光电传感器调研报告前言：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。

由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。

这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。

一、理论基础——光电效应光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。

光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。

根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝*10-34 J/HZ)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。

假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。

根据能量守恒定律：式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。

由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。

由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。

相应的波长为式中，c为光速，A为逸出功。

当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。

它属于内光电效应。

当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则电子从价带跃迁到导带，形成电子，同时，价带留下相应的空穴。

电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。

除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著，根据光导效应制造的光电元件有固有入射光频率，当光照在光电阻上，其导电性增强，电阻值下降。

光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。

半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应，据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。

二、光电传感器原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如图6，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器一般由三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维，三角反射板是结构牢固的发射装置。

它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。

它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

光敏二极管是最常见的光传感器。

光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（＜µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。

在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。

光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。

光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。

为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。

工作时集电结反偏，发射结正偏。

在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。

三、光电传感器代表生产代表生产商：新光电子株式会社创立于1974年，专业致力于光电传感器、发光受光元器件等光电半导体的研发、生产和销售。

新光电子经过38年的发展和壮大，积累了丰富的专业技术经验，取得业界和广大客户的一致认可。

现公司已经拥有一大批经验丰富的光学电子专业人才；拥有1000多㎡的无尘车间和先进的研发、生产和检验设备。

并在广东省珠海市设立独资子公司：珠海日嘉新光电子有限公司。

为确保每个产品的品质，完全实施日系管理模式，执行特有的禁止返修工艺。

新光电子产品广泛应用在金融设备，交通设备，医疗设备，OA设备，游戏机，自动化等行业设备。

部分应用机器设备：金融金钱机器：ATM,自动取款机，自动存取款一体机，自动售货机，各种自助终端设备等。

交通机器：地铁、高铁、铁路等的票务机器设备，自动售票机，自动检票机，站台安全门等。

游戏机：推币机，玛丽机，嘉年华，投币器，退币器等。

办公机器：条码打印机，传真机，复印机，打印机等。

型号：KI,KB,KR,KP,KA等系列种类：光电封装形式：防尘，PCB直插，连接头，软线等形式感性距离：1mm~2000mm技术参数查询：品牌：SHINKOH ELECS输出信号：模拟型，数字型（施密特电路），抗干扰型等四．传感器指标技术指标：传感器具有防水、抗凝、精确度高、稳定性好、寿命长、适合野外使用等优良性能。

数据采集终端使用嵌入式操作系统及无线通信收发模块集成，采用模块化设计易扩展，适应多种类型传感器，可以定时休眠和唤醒，可同时滚存数百组数据。

信息数据传输采用频传输协议完成区域自动智能组网传输，采用GPRS完成超远距传输和互联网对接传输。

能源配置有电池、太阳能和电网等多种能源支持方式。

管理接收主控具有USB口或串口接收环境信息数据，可以扩展终端机和传感器，可以增加和修改传感器公式，可以支持多品种传感器，具有网络接口可以进行互联网应用，可以数据导出，有显示接口可以接液晶显示屏，有硬盘扩展接口可以增加存储容量，有大型数据库系统可以存储和管理大流量数据。

智能控制器采用模块化设计，具有与主控数据交互功能，能完成多通道、多类型设备的管理和控制，具有人机交互功能，能完成人工控制管理，具有安全工作保障功能，使用嵌入式软件完成可选、可修订的多阶段控制系统。

性能指标：1.灵敏度：指沿着传感器测量轴方向对单位振动量输入x 可获得的电压信号输出值u，即s=u/x。

与灵敏度相关的一个指标是分辨率，这是指输出电压变化量△u 可加辨认的最小机械振动输入变化量△x 的大小为了测量出微小的振动变化，传感器应有较高的灵敏度。

2.使用频率范围：指灵敏度随频率而变化的量值不超出给定误差的频率区间。

其两端分别为频率下限和上限。

为了测量静态机械量，传感器应具有零频率响应特性。

传感器的使用频率范围，除和传感器本身的频率响应特性有关外，还和传感器安装条件有关（主要影响频率上限）。

3.动态范围：动态范围即可测量的量程，是指灵敏度随幅值的变化量不超出给定误差限的输入机械量的幅值范围。

在此范围内，输出电压和机械输入量成正比，所以也称为线性范围。

动态范围一般不用绝对量数值表示，而用分贝做单位，这是因为被测振值变化幅度过大的缘故，以分贝级表示使用更方便一些。

4.相移：指输入简谐振动时，输出同频电压信号相对输入量的相位滞后量。

相移的存在有可能使输出的合成波形产生崎变，为避免输出失真，要求相移值为零或Π，或者随频率成正比变化。

五、光电元件根据外光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。

1.光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，光它的外形和结构如图1所示，半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。

当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。

这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，如图2所示。

在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。

此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。

在图2所示的电路中，电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系，从而实现光电转换。

当光线照射到光电阴极K 上时，电子从阴极表面逸出，并被光电阳极的正电厂吸收，外电路产生电流I ，在负载电阻 上的电压光电管的光电特性如图 3 所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。

2. 4从图中可以看到光电倍增管也有一个阴极K 和一个阳极A ，与光电管不同的是在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，D1、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10～15级。

光电倍增管工作时，相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高，阳极电位最高。

当入射光照射阴极K 时，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1 ，引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电子， D1发射出的二次电子又被D1、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。

若倍增电极有n 级，各级的倍增率为σ ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN ，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。

在输出电流小于1mA 的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。

光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。

3、光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。