光电式传感器 PPT课件

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03
按光谱响应
可以分为可见光型、红外线型、 紫外线型等类型，分别对应不同 的光谱响应范围。
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02
光电传感器的应用
光电传感器在工业自动化中的应用
总结词
光电传感器在工业自动化领域应用广泛，能够提高生产效率和产品质量。
详细描述
光电传感器可以检测物体的位置、速度、距离等参数，广泛应用于机器人、自 动化生产线、物流系统等领域。它们能够快速、准确地获取信息，提高生产效 率和产品质量，降低人工成本和误差率。
《光电传感器及应用》PPT 课件
目录
• 光电传感器概述 • 光电传感器的应用 • 光电传感器的技术发展 • 光电传感器的未来展望 • 结论
01
光电传感器概述
光电传感器定义
01
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03
光电传感器
是一种通过光信号转换为 电信号的方式，实现非接 触式检测的传感器。
光信号
包括可见光、红外线、紫 外线等不同波长的光线。
总结词
光电传感器将与其他技术进行融合，形成更加强大的传感器系统，拓展其应用领域。
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
光电传感器可以与微电子技术、通信技术、计算机技术等相结合，实现智能化、远程化和网络化的传感器系统， 提高信息获取和处理的能力。
光电传感器在物联网领域的应用前景
总结词
随着物联网的快速发展，光电传感器将在物联网领域发挥重要作用，为物联网提供更加精准、可靠的数据采集 和传输。
光电传感器在医疗领域的应用
总结词
光电传感器在医疗领域具有广泛的应用前景，能够提高医疗 设备的准确性和可靠性。
详细描述
光电传感器可以检测人体生理参数和医疗设备的工作状态， 如血压、血氧饱和度、心电图等。它们能够提高医疗设备的 准确性和可靠性，为医生诊断和治疗提供更加可靠的依据， 提高医疗质量和安全性。

第8章光电式传感器2
概述
➢ 光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转 换成电信号的一种传感器，具有这种功能的材料称 为光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器件种 类很多，如：
光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 光电耦合器 等等。 光电器件响应快、结构简单、而且有较高的可靠 性, 因此在计算机、自动检测、控制系统应用非常广 泛。
概述
料
光
位
电
自
鼠
动
标
控 制
电 梯 自 动 启 停
概述 光敏电阻
光电管 光敏二极管
光电池
概述
光电耦合器 光栅
光电开关 光纤
8.1 光电效应
光可以认为是由具有一定能量的粒子所组成，而每一个粒 子具有的能量E与其频率大小成正比，光照射就可看成是一 连串具有能量E的粒子轰击在物体上，物体吸收了这些能量 为E的粒子后产生的效应为光电效应。
光敏电阻结构及符号
8.2 光电器件 3.光敏电阻
光敏电阻光照特性 • 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值； • 有光照时，电阻值随光强增加而降低； • 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。 •光敏电阻主要参数 • 暗电阻——无光照时的电阻； • 暗电流——无光照时的电流； • 亮电阻、亮电流——受光照时的阻光值敏、电电阻流具；有光谱特性好、 • 光电流——亮电流与暗电流之差允称许光的电光流电。流大、灵敏度高、
2.0 3.0 4.0
入 射 光 波 长 /m
8.2 光电器件 3.光敏电阻——应用(测试电路)
例图： 硫化镉（CdS）0.3～0.8(μm) 硫化铅（PbS）1.0～3.5(μm) 锑化铟（InSb）1.0～7.3(μm)

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5.光电耦合器件
由发光元件（如发光二极管）和光电接 收元件合并使用，以光作为媒介传递信 号的光电器件。
发光元件通常是半导体的发光二极管， 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、 光敏三极管或光可控硅等。
根据其结构和用途不同，又可分为用于 实现电隔离的光电耦合器和用于检测有 无物体的光电开关。
表面有电子逸出，入射光的频率ν要大于 某一最低限度，否则当hν小于A时，不
管光通量有多大，都不可能有电子逸出，
这个最低限度的频率称为红限。当hν大 于A时，光通量越大，逸出的电子数目也 越多，光电流Iφ就越大。
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光电管符号及测量电路
光电管正常工作时，阳极电位高于阴极 电位。
在入射光频率大于“红限”的前提下， 当光电管阳极加上适当电压（几十伏） 时，从阴极表面逸出的电子被具有正电 压的阳极所吸引，在光电管中形成电流， 称为光电流。
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光电池和光谱特性曲线 1—硅光电池 2—硒光电池
硅光电池的光电特性 1—开路电压特性曲线 2—短路电流特性曲线
光电池的温度特性
光电池的频率特性
（3）短路电流的测量
光电池短路电流测量电路
Uo= -UR f = -I Rf
该电路的输出电压Uo与光电流I 成正比，从
而达到电流/电压转换关系。
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光电倍增管
光电倍增管是把微弱的光输入转换成电 子，并使电子获得倍增的电真空器件。
它有放大光电流的作用，灵敏度非常高， 信噪比大，线性好，多用于微光测量。 光电倍增管由两个主要部分构成：阴极 室和若干光电倍增极组成的二次发射倍 增系统

n
Ci 2i11
i1
（3）码盘转动中，CK变化时，所有Cj( j<K)应 同时变化。
二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘 制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只 要有—个码道提前或延后改变，就可能造成输 出的粗大误差。
消除粗大误差方法： 双读数头法，循环码代替二进制码 双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。 当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有 困难。
在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半 导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动， 进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。
图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生
若所转移的电荷通过外界得到，则其可以具备延时、 信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。
4.3 电荷耦合器件
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2 CCD图像传感器 4.3.3 图像传感器的应用
测量精度或控制精度等重要指标
硅光电池的温度特性(照度1000lx)
(5)稳定性
当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理 时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定
影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
4．1．6 光电式传感器的应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
光电池的短路电流
外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下 的电流值。
负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽
(3)频率响应
指输出电流随调制光频率变化的关系
硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换
(4)温度特性
开路电压和短路电流随温度变化的关系。 关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到

光电式传感器(131)幻灯片 PPT
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第8章 光电式传感器
• 光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转 换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电 信号。
8.2.3 光敏电阻
一、 光敏电阻的工作原理及结构 二、光敏电阻的主要参数 三、光敏电阻的基本特性
一、光敏电阻的工作原理及结构
原理：电阻器件，加直流偏压，无极性 无光照—电子-空穴对很少—电阻大(暗电阻)—电路中电流很小 有光照—电子-空穴对增多—导电性增强—电流迅速增加
光敏电阻演示
当光敏电阻受 到光照时，光生 电子—空穴对增 加，阻值减小， 电流增大。
控制精度等重要指标
硅光电池的温度特性(照度1000lx)
5. 稳定性
• 当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光 电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定
• 影响性能和寿命因素： 光电池的材料及制造工艺 使用环境条件
8．3 光电式传感器的应用
• 模拟式传感器 • 脉冲式传感器
8.2.4 光敏二极管和光敏晶体管
一、 工作原理和结构 二、 基本特性
一、工作原理和结构
结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态的
光
＋
－
NP
光敏二极管结构简图和符号
RL
E 光敏二极管接线图
光敏晶体管
与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信号转换为电 信号同时，又将信号电流加以放大。

3.光敏二极管的应用
1）光电路灯控制电路
2）光强测量电路
二. 光敏三级管 光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的光电 流大几十至几百倍，但相应速度较二极管差。 1.工作原理与结构
基极开路，集电极与发射极之间加正电压。当光照射在集电 结上时, 在结附近产生电子-空穴对, 电子在结电场的作用下， 由P区向N区运动，形成基极电流，放大β倍形成集电极电流 （光电流）, 所以光电三极管有放大作用。
2.光敏三极管的基本特性
1）光谱特性与伏安特性 光谱特性与二极管相同， 伏安特性如图。
2）温度特性与光照特 性 温度特性与光敏二极管
相同，光照特性如图
3.光敏三极管的应用
1.脉冲编码器
2.转速传感器
7.2 CCD图像传感器
固态图像传感器按其结构可分为三类：电荷 耦合器件（简称CCD）、MOS图像传感器 （简称SSPA）和电荷注入器件（简称CID）。 目前，前两种用得较多。广泛用于图像传输 与识别。例如，摄像机、数码照相机、扫描 仪、复印机和机器人的眼睛等。 在本节中仅说明CCD图像传感器的工作原理 与特性
1 fm 2 f0
3.暗电流
暗电流起因于热激发产生的电子－空穴 对，是缺陷产生的主要原因。CCD器件 暗电流越小越好。
4.灵敏度
图象传感器的灵敏度是指单位发射照度下，单 位时间、单位面积发射的电量，即
S Nsq HAt
式 中 ： H为 光 像 的 发 射 照 度 A为 单 位 面 积 Ns为t 时间内上能收集的子载数流 q为 电 数 ， 单 位m为A／W
2）光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产 生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基 于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。

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光电倍增管的类型
29
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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五、光电池
光电池是根据光生伏特效应工作的。是
一种自发式的光电元件，它受到光照射时能 产生一定方向的电动势，只要接通外电路， 便有电流通过。应用最广泛的是硅光电池。
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光电池的外形
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光电池既可以作为电源，又可以作为光 电检测器件，作为电源使用的光电池，主要 是直接把太阳的辐射能转换为电能，成为太 阳电池。太阳电池不需要燃料，没有运动部 件，也不排放气体，具有重量轻、性能稳定、 光电转换率高、使用寿命长、不产生污染等 优点，在航天技术、气象观测、工农业生产 乃至人们的日常生活等方面都得到广泛的应 用。
两种，它们都是根据光电导效应工作的。与
光敏电阻器相比，光敏晶体管具有灵敏度高、 高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便 等优。
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1、光敏二极管
将光敏二极管的PN 结设 置在透明管壳顶部的正下方， 光照射到光敏二极管的PN结 时，电子-空穴对数量增加， 光电流与照度成正比。
光敏二极管把光信号转换 为电信号。
2、内光电效应
.
光照射在半导体材料时，激发出光生电子—空穴对，
从而使半导体材料产生分为两种
1）光电导效应——光照射使材料的电阻率变化的现
象。
根据该效应工作的器件有光敏电阻和光敏二极管与三
极管。
2）光生伏特效应——光照引起半导体PN结两端产生
电动势的现象。
5
根据该效应工作的光电器件有光电池。
12
.
PN结相关知识
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导 体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗） 基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。

热电阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于电阻随温度变化的原 理，常用于中低温测量。
集成温度传感器
将温敏元件、信号调理电 路等集成于一体，具有体 积小、响应快等优点。
压力传感器
压阻式压力传感器
利用压阻效应将压力转换为电阻变化 ，具有灵敏度高、线性度好等特点。
压电式压力传感器
电容式压力传感器
通过测量电容变化来反映压力大小， 具有稳定性好、抗干扰能力强等优点 。
智能安防
02
利用红外传感器、门窗磁感应器等监测家庭安全状况，及时发
现异常情况并报警。
智能家电
03
传感器在智能家电中广泛应用，如温度传感器在空调中调节室
内温度，湿度传感器在加湿器中控制室内湿度等。
汽车电子领域应用
汽车安全系统
利用碰撞传感器、加速度传感器等监测车辆行驶状态，及时触发安 全气囊、安全带预紧器等安全装置，保障驾乘人员安全。
网络化
传感器具有数字接口和通信协议，可方便地与计 算机或网络进行连接和通信。
物联网应用
传感器作为物联网的感知层设备，广泛应用于智 能家居、智能交通、智能农业等领域。
多功能化与复合化趋势
多功能化
一个传感器可以同时检测多个参数，如温度、湿度、压力等，实 现一机多用。
复合化
将不同功能的传感器进行组合和封装，形成复合传感器，提高检测 效率和精度。
转换元件
将敏感元件输出的物理量 转换为电信号。
测量电路
将转换元件输出的电信号 进行放大、处理、转换， 以便于显示、记录、控制 和处理。
传感器信号转换过程
传感器接收被测量，通过敏感元件转换为相应的物理量 。
转换元件将物理量转换为电信号，如电压、电流或电阻 等。

（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
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。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
光电器件的输出信号电压VS与入射光功率PS之比， 即单位入射光功率作用下器件的输出信号电压：
K = V S / P S = V S / ( H A d )
光谱特性：描述光电器件的工作范围 某一种光电器件的灵敏度与入射波长的关系，称为 该光电器件的光谱特性 用不同辐射波长对某一器件的灵敏度描绘的曲线， 就是该器件的光谱特性曲线
型号
光谱响应 范围(A。)
最佳灵敏 度波长(A。 )
最小阴极 灵敏度 (uA/lm)
阳极工 作电压
(V)
暗电流 (A)
环境 温度 (℃)
GD-5 2000–6000 3800–4200
30
30
3×10-11 5-35
GD-6 6000–11000 7000–9000
10
30
8×10-11 5-35
GD-7 3000–8500 4500
数 =1/2f0
线性度
线性度是指光电器件的输出光电流（或电压）与 输入光功率成比例的程度和范围。
一般来说，在弱光照射时光电器件输出光电流都 能在较大范围内与输入光功率（光辐射强度）成 线性关系。强光时就趋于平方根关系
三、光电管和光电倍增管及其应用 （一）光电管 1. 结构和原理

2 应用情况
光电传感技术得到了广泛 应用，并且应用领域不断 扩展与深入。
3 展望和期望
随着技术的进一步发展， 我们期待光电传感技术能 够更好地服务于人类和社 会。
2 应用领域
工业自动化、智能交通、医疗卫生、军事安全、环境监测、新能源等领域都有光电传感 技术的应用。
光电传感器分类与特点
分类
• 光电开关 • 光电编码器 • 光纤传感器 • 光电传感器组合
特点
• 高精度、高灵敏度 • 反应速度快 • 非接触式检测 • 可适应不同光谱范围
应用
• 位置、速度、加速度等 物理参量的检测
光电传感器的工作原理
光电传感器是一种将光信号转换成电信号 的器件，包括光源与接收器，通过量子效 应实现对待检物体位置、形态、表面特征、 颜色等特征的感应和检测。
光电传感技术的应用案例
制造业
医疗健康
自动化流水线生产、机器人操作、 工业检测等。
光疗、医学成像、血糖检测等。
智能家居
照明控制、安防检测、人脸识别 等。
《光电传感技术》PPT课 件
光电传感技术是一种利用光电器件将光、电能相互转换并实现信号变换的技 术。本课程将为您全面介绍光电传感技术的应用和原理。
什么是光电传感技术？
1 定义
光电传感技术是利用光电器件实现物理量（如位置、角度、压力等）的非接触式、自动 化感应与检测，以及相应信息的采集、处理和输出的技术。
未来展望
未来发展趋势
小型化、高精度化、多功能化、多模式化、网 络化和智能化的方向发展。
未来的应用前景
在5G、物联网等新兴技术的推进下，光电传感 技术将在工业、智能交通、医疗卫生、智能家 居领域发挥更加重要的作用。