《光电式传感器》课件2.pptVIP

光电式传感器探测光信号并转换为电信号的器件

课程目标与内容理解光电效应基本原理掌握光电转换机制熟悉各类光电传感器结构分析不同类型工作特点掌握应用场景与选型方法

光电效应基础光能转化为电能物理学基础现象光子激发电子跃迁量子力学解释机制爱因斯坦光量子理论获得诺贝尔物理学奖

内光电效应与外光电效应内光电效应光子被材料吸收电子在材料内部移动产生导电性变化如：光敏电阻外光电效应光子使电子脱离材料表面产生光电子发射需要达到阈值能量如：光电管

光电转换原理光照射特定波长光子入射能量吸收半导体材料吸收光子能量电荷分离产生电子-空穴对电信号输出生成可测量电压或电流

光电传感器的组成部分光源LED、激光二极管等发光装置光敏元件光电二极管、光敏电阻等感光部件光学系统镜头、滤光片等光路控制装置信号处理电路放大、滤波等电子电路

光电传感器的分类按工作方式透射式、反射式、漫反射式按波长范围可见光、红外线、紫外线按用途分类位置、计数、测距、图像按工作原理光电导、光电伏特、光电发射

透射式光电传感器结构特点发射器与接收器分离安装被测物体穿过光路工作原理光束被物体阻挡时信号变化检测物体通过状态应用场景物体计数、位置检测尺寸测量、边缘检测

反射式光电传感器一体化结构发射器与接收器集成在同一侧反射机制利用反射板将光束反射回接收器检测距离通常比透射式短，但安装方便

漫反射式光电传感器直接检测物体无需反射板辅助利用漫反射原理物体表面将光散射回接收器适用多种材质可检测不同颜色和表面的物体

光纤式光电传感器光纤探头微小柔性探测末端主机部分包含光源和信号处理单元特殊环境应用可用于狭小空间和恶劣条件

光电传感器的特点非接触式检测无机械磨损，使用寿命长响应速度快可检测高速运动物体抗电磁干扰光信号传输不受电磁场影响精度高可实现微米级精确检测

光电传感器的优势工作可靠稳定适应各种工业环境检测范围广从几毫米到几十米体积小巧紧凑易于安装和集成成本相对低廉性价比高，维护简便

光电传感器的局限性1环境光干扰阳光等强光源影响检测精度2脏污敏感灰尘油污可能导致误检或失效3透明物体检测难玻璃等材料检测需特殊调整

光电传感器的性能指标检测距离有效工作范围与光源强度和接收灵敏度相关响应时间从感应到输出信号的时间影响高速应用可行性分辨率能区分的最小物体尺寸决定精细检测能力抗干扰性在复杂环境中的稳定性影响工作可靠性

响应时间与灵敏度响应时间(μs)灵敏度(mV/lux)

光电传感器的选择原则被测对象特性材质、尺寸、表面状态、颜色工作环境温度、湿度、光照、空间限制性能要求精度、速度、稳定性、抗干扰能力经济因素价格、维护成本、使用寿命

光电开关的工作原理光源发射LED发出调制光束光路状态变化物体遮挡或反射光束光电元件检测光电二极管接收光信号变化开关输出控制产生开关量信号

光电开关的应用场景

光电编码器概述角位移测量器件转动角度、速度、方向的精确检测基于光栅原理利用光信号的周期性变化精密机电一体化产品集光、机、电技术于一体

增量式光电编码器结构特点光栅盘上等间距透明与不透明条纹输出脉冲信号通常有A、B两相正交信号工作原理光通过旋转码盘产生脉冲计数脉冲确定位置相位差判断旋转方向

绝对式光电编码器多位数字编码码盘上有多条同心轨道，构成唯一位置码掉电不丢失位置每个位置对应唯一编码，无需归零格雷码设计相邻位置编码仅一位变化，提高可靠性

光电编码器的应用工业机器人各关节位置和速度控制精密机床进给系统位置反馈摄影器材镜头对焦和变焦控制汽车系统转向角度和车轮速度测量

CCD传感器原理光电转换光子激发硅基底产生电荷电荷存储在电势阱中积累电荷电荷转移像移动水桶接力传递电荷信号读出转换为电压信号并放大

CMOS传感器原理1像素级处理每个像素有独立放大器光电转换光敏二极管产生电荷并行读出结构行列寻址方式读取数据

CCD与CMOS传感器对比性能指标CCD传感器CMOS传感器图像质量较高中等（不断改进）功耗较高低集成度低高读出速度较慢快制造成本高低

图像传感器的应用智能手机高清图像捕捉机器视觉产品质量检测安防监控全天候监视

光电液位传感器工作原理利用光在不同介质中折射率差异检测液体是否存在结构特点棱镜式探头设计无可动部件，可靠性高应用场景流体容器溢出防护储罐液位监测

光电液位传感器的工作原理无液体状态光线在棱镜内全反射光电接收器接收到光信号输出低液位信号有液体状态液体改变折射条件光线从棱镜射出接收器无光信号输出高液位信号

光电液位传感器的应用

光电烟雾传感器散射原理基于光散射效应检测烟雾颗粒安全防护火灾早期预警关键设备广泛应用家庭、商业、工业场所必备

光电烟雾传感器的工作原理发射光束红外LED发射光线烟雾进入烟雾颗粒进入暗室光散射烟雾颗粒散射光线接收检测光电接收器检测散射光

光电烟雾传感器的应用家庭安全独立烟雾报警器建筑消防集成火灾报