光电传感器综述
光电传感器综述[20200101170317]
传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志。可以说传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。本文简介光电传感器的工作原理，阐述了近几年高端前沿的光电传感器技术的主要研究状况及其应用情况，展望光电传感器技术的发展和应用前景。同时简述了利用光电传感器实验装置研究光电传感器的特点及其分析方法等。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:光电传感器,传感器技术,应用前景
目 录
1 引言1
2 光电传感器的发展现状1
2.1 光电传感器的发展历史1
2.2 国内外光电传感器的研究现状和发展方向2
2.2.1 国内外光电传感器的研究现状2
2.2.2 光电传感器的发展方向2
2.3 当代光电传感器技术的研究应用现状2
3 光电传感器的工作原理及数据分析3
3.1 光电传感器的组成及工作原理3
3.2外光电效应及器件4
3.2.1光电倍增管4
3.3内光电效应及器件5
3.3.1光敏电阻5
3.4光生伏特效应及器件7
3.4.1硅光电池8
3.4.2光电二极管9
3.4.3光电三极管10
3.5光电耦合器11
3.6发光二极管12
3.7 电荷耦合器件CCD 14
4 光电传感器技术的发展及其应用前景 15
4.1传感器技术性能改善的途径及其发展方向15
4.2 光电传感器技术的发展方向 16
4.3 光电传感器技术的应用前景 17
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
近几年来，传感器技术的发展非常迅速，它是现代尖端科技技术，跟通信技术、计算机技术一起构成了信息技术的三大支柱。在信息时代，因不同类型的系统它们的复杂性和自动化的提高，人们对信息量的需求也在越来越多，传感器技术已涉及多种领域。现代传感器技术具有巨大的应用潜力、开发空间和发展前景。
光电技术是一种将传统的光学技术、现代的微电子技术和计算机技术结合在一起的高科技技术，它能够提取光信息或借助光来获得一些物理量（如力、温度、位移、速度等）。光电传感器是通过光电元件把光信号转化为电信号的。它的主要组成部分有：光源、光学通路和光电元件。光电传感器精度高、响应快、非接触、性能可靠、分辨率高，并且能测量多种参数，体积小，结构简单，形式多样。广泛用于军事、通信、检测等领域。光电式传感器的种类非常丰富，其中半导体激光器件、光电管和光导纤维等应用比较广泛。本文介绍了光电传感器的发展历程和工作原理，简述了近几年高端前沿的光电传感器技术的主要研究应用情况，展望光电传感器技术的发展和应用前景，并根据我校实验室提供的光电传感器测量相关数据，对实验结果进行分析，深入了解光电传感器的特点和应用。随着现代社会的进步与发展，光电传感器作为一种重要的自动检测技术，必定会有着越来越广阔的发展前景，应用也将会越来越广泛。
2 光电传感器的发展现状
2．1 光电传感器的发展历史
1839年，贝克雷尔发现光生伏特效应的现象，即两个金属电极浸没于经光线的照射后电介液中，它们之间产生了电势差。1873年，梅伊和史密斯发现了硒的光电导效应的现象。1887年，赫兹发现了外光电效应的现象，这类器件有光电管和光电倍增管，它们曾在50～60年代被广泛应用，至今某些场合仍然使用着。1919年，凯斯获得硫化铊光导探测器的专利权。而半导体光敏元件是随着半导体技术的发展才迅速发展起来的。在这一时期，各种光电材料都被全面研究和广泛应用。它们的结构有三种，分别是单晶薄膜、多晶薄膜和非晶薄膜。成分也有三种，分别是元素半导体、化合物半导体和多元混晶。硅和碲镉汞就是其中最重要的两种。在近红外到紫外波段，硅是制造光电器件的优良材料；碲镉汞是优良的红外光敏材料。通过研究，又发展了如光敏电阻、光电二极管、光电三极管、雪崩光电二极管、电荷耦合器等多种光电器件，它们适用于不同的场合。随着薄膜、平面工艺以及大规模集成电路技术的发展，光电传感器的制造技术已达到很高的水平，大大降低了产品的成本。
2．2 国内外光电传感器的研究现状及发展方向
2.2.1 国内外光电传感器的研究现状
光电传感器的应用十分广泛，其研究和发展引起了人们的高度重视，各国竞相研究。光电传感器最初应用于军事，渐渐发展到与人类生活息息相关的民事，如复印机、扫描仪、液晶显示器、分光计、汽车和医疗诊断仪器等，都可以找到光电传感器的身影。由此可见，现代生活已经越来越离不开光电传感器的介入。
美国在军事和民用领域对光电传感器的应用发展非常迅速。在军事上，他们研发了用于水下探测、航空监测、核辐射检测等方面的光电传感器技术和仪器。在民事应用方面，研究和开发的项目主要是：通过光电传感器来监测电力系统的电流和温度等重要参数等。日本和西欧各国也高度重视光电传感器的研究与开发应用[1]。在20 世纪90 年代，日本研究出了一批高水平的光电传感器。如弧焊机器人、点焊机器人等，为金属制造业的发展做出了很大的贡献。目前，日本的索尼（SONY)、东芝、松下、NEC等公司的CCD图像传感器发展的极快。西欧各国也对光电传感器进行了研究开发。如20世纪后期，英国、荷兰、德国纷纷研制成功CCD器件。目前，德国的耳廓狐装甲侦察车在军事上被广泛使用；英国的车载光电侦察目标二代红外热成像与非制冷探测器技术也被广泛运用[1]。
我国对光电传感器研究主要是在光电温度传感器、液位计、压力表、流量计、电流表等领域，并且还取得了研究成果，有的已达到世界的先进水平。但跟发达国家的研究水平相比，我国在商品化和产业化方面还有着一定的差距。因为大部分产品还在实验研制中，没有正式投入使用和工业实际。
2.2.2 光电传感器的发展方向
由于光电传感器及其相关技术的迅速发展，它的重要性也在不断提高。目前，光电传感器的主要研究方向是：（1）用途多。即一种光电传感器能够同时测量多种物理量；（2）开发新型材料及传感技术；（3）在恶劣条件下低成本传感器的开发和应用；（4）发展微光学技术[1]。
2．3 当代光电传感器技术的研究现状及应用情况
目前，光电传感器在科研领域的应用很广，影响力很大。当今传感器市场的主流就是基于光电传感器技术原理研究和开发出的新型光电传感器。
在国外，光电传感器技术在军事、航空航天、检测事故及其城市交通等方面被广泛地应用。军事上，激光制导技术能大大提高导弹发射和命中目标的的精度；在航空航天领域，美国研发的新型红外测温传感器，在恶劣环境中还可以高精度测出运行中飞行器的各部分温度；在城市交通管理上，使用电子红外光电传感器检测路段事故和排解故障；在交通安全方面，汽车上安装新型光电传感器，比如红外夜视装置、激光防撞雷达等等，可以大大提高了交通安全系数[2]。
目前，我国在军事领域，具有光电传感器技术的科技配置得到了广泛地应用。比如紫外告警系统，它能够实时进行导弹威胁告警。紫外探测器是紫外告警系统技术的关键，它的主要特性是绝对光谱灵敏度。目前紫外告警系统的探测器是紫外光电倍增管探测器和以多元或面阵器件为核心的紫外探测器这两种[3]。在民事领域，路灯的控制、烟雾报警器等都是基于光电传感器的原理而设计的。
3 光电传感器的工作原理及数据分析
3．1 光电传感器的组成及工作原理
光电式传感器的测量介质是光、转换器件是光电元件，它的优点是非接触、反应速度快、可靠性好。光电式传感器的直接被测量就是光本身，即可以测量光的有无，也可以测量光强的变化。如图1所示，光电式传感器的主要组成有光源、光通路、光电元件和测量电路[4]。
传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志。可以说传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。本文简介光电传感器的工作原理，阐述了近几年高端前沿的光电传感器技术的主要研究状况及其应用情况，展望光电传感器技术的发展和应用前景。同时简述了利用光电传感器实验装置研究光电传感器的特点及其分析方法等。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:光电传感器,传感器技术,应用前景
目 录
1 引言1
2 光电传感器的发展现状1
2.1 光电传感器的发展历史1
2.2 国内外光电传感器的研究现状和发展方向2
2.2.1 国内外光电传感器的研究现状2
2.2.2 光电传感器的发展方向2
2.3 当代光电传感器技术的研究应用现状2
3 光电传感器的工作原理及数据分析3
3.1 光电传感器的组成及工作原理3
3.2外光电效应及器件4
3.2.1光电倍增管4
3.3内光电效应及器件5
3.3.1光敏电阻5
3.4光生伏特效应及器件7
3.4.1硅光电池8
3.4.2光电二极管9
3.4.3光电三极管10
3.5光电耦合器11
3.6发光二极管12
3.7 电荷耦合器件CCD 14
4 光电传感器技术的发展及其应用前景 15
4.1传感器技术性能改善的途径及其发展方向15
4.2 光电传感器技术的发展方向 16
4.3 光电传感器技术的应用前景 17
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
近几年来，传感器技术的发展非常迅速，它是现代尖端科技技术，跟通信技术、计算机技术一起构成了信息技术的三大支柱。在信息时代，因不同类型的系统它们的复杂性和自动化的提高，人们对信息量的需求也在越来越多，传感器技术已涉及多种领域。现代传感器技术具有巨大的应用潜力、开发空间和发展前景。
光电技术是一种将传统的光学技术、现代的微电子技术和计算机技术结合在一起的高科技技术，它能够提取光信息或借助光来获得一些物理量（如力、温度、位移、速度等）。光电传感器是通过光电元件把光信号转化为电信号的。它的主要组成部分有：光源、光学通路和光电元件。光电传感器精度高、响应快、非接触、性能可靠、分辨率高，并且能测量多种参数，体积小，结构简单，形式多样。广泛用于军事、通信、检测等领域。光电式传感器的种类非常丰富，其中半导体激光器件、光电管和光导纤维等应用比较广泛。本文介绍了光电传感器的发展历程和工作原理，简述了近几年高端前沿的光电传感器技术的主要研究应用情况，展望光电传感器技术的发展和应用前景，并根据我校实验室提供的光电传感器测量相关数据，对实验结果进行分析，深入了解光电传感器的特点和应用。随着现代社会的进步与发展，光电传感器作为一种重要的自动检测技术，必定会有着越来越广阔的发展前景，应用也将会越来越广泛。
2 光电传感器的发展现状
2．1 光电传感器的发展历史
1839年，贝克雷尔发现光生伏特效应的现象，即两个金属电极浸没于经光线的照射后电介液中，它们之间产生了电势差。1873年，梅伊和史密斯发现了硒的光电导效应的现象。1887年，赫兹发现了外光电效应的现象，这类器件有光电管和光电倍增管，它们曾在50～60年代被广泛应用，至今某些场合仍然使用着。1919年，凯斯获得硫化铊光导探测器的专利权。而半导体光敏元件是随着半导体技术的发展才迅速发展起来的。在这一时期，各种光电材料都被全面研究和广泛应用。它们的结构有三种，分别是单晶薄膜、多晶薄膜和非晶薄膜。成分也有三种，分别是元素半导体、化合物半导体和多元混晶。硅和碲镉汞就是其中最重要的两种。在近红外到紫外波段，硅是制造光电器件的优良材料；碲镉汞是优良的红外光敏材料。通过研究，又发展了如光敏电阻、光电二极管、光电三极管、雪崩光电二极管、电荷耦合器等多种光电器件，它们适用于不同的场合。随着薄膜、平面工艺以及大规模集成电路技术的发展，光电传感器的制造技术已达到很高的水平，大大降低了产品的成本。
2．2 国内外光电传感器的研究现状及发展方向
2.2.1 国内外光电传感器的研究现状
光电传感器的应用十分广泛，其研究和发展引起了人们的高度重视，各国竞相研究。光电传感器最初应用于军事，渐渐发展到与人类生活息息相关的民事，如复印机、扫描仪、液晶显示器、分光计、汽车和医疗诊断仪器等，都可以找到光电传感器的身影。由此可见，现代生活已经越来越离不开光电传感器的介入。
美国在军事和民用领域对光电传感器的应用发展非常迅速。在军事上，他们研发了用于水下探测、航空监测、核辐射检测等方面的光电传感器技术和仪器。在民事应用方面，研究和开发的项目主要是：通过光电传感器来监测电力系统的电流和温度等重要参数等。日本和西欧各国也高度重视光电传感器的研究与开发应用[1]。在20 世纪90 年代，日本研究出了一批高水平的光电传感器。如弧焊机器人、点焊机器人等，为金属制造业的发展做出了很大的贡献。目前，日本的索尼（SONY)、东芝、松下、NEC等公司的CCD图像传感器发展的极快。西欧各国也对光电传感器进行了研究开发。如20世纪后期，英国、荷兰、德国纷纷研制成功CCD器件。目前，德国的耳廓狐装甲侦察车在军事上被广泛使用；英国的车载光电侦察目标二代红外热成像与非制冷探测器技术也被广泛运用[1]。
我国对光电传感器研究主要是在光电温度传感器、液位计、压力表、流量计、电流表等领域，并且还取得了研究成果，有的已达到世界的先进水平。但跟发达国家的研究水平相比，我国在商品化和产业化方面还有着一定的差距。因为大部分产品还在实验研制中，没有正式投入使用和工业实际。
2.2.2 光电传感器的发展方向
由于光电传感器及其相关技术的迅速发展，它的重要性也在不断提高。目前，光电传感器的主要研究方向是：（1）用途多。即一种光电传感器能够同时测量多种物理量；（2）开发新型材料及传感技术；（3）在恶劣条件下低成本传感器的开发和应用；（4）发展微光学技术[1]。
2．3 当代光电传感器技术的研究现状及应用情况
目前，光电传感器在科研领域的应用很广，影响力很大。当今传感器市场的主流就是基于光电传感器技术原理研究和开发出的新型光电传感器。
在国外，光电传感器技术在军事、航空航天、检测事故及其城市交通等方面被广泛地应用。军事上，激光制导技术能大大提高导弹发射和命中目标的的精度；在航空航天领域，美国研发的新型红外测温传感器，在恶劣环境中还可以高精度测出运行中飞行器的各部分温度；在城市交通管理上，使用电子红外光电传感器检测路段事故和排解故障；在交通安全方面，汽车上安装新型光电传感器，比如红外夜视装置、激光防撞雷达等等，可以大大提高了交通安全系数[2]。
目前，我国在军事领域，具有光电传感器技术的科技配置得到了广泛地应用。比如紫外告警系统，它能够实时进行导弹威胁告警。紫外探测器是紫外告警系统技术的关键，它的主要特性是绝对光谱灵敏度。目前紫外告警系统的探测器是紫外光电倍增管探测器和以多元或面阵器件为核心的紫外探测器这两种[3]。在民事领域，路灯的控制、烟雾报警器等都是基于光电传感器的原理而设计的。
3 光电传感器的工作原理及数据分析
3．1 光电传感器的组成及工作原理
光电式传感器的测量介质是光、转换器件是光电元件，它的优点是非接触、反应速度快、可靠性好。光电式传感器的直接被测量就是光本身，即可以测量光的有无，也可以测量光强的变化。如图1所示，光电式传感器的主要组成有光源、光通路、光电元件和测量电路[4]。
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