光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器
光学系统的基本模型
光发射机-> 光学信道一>光接收机
光学系统通常分为：主动式，被动式。

主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。

被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。

光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。

光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。

光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。

光电检测技术特点：
1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达
1m
2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。

3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质
4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。

5. 寿命长：光波是永不磨损的。

6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。

光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型
光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。

差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。

光电检测技术的发展趋势：
1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。

2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。

3. 非接触，快速在线测量。

4. 发展闭环控制的光电检测系统。

5. 向微空间或大空间三维技术发展。

6. 向人们无法触及的领域发展。

7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。

在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应
光电效应分为：外光电效应和内光电效应
光电导效应是一种内光电效应。

光电导效应也分为本征型和非本征型两类
光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获
得稳定的光电流需要一定能的时间。

弛豫现象也叫惰性。

光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。

其寿命很短因此相应的检测器响应速度更快。

光热效应：某些物质在受到光照射后，由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象。

光电检测器对辐射条件的不同，分为：光子检测器件和热点检测器件 热点检测器的特点：
1. 响应波长无选择性。

2. 响应慢 指标：
1. 响应度（灵敏度）:输出信号与输入辐射功率之
间关系的度量。

Sv=Vo/P 电压响应度 Si=l/P 电流响应度
2•线性度：光照特性输出信号与输入信号保持线性关系的程度。

3•工作温度：锗惨铜光电导器件在
4k 时有较高的信噪比。

影响长波限和峰值波长，会使响
应度和热噪比发生变化。

光电导效应：某些物质吸收光子能量后产生本征吸收或杂志吸收，
从而改变物质电导的现象。

光敏电阻的特点： 1. 光谱响应范围相当宽。

2. 工作电流大，可达毫安级别。

3. 所测的光电强度范围宽。

4. 灵敏度咼。

5. 无选择极性之分。

缺点：
1. 光电线性差.2•光电弛豫过程长.3.频率特性差
频率特性：光敏电阻的时间常数较大，所以其上限频率 f （上）低
光敏电阻的应用：1.火焰检测报警器.2.照相机电子快门.3 .照明灯的光电控制电路
利用光生伏特效应制造的光电敏感器件称为光生伏特器件。

光生伏特器件是少数的载流子导电的光电效应； 光电导效应是多数载流子导电的光电效应。

光电池是一种不需要外加偏置电压，就能将光能直接转换成电能的 PN 结光电器件。

光敏三极管的工作有两个过程：1.光电转换.2.光电流放大
光电三极管等效于一个光电二极管与一般三极管基极一集电极结的并联。

频率响应：光电三极管的响应时间比光电二极管要长得多。

改善频率响应：对于基极阴险的光电三极管，
则给以一定的照度的背景灯，使其工作于 线性
放大区，将获得较大的集电极电流
温度响应：光电二极管与光电三极管的暗电流和亮电流均随温度而变化 光电倍增管（PMP ）可用来测量辐射光谱在狭窄波长范围内的辐射功率。

发光二极管一一LED 激光二极管一一LD
发光二极管工作原理：由 P 型和N 型半导体组合成的二极管、 激光特性： 1.单色性2.方向性3.亮度性4.相干性
光子检测器件特点： 1. 响应波长有选择性 2. 响应快
光电耦合器件:将发光器件与光电接受器件组合成一体，制成的具有信号传输功能的器件、光电耦合器件的特点：
1. 具有电隔离功能
2. 信号传输是单向性的
3. 具有抗干扰和噪声的能力。

4. 响应速度快
5. 使用方便
6. 既具有耦合特性又具有隔离特性。

优点：具有体积小，寿命长，无触点，线性传输，隔离和抗干扰强等优点一维电位置敏感器件一一PSD 热敏电阻特点:
1. 温度系数大，灵敏度高，
2. 结构简单，体积小。

3. 电阻率高，热惯性小。

4. 不足之处是稳定性和互换性差热释电器件的特点：
1. 具有较宽的频率响应
2. 检测率高
3. 有较大面积均匀的敏感面，工作时可以不外接偏置电压
4. 受环境温度变化的影响小。

5. 强度和可靠性比其他热检测器好，制造比较简单。

比较：
动态效应方面（频率响应和时间响应）：光电倍增管，光电二极管
光电特性方面（线性）：光电倍增管，光电二极管，光电池
灵敏度：光电倍增管，光电三极管
稳定性：光电二极管，光电池
光电检测电路的设计要求：
1. 灵敏的光电装换能力
2. 快速的动态响应能力
3. 最佳的信号检测能力
4. 长期工作的稳定性和可靠性
激光测距仪：有激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接受目标放射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返经过的时间按来算出目标的距离。

图!!
外差原理示意图：光外差检测特性：
1. 可获得全部信息
2. 装换增益高
3. 良好的滤波特性
4. 信噪比损失小
5. 最小可检测功率
滤波性能：如果取差额信号宽度(Wl-Ws ) /2n为信号处理器的通频带△ f,那么只有与本机震荡光束混频后在此频带内的杂光可以进入系统，其他杂光所形成的噪声均被信号处理器滤掉。

最小检测功率：增大本征光功率可以克服由信号引起的噪声以外的所有其他噪声, 但不是越
大越好。

光外差检测的等效噪声功率(灵敏度) NEP=h v △ f/ n
对于直接检测系统来说,量子极限所描述的结果是无法实现的
影响光外差检测灵敏度的因素：
1. 光外差的空间条件：sin 0 <<入/ n l
为降低光外差检测对空间准直条件的要求,用聚焦透镜
2. 光外差的频率条件：选用单纵模运转的激光器作为光外差检测的光源。

采用专门措施稳定信号光和本征光的频
率。

光外差检测系统举例：干涉测量技术：L=N*入/2
光纤传感器的应用：位移,震动,转动,压力,速度,加速度,温度,湿度,浓度,电流, 电压,磁场,声场。

数值孔径NA= V( n12-n22) 它是衡量光纤集光性能的主要参数。

光纤的种类：
1. 按制作材料分：高纯度石英玻璃纤维,多组分玻璃光纤,塑料光纤
2. 按传输模式分：单模光纤,多模光纤。

3. 按光纤折射率的径向分布分：阶跃光纤,梯度光纤
微型计算机所能识别的是数字“ 0“和” 1“ 即高或低电平光电信号的二值处理：将光电信号转换为0,1 数字量的过程
微弱光信号检测技术：锁相放大器,取样积分器,光子计数器
锁相放大器;相敏检波器也称为开关混频器
锁相放大器包括四个环节：
1. 通过调制或斩光,零频范围转移到高频范围
2. 对有用信号进行频率放大。

3. 在相敏检波器中对信号解调
4. 通过低通滤波器对检波信号进行低通滤波
锁相放大器的特点：
1. 要求对入射光束惊醒斩光或光源调制。

2. 是极窄带高增益放大器
3. 是交流信号-直流信号变换器
4. 可以补偿检测光中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声。

光子计数器：利用光电倍增管能检测单个光子能量的功能。