LED polarised reflex 额定感应距离5 m with reflector 50 x 50 mm补充信息机柜材料PBT 透镜材料PMMA 输出类型固态导线绝缘材料PVCLED状态LED (绿色) 适用 稳定性LED (橙色) 适用 输出状态额定电源电压 [Us]12...24 V 直流 和 逆相保护电源电压范围10.2...26.4 V DC开关能力以 mA <= 100 mA (过载和短路保护)开关频率<= 500 Hz 压降<= 2 V电流消耗14 mA （无负荷)启动延迟< 100 ms响应延迟 1 ms复位延迟 1 ms设置灵敏度调节的按钮深度20 mm高度34 mm宽度11 mm产品重量0.063 kg环境产品认证ULCERCM运行温度-30...55 °C贮存环境温度-40...70 °C抗振动+/- 1.5 mm (f = 10...55 Hz) X、Y和Z每个方向上2 小时 符合 IEC 60068-2-6抗冲击500 m/s² （X, Y, Z directions for 10 cycles (approx. 100 min)) 符合 IEC 60068-2-27 IP 保护等级IP67 符合 IEC 60529尺寸图尺寸预接线版本描述尺寸(1)输出指示灯（橙色）(2)稳定性指示灯（绿色）(3)设置按钮(4)接收(5)发射连接和图解预接线(-)：BU（蓝色）(+)：BN（棕色）OUT/输出：BK（黑色）连接和图解PNPBN：棕色BU：蓝色BK：黑色安装和间隙拧紧扭矩(1)基座安装用固定支架性能曲线偏振反射系统(1)带 XUZC50 反光板(2)带 XUZC08 反光板（水平放置）(3)带 XUZC08 反光板（垂直放置）(y)平行移动（毫米）(x)距离（米）带水平放置的反光板(4)传感器(5)反光板带垂直放置的反光板(4)传感器(5)反光板。