光电传感技术

光

电

传

感技术光电传感器主要由发光元件、光学系统、光电接收元件和测量电路组成。光电接受元件主要有光敏电阻、光电池、光敏晶体管、固态成像器件、光栅、光导纤维等。光电传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反应快等优点，故广泛用于各种自动检测系统中。光电传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的装置，使用它测量非电量时，需要将这些非电量的变化转换成光信号的变化。1.1

常用光源1.2

光电效应及光电器件1.3光电开关及光电断续器

1.4光电传感器的应用1.5

光电编码器1.1

常用光源

自然界的一切物体在环境温度高于0K以上时都会产生光波辐射，光是波长约在100—0.01μm之间的电磁辐射，其光谱见图。紫蓝绿黄橙红380nm780nm

光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。由光的粒子说可知，光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为ν的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为

h——普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν——光的频率（单位s-1）。

光源（发光元件）1.白炽光源

用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通，一般白炽灯的辐射光谱是连续的。发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。

改良：卤钨灯---钨丝+卤素（碘）卤素+内壁钨→卤化钨→受热分解→钨→沉积到钨丝2.气体放电光源

定义：利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。

气体放电灯的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有关。通过改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。

光谱仪器中常用的光源有低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长为589nm，它们经常用作光电检测仪器的单色光源。如果光谱灯涂以荧光剂，由于光线与涂层材料的作用，荧光剂可以将气体放电谱线转化为更长的波长，目前荧光剂的选择范围很广，通过对荧光剂的选择可以使气体放电发出某一范围的波长，如，照明日光灯。

气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯1/2—1/3。3.发光二极管（LED—LightEmittingDiode）

由半导体PN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。

半导体中，由于空穴和电子的扩散，在PN结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。

电子和空穴复合，所释放的能量Eg等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）。所放出的光子能量用hν表示，h为普朗克常数，ν为光的频率。则普朗克常数h=6.6╳10-34J.s；光速c=3╳108m/s；Eg的单位为电子伏（eV），1eV=1.6╳10-19J。

hc=19.8×10-26m•W•s=12.4×10-7m•eV。可见光的波长λ近似地认为在7×10-7m以下，所以制作发光二极管的材料，其禁带宽度至少应大于hc/λ=1.8eV

普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为0.67eV和1.12eV，显然不能使用。

发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。图为砷磷化镓发光二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。U/V

I/mA

注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于5V，为了安全起见，使用时反向电压应在5V以下。-10-5012GaAsP(红)GaAsP(绿)

发光二极管的光谱特性如图所示。图中砷磷化镓的曲线有两根，这是因为其材质成分稍有差异而得到不同的峰值波长λp。除峰值波长λp决定发光颜色之外，峰的宽度（用Δλ描述）决定光的色彩纯度，Δλ越小，其光色越纯。0.20.40.60.81.006007008009001000GaAsPλp=670nmλp=655nmGaAsPλp=565nmGaPλp=950nmGaAs发光二极管的光谱特性λ/nm相对灵敏度4、激光器

激光是20世纪60年代出现的最重大科技成就之一，具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从0.24μm到远红外整个光频波段范围。激光器种类繁多，按工作物质分类：固体激光器（如红宝石激光器）气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器）半导体激光器（如砷化镓激光器）液体激光器（1）固体激光器

典型实例是红宝石激光器，是1960年人类发明的第一台激光器。它的工作物质是固体。种类：红宝石激光器、掺钕的钇铝榴石激光器（简称YAG激光器）和钕玻璃激光器等。特点：小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，已达到几十太瓦。固体激光器在光谱吸收测量方面有一些应用。利用阿波罗登月留下的反射镜，红宝石激光器还曾成功地用于地球到月球的距离测量。（2）气体激光器

工作物质是气体。种类：各种原子、离子、金属蒸汽、气体分子激光器。常用的有氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光器，以及二氧化碳激光器、准分子激光器等，其形状像普通的放电管一样，能连续工作，单色性好。它们的波长覆盖了从紫外到远红外的频谱区域。（3）半导体激光器

与前两种相比出现较晚，其成熟产品是砷化镓激光器。特点：效率高、体积小、重量轻、结构简单，适宜在飞机、军舰、坦克上应用以及步兵随身携带，如在飞机上作测距仪来瞄准敌机。其缺点是输出功率较小。目前半导体激光器可选择的波长主要局限在红光和红外区域。（4）液体激光器种类：无机液体激光器和有机染料激光器，其中较为重要的是有机染料激光器。它的最大特点是发出的激光波长可在一段范围内调节，而且效率也不会降低，因而它能起着其他激光器不能起的作用。

1.2

光电效应及光电器件1.2.1

光电效应1.2.2光电管1.2.3光电倍增管1.2.4光敏电阻1.2.5光敏二极管和光敏晶体管1.2.6光电池1.2.7光电耦合器件1.2

光电效应及光电器件

光电器件是构成光电式传感器最主要的部件。光电式传感器的工作原理如图2-1所示：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。图中x1表示被测量能直接引起光量变化的检测方式；x2表示被测量在光传播过程中调制光量的检测方式。

图2-1光电式传感器的工作原理1.2.1

光电效应光电效应可分为：外光电效应

光电导效应内光电效应光生伏特效应

定义：对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看作是一连串光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，这种物理现象称为光电效应。

光电器件工作的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。1．外光电效应

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，如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。

我们知道，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能力由下式确定：h——普朗克常数，6.626×10-34J·s；v——光的频率（单位s-1）

若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生电子发射。所以要使一个电子逸出，则光子能量hυ必须超出逸出功A0，超过部分的能量，表现为逸出电子的动能。即

（2-1）

式中：m－电子质量；v0－电子逸出速度。该方程称为爱因斯坦光电效应方程。

由式（2-1）可知：光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同物体具有不同的逸出功，这意味着每一个物体都有一个对应的光频阀值，成为红限频率或波长限。光线频率小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射。当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。光电子逸出物体表面具有初始动能，因此外光电效应器件，如光电管即使没有加阳极电压，也会有光电流产生。2．内光电效应

受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类：光电导效应和光生伏特效应。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，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。基于这种效应的器件有光敏电阻等。

当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光电导材料价带上的电子将被激发到导带上去，如图2-2所示：图2-2电子能级示意图

从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的导电率变大。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即：

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。基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。①势垒效应（结光电效应）接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。②侧向光电效应当半导体光电器件受光照不均匀时，由载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。

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，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。在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。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、光纤等等。光信号光电传感器电信号1.2.2光电管1．结构与工作原理

光电管是外光电效应的器件，

有真空光电管和充气光电管

两类。光电阴极通常是用逸出功小

的光敏材料徐敷在玻璃泡内

壁上做成，其感光面对准光图2-3光电管的结构

的照射孔。当光线照射到光敏材料上，便有电子逸出，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。

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。真空光电管和充气光电管的伏安特性分别如同2-4（a）和（b）所示。它是应用光电传感器参数的主要依据。图2-4光电管的伏安特性（2）光电管的光照特性

通常指当光电管的阳极和阴极之间的所加电压一定时，光通量和光电流之间的关系为光电管的光照特性。◆光电管阴极材料不同，其光照特性也不同。◆光照特性曲线的斜率（光电流与入射光通量之比）称为光电管的灵敏度。（3）光电管光谱特性◆一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率v0，因此它们可用于不同的光谱范围。◆即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率v0，并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。◆所以，对各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。1.2.3光电倍增管1．结构与原理◆光电倍增管也是基于

外光电效应的器件。

由于真空光电管的灵

敏度较低，因此人们

便研制了光电倍增管，

其工作原理如图2-5所

示。

图2-5光电倍增管的外型和工作原理2．主要参数（1）倍增系数M◆倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射电子δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都一样，则M=δin

，因此，阳极电流I为：◆M与所加电压有关，一般在105~108之间。如果电压有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极的电压为1000V－2500V，两个相邻的倍增电极的电压差为50V－100V。（2）阴极灵敏度和总灵敏度：一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。

图2-6光电倍增管的特性曲线

光电倍增管的放大倍数或总灵敏度如图2-6所示。极间电压越高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使阳极电流不稳。另外，由于光电倍增管的灵敏度很高，所以不能受强光照射，否则将会损坏。（3）光谱特性◆光电倍增管的光谱特性与相同材料光电管的光谱特性很相似。（4）暗电流及本底电流◆当管子不受光照，但极间加入电压时在阳极上会收集到电子，这时的电流称为暗电流，。◆如果光电倍增管与闪烁体放在一起，在完全避光情况下，出现的电流称本底电流，其值大于暗电流。增加的部分是宇宙射线对闪烁体的照射而使其激发，被激发的闪烁体照射在光电倍增管上而造成的。本底电流具有脉冲形式，因此也成为本底脉冲。1.2.4光敏电阻1．光敏电阻的结构与工作原理

◆光敏电阻又称光导管，是内光电效应器件，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻器以硫化镉制成，所以简称为CDS。◆光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

◆当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。◆图2-7为光敏电阻的原理

结构。

图2-7光敏电阻结构

2．光敏电阻的主要参数（1）暗电阻◆光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。（2）亮电阻◆光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流◆亮电流与暗电流之差称为光电流。3．光敏电阻的基本特性（1）伏安特性◆在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

图2-8硫化镉光敏电阻的伏安特性

图2-8为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关，而与电压、电流无关。

（2）光谱特性◆光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响应。图2-9为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的。

图8-9光敏电阻的光谱特性（3）光照特性◆光敏电阻的光照特性是光敏电阻的光电流与光强之间的关系，如图2-10所示。◆由于光敏电阻的光照

特性呈非线性，因此

不宜作为测量元件，

一般在自动控制系统

中常用作开关式光电

信号传感元件。

图2-10光敏电阻的光照特性（4）温度特性◆光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。◆温度变化影响光敏电

阻的光谱响应，尤其

是响应于红外区的硫

化铅光敏电阻受温度

影响更大。图2-11为

硫化铅光敏电阻的光

谱温度特性曲线。图2-11硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线

（5）光敏电阻的响应时间和频率特性◆实验证明，光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后，通常用时间常数t来描述，这叫做光电导的弛豫现象。所谓时间常数即为光敏电阻自停止光照起到电流下降到原来的63%所需的时间，因此，t越小，响应越迅速，但大多数光敏电阻的时间常数都较大，这是它的缺点之一。图2-12所示为硫化镉和硫化铅的光敏电阻的频率特性。图2-12光敏电阻的频率特性1.2.5光敏二极管和光敏晶体管1．结构原理◆光敏二极管的结

构与一般二极管

相似。它装在透图2-14光敏二极管的结构原理

明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图2–14左）。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图2-14右），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。◆图2-15为NPN型光

敏晶体管的结构简

图和基本电路。大

多数光敏晶体管的

基极无引出线，当

集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压；当光照射在集电结上时，就会在结附近产生电子-空穴对，从而形成光电流，相当于三极管的基极电流。由于基极电流的增加，因此集电极电流是光生电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。图8-15NPN型光敏晶体管结构简图和基本电路2．基本特性（1）光谱特性

◆光敏二极管和晶体管的光

谱特性曲线如图8-16所示。

从曲线可以看出，硅的峰

值波长约为0.9μm，锗的

峰值波长约为1.5μm，此图8-16光敏晶体（二极）管的光谱特性时灵敏度最大，而当入射光的波长增加或缩短时，相对灵敏度也下降。一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外光进行探测时，锗管较为适宜。（2）伏安特性◆图2-17为硅光敏

管在不同照度下

的伏安特性曲线。

从图中可见，光

敏晶体管的光电

流比相同管型的

二极管大上百倍。

图8-17硅光敏管的伏安特性（3）温度特性

◆光敏晶体管的

温度特性是指

其暗电流及光

电流与温度的

关系。光敏晶

体管的温度特

性曲线如图2-18所示。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大，所以在电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。图2-18光敏晶体管的温度特性图2-19光电池工作原理1.2.6光电池◆光电池是在光线照射下，

直接将光能转换为电能

的光电器件。光电池在

有光线作用下实质就是

电源，电路中有了这种

器件就不需要外加电源。光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”光敏面

在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对，光生电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。1．基本特性（1）光谱特性

◆光电池对不同波长的光的灵敏度

是不同的。图8-20为硅光电池和

硒光电池的光谱特性曲线。从图

中可知，不同材料的光电池，光

图8-20光电池的光谱特性谱

响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池在0.8μm附近，硒光电池在0.5μm附近。硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2μm，而硒光电池的范围只能为0.38~0.75μm。可见硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。（2）光照特性

◆光电池在不同光照度下，

光电流和光生电动势是

不同的，它们之间的关

系就是光照特性。图

8-21为硅光电池的开路

电压和短路电流与光照

的关系曲线。

图8-21硅光电池的光照特性（3）温度特性

◆光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。光电池的温度特性如图2-22所示。

图2-22硅光电池的温度特性（4）频率特性◆光电池的频率特性就是反

映光的交变频率和光电池

输出电流的关系，如图

8-23所示。从曲线可以看

出，硅光电池有很高的频

率响应，可用在高速计

数、有声电影等方面。这

就是硅光电池在所以光电

元件中最为突出的优点。图8-23光电池的频率特性1.2.7光电耦合器件◆光电耦合器件是由发光元件（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。光电耦合器中的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。图2-25光电耦合器组合形式1．光电耦合器◆光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内，一般有金属封装和塑料封装两种。耦合器常见的组合形式如图2-25所示。2．光电开关◆光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获

得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。

图2-26光电开关的结构◆图（a）是一种透射式的光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体位于或经过它们之间时，会阻断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，这样起到检测作用。图（b）是一种反射式的光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测物所在处。当有物体经过时，接收元件将接收到从物体表面反射的光，没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、高速、非接触，而且与TTL、MOS等电路容易结合。◆用光电开关检测物体时，大部分只要求其输出信号有“高-低”（1-0）之分即可。◆光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。1.3光电开关及光电断续器

从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。1.3.1光电开关的结构和分类

光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。反射型光电开关的发射器和接收器单侧安装，当有物体在光电开关面前通过时，红外光束被反射回来，接收器接收到红外线，而产生一个正脉冲信号。反射型光电开关的检测距离一般不超过1m，对暗色物体无法检测。光电开关外形1遮断式光电开关原理ObjectReceiver

遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器遮断型光电开关用于人体保护光电开关在流水线上的应用送料器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向罐装高度检测储料仓落料口遮断式光电开关（计数）光电开关在产品检验中的应用遮断型光电开关用于产品质量控制光幕

两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器

光幕应用

当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光线被遮断（报警）光幕应用

三维尺寸检测宽度测量长度测量高度测量

光幕应用木材外形截面积检测光幕应用孔的检测光幕应用纠偏

光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。2反射型光电开关

反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。

反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。定区域反射式光电开关原理

定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器于一身反射镜反射型光电开关工作原理反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。反射板反射镜被测物体偏振光发射光反射镜反射镜反射型光电开关的应用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。反射镜反射型光电开关的应用反射镜反射型检测有无物体通过反射镜反射型光电开关的应用摆放错误检测被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线

漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。额定距离智能化自学习型光电开关

常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。

智能化光电开关的自学习过程示意图阈值开关学习指示灯设定距离安装距离1.3.2光电断续器

光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的U字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。反射式光电

断续器

光电断续器广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外LED的正向压降约为1.1~1.3V，驱动电流控制在20mA以内。光电断续器外形光电断续器示意图

接收器发射器槽遮光报警光电断续器的应用透明簿膜透明物上的标记物检出

齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器的应用n1.4光电传感器的应用

1.4.1光源本身是被测物的应用实例

光的照度E的单位是lx（勒克斯），它是常用的光度学单位之一，它表示受照物体被照亮程度的物理量，可以用照度计来测量。光电池（外加柔光罩）1.红外线辐射温度计：

红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计外形

红外线辐射温度计用于食品温度测量在非接触体温测量中的应用耳温仪红外线辐射温度计用于人体额温测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用集成IC温度测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）温度采集系统比色式温度传感器温度非接触测量中的应用比色式温度传感器采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准,测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如:烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用

热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。热释电元件外形热释电传感器简介

热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等……

热释电传感器工作原理

热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。

菲涅尔透镜菲涅尔透镜热释电晶片菲涅尔透镜外形

传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离小于2m，而加上该透镜后，其检测距离可增加3倍以上。热释电套件热释电报警器菲涅尔透镜Φ5mm接插件热释电传感器应用

热释电传感器用于自动亮灯，当然也可以用于防盗热释电传感器的感应范围热释电传感器在智能空调中的应用

智能空调能检测出屋内是否有人，微处理器据此自动调节空调的出风量，以达到节能的目的。

空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。上下范围左右范围烟雾报警器

无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。

烟雾报警1.4.2被测物吸收光通量的应用实例1.4.3被测物体反射光通量的应用实例

在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。

当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。

1.反射式烟雾报警器

2.光电式转速表

光电式转速表属于反射式光电传感器，它可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速。

n=60(f/p

)

水泵转速测量3.色标传感器

色饱和图

色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。人眼