(传感器与检测技术课件)第七章光电传感器

传感器与检测技术课件第七章光电传感器光电传感器概述光源与光电器件光电转换原理及电路光电传感器的应用实例光电传感器的性能评价实验与课程设计光电传感器概述01光电传感器是一种将光信号转换为电信号的器件，利用光电效应实现对光信号的检测。定义根据光电转换原理的不同，光电传感器可分为光电导型、光电伏打型、光电发射型等。分类定义与分类光电传感器通过接收光信号并转换为电信号，再经过放大和处理后输出，从而实现对光信号的检测。具有非接触式测量、响应速度快、精度高、可靠性好等优点，广泛应用于自动化控制、测量和检测等领域。工作原理及特点特点工作原理应用领域光电传感器在工业自动化、机器人、航空航天、环境监测等领域有广泛应用，如自动门控制、生产线自动化、机器人视觉等。发展趋势随着科技的不断发展，光电传感器将朝着微型化、智能化、多功能化等方向发展，同时新型光电材料和器件的研究也将推动光电传感器的进一步发展。应用领域与发展趋势光源与光电器件02气体放电光源利用气体放电产生可见光，如荧光灯、高压汞灯等。具有发光效率高、寿命长、光色好等优点。固体发光光源利用固体发光材料在电场作用下发光，如LED、OLED等。具有体积小、重量轻、响应速度快、发光效率高、寿命长等特点。热辐射光源利用物体加热到高温后辐射出可见光，如白炽灯、卤钨灯等。具有连续光谱、显色性好、光谱范围宽等特点。光源类型及特性光电管光电倍增管光敏电阻光电池光电器件类型及特性利用外光电效应制成的光电器件，具有灵敏度高、响应速度快等优点，但体积较大、价格较高。利用内光电效应制成的光电器件，具有体积小、价格低等优点，但灵敏度较低、响应速度较慢。在光电管的基础上增加了倍增系统，提高了灵敏度，降低了噪声，但价格更高。利用光伏效应制成的光电器件，可将光能直接转换为电能，具有无需外加电源、长期稳定性好等优点。根据测量对象、测量环境和测量精度等要求选择合适的光源类型。根据测量需求选择光源类型根据测量需求选择合适的光电器件类型，如需要高灵敏度时可选用光电管或光电倍增管。根据光电器件特性选择器件类型在选择光源和光电器件时要考虑它们的匹配性，包括光谱匹配、光强匹配和角度匹配等。考虑光源与光电器件的匹配性在选择光源和光电器件时要考虑环境因素如温度、湿度等对测量的影响，选择稳定性好的器件和采取相应的防护措施。考虑环境因素对测量的影响光源与光电器件的选用原则光电转换原理及电路03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。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。外光电效应在光线作用下，物体的电阻率发生改变的现象。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。内光电效应在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的光电器件有光电池、光电二极管、光电三极管等。光生伏特效应光电效应原理光敏电阻电路01利用光敏电阻阻值随光照强度变化而变化的特性，将光照强度变化转换为电信号变化。具有简单、易制作、成本低等优点，但受温度影响较大。光电二极管电路02利用光电二极管在光照条件下产生电流的特性，将光信号转换为电信号。具有灵敏度高、响应速度快、线性度好等优点，但需要外加电源。光电三极管电路03利用光电三极管在光照条件下控制基极电流，从而控制集电极电流的特性，将光信号转换为电信号。具有放大功能，可提高输出信号的幅度和稳定性，但需要合理的偏置电路。光电转换电路类型及特点123包括光敏电阻、运算放大器等组成的基本电路，用于将光照强度变化转换为电压或电流信号变化。基本光敏电阻电路包括光电二极管、放大器等组成的电路，用于将微弱的光电流信号放大为可用的电压或电流信号。光电二极管放大电路包括光电三极管、电阻、电容等组成的电路，用于实现光控开关功能，如自动门控制、照明控制等。光电三极管开关电路典型光电转换电路分析光电传感器的应用实例04利用光电传感器测量物体之间的距离，具有高精度、非接触式测量的特点。光电测距光电测速光电液位检测通过测量物体通过光电传感器时的遮光时间，计算物体的速度。利用光电传感器检测液体的存在和液位高度，常用于工业自动化和过程控制中。030201测量与检测系统中的应用利用光电传感器实现自动开关控制，如自动门、自动照明等。光电开关通过光电传感器检测物体的位置，实现自动定位控制，如自动装配线、自动焊接等。光电定位利用光电传感器对通过的物体进行计数，实现自动计数控制，如自动包装机、自动生产线等。光电计数自动控制系统中的应用光电分析仪器利用光电传感器对物质成分进行分析，如光谱分析、色谱分析等。光电检测仪器利用光电传感器实现各种物理量的测量，如温度、压力、流量等。光电医疗设备利用光电传感器实现医疗诊断和治疗，如心电图机、血压计等。其他领域中的应用光电传感器的性能评价05稳定性传感器在长时间内保持其性能参数不变的能力。分辨率传感器能检测到的被测量的最小变化量，即输出量的最小变化值。重复性在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量时，传感器输出结果的一致性。灵敏度描述传感器对被测量变化的反应能力，通常表示为输出信号与输入信号之比。线性度描述传感器输出与输入之间线性关系的程度，用线性误差或非线性误差表示。性能指标及评价方法光源的稳定性、光谱分布、光强等直接影响光电传感器的性能。光源特性光路设计光电转换器件环境因素光路中透镜、反射镜等光学元件的质量和精度对传感器性能有重要影响。光电转换器件如光电二极管、光电三极管等的性能直接影响传感器的灵敏度和线性度。温度、湿度、气压等环境因素会对传感器性能产生影响。影响性能的因素分析选用高性能光源选择稳定性好、光谱分布合适、光强高的光源。优化光路设计提高光学元件的质量和精度，优化光路结构以降低光损失。选用高性能光电转换器件选择具有高灵敏度、低噪声、快速响应等优点的光电转换器件。采取环境补偿措施对传感器进行温度补偿、湿度补偿等，以减小环境因素对传感器性能的影响。提高性能的措施和方法实验与课程设计06熟悉光电传感器的应用学习光电传感器在测量、控制、自动化等领域的应用，如光控开关、光电编码器、光电测距等。培养实验技能和动手能力通过实验操作和数据分析，提高实验技能和动手能力，培养分析问题和解决问题的能力。掌握光电传感器的基本原理和工作方式通过实验了解光电效应、光敏电阻、光电二极管等光电转换器件的工作原理和特性。实验目的和要求根据实验要求搭建光电传感器实验系统，包括光源、光电转换器件、信号处理电路等部分。搭建实验系统对实验系统中的光电传感器进行光照强度、光敏电阻阻值、光电二极管电流等参数的测量，并记录实验数据。进行实验测量对实验数据进行处理和分析，得出光电传感器的性能参数和特性曲线，并与理论值进行比较。分析实验结果根据实验结果和分析，撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、数据记录、结果分析和结论等部分。完成实验报告实验内容和步骤设计一个基于光电传感器的应用系统根据课程要求，设计一个具有实际应用价值的光电传感器应用系统，如光控照明系统、光电报警器等。根据设计方案，完成系统的硬件设计、软件编程和调试等工作，制作出符合设计要求的光电传感器应用系统。对制作完成的光