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传感与检测技术传感器原理光电式
2024-01-31
目录
CONTENTS
传感器概述
光电式传感器基本原理
光电式传感器类型与应用
光电式传感器性能指标与评价方法
光电式传感器实验设计与操作指南
光电式传感器在物联网中应用前景展望
01
传感器概述
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器定义
传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来，而其应用之广泛，几乎渗透到了各个领域。
传感器作用
传感器分类
传感器按照不同的工作原理、用途和输出信号等可以分为多种类型，如光电式传感器、电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、热电偶传感器等。
传感器特点
不同类型的传感器具有不同的特点，如光电式传感器具有非接触、响应快、精度高等特点；电阻式传感器具有结构简单、成本低、稳定性好等特点；电感式传感器具有灵敏度高、线性度好、分辨率高等特点。
随着微电子技术和微机械加工技术的发展，传感器正朝着微型化方向发展，以满足各种微型设备的需求。
微型化
传感器与微处理器相结合，形成具有自动补偿、自动校准、自动诊断等功能的智能传感器，提高了传感器的性能和可靠性。
智能化
单一功能的传感器已经无法满足复杂环境的需求，因此多功能化是传感器发展的重要趋势之一。
多功能化
传感器与网络技术相结合，形成网络化传感器系统，可以实现远程监测、控制和数据传输等功能。
网络化
02
光电式传感器基本原理
外光电效应
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，如光电管、光电倍增管等。
内光电效应
在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生电动势的效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。
光生伏特效应
光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
光电式传感器是基于光电效应原理工作的，其核心部件是光电元件。
当光电元件受到光照时，其电学特性会发生变化，如电阻率、导电性能、电动势等。
通过测量这些电学特性的变化，可以间接测量出引起光照变化的被测量，如光强、光照度、位移、转速等。
VS
非接触测量、响应速度快、精度高、测量范围宽、抗干扰能力强、可靠性高等。
缺点
对工作环境要求较高（如温度、湿度、振动等）、易受光源和被测物体表面特性的影响等。同时，由于光电式传感器的工作原理是基于光电效应，因此其输出信号一般比较微弱，需要经过放大和处理后才能使用。此外，光电式传感器的成本也相对较高，需要专业人员进行安装和调试。
优点
03
光电式传感器类型与应用
03
应用领域
广泛应用于自动检测、自动控制和自动计数等领域，如物体有无检测、颜色判别、位置控制等。
01
工作原理
利用被检测物对光束的遮挡或反射，将光信号的变化转化为电信号进行输出。
02
主要类型
包括透射型、反射型和回归反射型等。
工作原理
通过光电转换将输入轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量进行输出。
主要类型
包括绝对式编码器和增量式编码器。
应用领域
主要用于测量转速、位移、角度等参数，广泛应用于机床、电机、雷达、航空航天等领域。
03
02
01
光纤传感器
利用光纤传输光信号，实现被测参数的变化转换为光信号的变化，再经光电转换电路转换为电信号进行输出。
光电色质传感器
利用物质对光的吸收或反射特性，通过光电转换测量物质的颜色、浓度等参数。
光电测距传感器
利用光的传播速度和时间差原理，测量被测物体与传感器之间的距离。
光电图像传感器
将图像信息转换为电信号进行输出，广泛应用于机器视觉、自动识别和智能控制等领域。
04
光电式传感器性能指标与评价方法
指传感器输出量变化与引起该变化的输入量变化之比，它反映了传感器对输入量变化的敏感程度。
指传感器能检测到的最小输入量变化，即传感器对输入量变化的分辨能力。
分辨率
灵敏度
稳定性
指传感器在长时间工作过程中，其性能保持不变的能力。包括零点稳定性、灵敏度稳定性和量程稳定性等。
可靠性
指传感器在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。它是衡量传感器质量的重要指标之一。
电磁干扰
传感器应能在电磁场干扰下正常工作，输出量变化应在允许范围内。
环境干扰
传感器应能在温度、湿度、振动等环境因素变化时，保持稳定的性能。
在实验室条件下，对传感器的各项性能指标进行测试和评价。
实验室测试
在实际使用环境中，对传感器的性能进行测试和评价，以验证其适用性和可靠性。
现场测试
根据实验室测试和现场测试的结果，对传感器的性能进行综合评价，确定其优劣等级。
综合评价
05
光电式传感器实验设计与操作指南
掌握光电
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