光电式应用教学课件

汇报人：AA光电式应用2024-01-25目录光电式技术基本原理与特点光电式传感器在工业自动化领域应用光电式传感器在环境监测领域应用光电式传感器在生物医学领域应用光电式传感器在智能交通领域应用光电式传感器在其他领域应用拓展01光电式技术基本原理与特点Chapter光电效应及器件工作原理是指光照射到物质上，引起物质的电性质发生变化的现象。光电效应分为外光电效应和内光电效应两类。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等；在光线作用下，物体的导电性能发生变化的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。光电效应基于光电效应原理工作的器件称为光电式器件。它们能将光信号转换为电信号，从而实现对光信号的检测、测量和控制。不同类型的光电式器件工作原理略有不同，但都是利用光电效应实现光信号与电信号之间的转换。器件工作原理光电式器件对光信号非常敏感，能够检测到微弱的光信号变化。高灵敏度光电式器件的响应速度非常快，能够实现对高频光信号的检测和处理。宽频带光电式技术优势与局限性光电式器件可以实现非接触式测量，对被测物体不会造成损伤或污染。非接触式测量光电式技术易于与计算机等数字系统接口，实现自动化测量和控制。易于实现自动化光电式技术优势与局限性环境光会对光电式器件的测量结果产生影响，需要采取相应措施进行消除或抑制。受环境光干扰对光源要求高温度影响为了获得准确的测量结果，需要选择合适的光源和相应的滤光片来消除杂散光的影响。温度变化会对光电式器件的性能产生影响，需要进行温度补偿或选择具有温度稳定性的器件。030201光电式技术优势与局限性利用外光电效应工作的器件，具有灵敏度高、响应速度快等优点，但体积较大、价格较高。在光电管的基础上增加了多级倍增电极，提高了灵敏度和响应速度，但价格更高。常见光电式器件类型及性能参数光电倍增管光电管光敏电阻利用内光电效应工作的器件，具有体积小、价格低等优点，但灵敏度相对较低。光敏二极管和三极管利用内光电效应工作的半导体器件，具有灵敏度高、响应速度快等优点，但需要外部电源供电。常见光电式器件类型及性能参数灵敏度反映器件对光信号的敏感程度，通常用输出信号与输入光功率之比来表示。响应速度反映器件对光信号变化的响应快慢程度，通常用响应时间或频率响应来表示。常见光电式器件类型及性能参数常见光电式器件类型及性能参数线性度反映器件输出信号与输入光功率之间的线性关系程度。稳定性反映器件在长时间工作过程中性能保持稳定的程度。02光电式传感器在工业自动化领域应用Chapter通过光电传感器检测生产线上物料的有无，确保生产流程的连续性。物料有无检测利用光电传感器对生产线上的物料进行计数，实现生产数量的统计和监控。物料计数检测物料是否完整，有无缺损或变形，保证产品质量。物料缺损检测生产线上物料检测与计数系统定位与地图构建利用光电传感器实现机器人的精确定位，并构建环境地图，辅助机器人进行路径规划和避障。环境感知通过光电传感器获取周围环境信息，如光照强度、颜色、距离等，为机器人提供导航依据。目标识别与跟踪通过图像处理技术识别特定目标，并利用光电传感器进行跟踪，实现机器人的自主导航和作业。机器人视觉导航与定位系统

工业自动化控制系统中的信号转换与处理模拟信号转换将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号，以满足不同控制系统之间的信号传输需求。数字信号处理对转换后的数字信号进行滤波、放大、整形等处理，提高信号的稳定性和可靠性。信号隔离与传输利用光电隔离技术实现信号在传输过程中的隔离和保护，防止干扰和噪声对控制系统的影响。03光电式传感器在环境监测领域应用Chapter散射法01利用颗粒物对光的散射作用，通过测量散射光强度来推算颗粒物浓度。这种方法适用于测量PM2.5、PM10等颗粒物。β射线法02将大气中的颗粒物收集到滤纸上，然后利用β射线照射滤纸，通过测量β射线的衰减量来推算颗粒物浓度。这种方法具有较高的准确性和稳定性。振荡微天平法03利用颗粒物在振荡微天平上的质量负载效应，通过测量振荡频率的变化来推算颗粒物浓度。这种方法具有较高的灵敏度和分辨率。大气质量监测中颗粒物浓度测量技术利用光在液体中的散射原理，通过测量散射光强度来推算浊度。常用的方法有透射法、散射法等。浊度测量利用光电比色原理，通过比较待测水样与标准色液的吸光度来推算色度。常用的方法有铂钴比色法、稀释倍数法等。色度测量光电式传感器还可用于测量水中的pH值、溶解氧、电导率等参数，这些参数的测量原理和方法各不相同，需要根据具体需求进行选择和设计。其他参数测量水质监测中浊度、色度等参数测量技术传声器将声音信号转换为电信号，常用的传声器有电容式、动圈式等。传声器的选择需要考虑其灵敏度、频率响应等特性。放大器对传声器输出的微弱电信号进行放大，以便于后续处理。放大器的设计需要考虑噪声、失真等因素。计权网络模拟人耳对声音的感知特性，对声音信号进行计权处理。常用的计权网络有A、B、C三种，其中A计权网络最接近人耳的感知特性。检波器将放大后的交流信号转换为直流信号，以便于后续显示和记录。常用的检波器有峰值检波器、均方根检波器等。01020304噪声污染监测中声级计设计原理04光电式传感器在生物医学领域应用Chapter123利用光学显微镜对生物组织进行高分辨率成像，可观察细胞结构和组织形态，为疾病诊断提供重要依据。光学显微镜成像结合激光扫描和共聚焦技术，实现生物组织三维高分辨率成像，用于研究细胞间相互作用和信号传导机制。激光共聚焦显微镜成像利用弱相干光干涉原理，对生物组织进行非侵入性、高分辨率层析成像，用于眼科、皮肤科等临床诊断。光学相干层析成像（OCT）生物组织成像技术及其在临床诊断价值光电容积脉搏波描记法（PPG）利用光电传感器检测皮肤表面的微血管充盈度变化，实现心率、血氧饱和度等生理参数的无创检测。近红外光谱技术通过测量近红外光在生物组织中的传播特性，实现血糖、血脂等生化指标的无创检测，具有无痛、快速等优点。超声检测技术利用超声波在生物组织中的反射、散射等特性，实现心脏、血管等器官结构和功能的无创检测，具有高分辨率、实时性等优点。生理参数无创检测技术发展趋势利用特异性荧光探针标记目标微生物的DNA或RNA，通过实时荧光定量PCR仪对微生物进行快速、灵敏的检测。荧光定量PCR技术利用某些微生物在特定条件下能够发光的特性，通过生物发光检测仪对微生物进行快速检测和鉴定。生物发光检测技术将微生物检测所需的试剂和样品集成到微流控芯片中，实现微生物的快速、高通量检测和分析。微流控芯片技术微生物快速检测方法及仪器设计思路05光电式传感器在智能交通领域应用Chapter03基于红外传感器的车辆识别和跟踪红外传感器能够感知物体的热量辐射，通过识别车辆的热源实现车辆识别和跟踪。01基于图像处理的车辆识别和跟踪利用摄像头捕捉交通场景，通过图像处理技术提取车辆特征，实现车辆识别和跟踪。02基于激光雷达的车辆识别和跟踪激光雷达能够精确测量距离和角度，通过点云数据处理实现车辆识别和跟踪。车辆识别和跟踪系统实现方法探讨基于地磁感应的交通流量统计在道路下方埋设地磁感应器，通过检测车辆经过时引起的磁场变化来统计交通流量。拥堵预警系统设计结合交通流量统计数据，建立拥堵预警模型，实时监测交通状况，并通过可视化界面向用户发出拥堵预警。基于视频分析的交通流量统计通过视频处理技术，对交通场景中的车辆进行计数和分类，实现交通流量的实时统计。道路交通流量统计和拥堵预警系统设计思路智能交通信号控制策略优化研究利用深度学习技术，对历史交通流量数据进行学习和预测，制定更加合理的信号配时方案。基于深度学习的信号控制策略根据实时交通流量数据，动态调整交通信号灯的配时方案，提高道路通行效率。基于实时交通流量的信号控制策略将交通信号灯控制看作一个多智能体协同问题，通过智能体之间的通信和协作，实现信号配时的全局优化。基于多智能体协同的信号控制策略06光电式传感器在其他领域应用拓展Chapter利用光电式温度传感器，实时监测室内温度变化，为智能家居系统提供准确数据。温度监测采用光电式湿度传感器，感知室内湿度水平，有助于系统调节室内环境。湿度监测通过光电式光照传感器，检测室内光线强弱，实现智能照明控制。光照强度监测智能家居系统中环境参数监测设备设计思路温度控制运用光电式温度传感器监测温室温度，配合自动调控系统，确保农作物生长环境的恒温。湿度调节通过光电式湿度传感器实时监测温室湿度，自动调控系统根据数据调整湿度，促进植物生长。光照补充利用光电式光照传感器检测温室内光照强度，不足时自动启动补光设备，保障光合作用进行。农业温