光电式传感器概述

光电式传感器概述

本文件是光电式传感器章节的概述部分，系统介绍了光电式传感器的定义、特点、分类体系、基本形式以及核心元器件。光电式传感器（或称光敏传感器）是利用光电器件把光信号转换成电信号或电参数的装置，具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、可实现非接触式测量等特点。

分类体系

按工作原理，光电式传感器分为四类：

1. 光电效应传感器 — 利用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。
2. 红外热释电探测器 — 对红外光敏感的器件，利用辐射红外光引起材料电学特性变化或产生热电动势的原理工作。
3. 固体图像传感器 — 包括CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器，两者均利用光敏二极管进行光电转换，主要差异在于数字信号的传送方式不同。
4. 光纤传感器 — 利用光纤传输光信号，经被测信号调制后由光接收器解调为电信号。

基本形式

按测量光路组成，光电式传感器分为四种基本形式：

1. 透射式 — 光源穿过被测对象，根据吸收光通量确定被测对象特性。
2. 反射式 — 光源投射到被测对象上，接收反射光通量。
3. 辐射式 — 被测对象本身为辐射源，光电器件接收辐射能。
4. 开关式 — 光路被物体切断或畅通，输出“0”或“1”开关状态。

核心元器件

光电式传感器由光路和电路两大部分组成。光路包括光学元件（透镜、滤光片、光栅等）、光源（白炽灯、发光二极管、半导体激光器）和调制件。常用的光电转换元器件包括真空光电管、充气光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电池、光敏二极管及光敏晶体管等。

市场数据

2016年全球光纤传感器消费值达33.8亿美元，预计2026年达59.8亿美元。光纤传感器在航空航天、军事应用（如光纤陀螺仪）中增长较快。