光电转换技术精选(九篇)

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第1篇：光电转换技术范文

关键词：光电传感器；应用；发展；光电效应

引言

光电传感器的研究与应用是当前科技时代最为重要的一项技术，光电式传感器是基于光电效应，在受到可见光波的照射后，感应光波，然后将这种光波信号转换成电流信号传输出去。光电传感器在众多技术设备中都有应用，应用范围十分广泛，能够满足信息的传递、收发、存储、显示、记录和控制等多种需求。传感器通过不同的感应原理可以分为多种感应装置，光电传感器是感应传感器中的一种。光电传感器具有感应精度高、传输速度快、非接触等众多优点，因此光电传感器是感应传感器中应用最为广泛、应用最多的一种感应装置。

1 光电传感器概述

光电传感器又称为光传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，光电传感器的可测数据众多，而且组装结构也较为简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在众多设备中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把可见光波信号转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现，尤其是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页光电感应器是通过可见光波照射到我提的表面，引起物体发生电性质变化，从而传输信号的，其实是自然界的一种能量转换，把光能量转换成电能量的转换过程，这类转换效应被统称为光电效应。

2 光电传感器的应用

光电传感器作为感应传感器中应用最为广泛的一种感应装置，因此被众多设备使用，光电传感器的应用主要有以下几种。

2.1 烟尘浊度监测仪

烟尘浊度检测仪是检测工业烟尘污染的重要工具，能够防止工业烟尘对于大气的污染。烟尘浊度检测仪能够针对烟尘源进行检测，自动显示和自动超标报警。工业烟尘排放通道每时段的光传输大小变化都不一样，因此，烟尘浊度检测仪就是通过这种光的传输变化来感知工业烟尘排放。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

2.2 条形码扫描笔

条形码扫描仪在超市或商场中应用最多，主要是通过扫描笔头在条形码上移动时，通过对条形码上黑白线条的颜色吸收来来传输信号，条形码上的黑白线条会对发光二极管呈现不同的发射光，二极管把这种发射光在发射到发光三极管中，发光三极管会产生电流，从而形成电流信号，在经过计算机识别来完成对信息的识别。

2.3 产品计数器

产品在传送带上运行时，不断地遮挡光源到光电传感器的光路，使光电脉冲电路产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电传感器电路便产生一个脉冲信号，因此输出的脉冲数即代表产品的数目，该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。

2.4 光电式烟雾报警器

没有烟雾时，发光二极管发出的光线直线传播，光电三极管没有接收信号，没有输出。有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接受到光线，有信号输出，发出报警。

2.5 测量转速

在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。

3 光电传感器的发展

光电传感器在当前应用十分广泛，但其实它也经历了长时间的发展。美国一家咨询公司的报告显示，2007年全球的光电传感器市场值为500亿美元，到2001年它的价值达到了近610亿美元，这种发展的速度是十分迅速的。其中美国、中国、日本和加拿大是需求最多的地区，中国是光电传感器市场增长最快的地区。据统计，光电传感器在汽车上的应用增长速度最快，其次是远程控制设备。近几年来，光电传感的技术发展最为迅速，人们对其需求也越来越大，要求也越来越高。光电传感器已经由最初的笨重型，迟缓型向着小型化、智能化和系统化法相发展。在我国，由于国家的支持，政府的鼓励，光电传感器已经形成了自我研发，自我生产和自我应用为一体的统一流程，我们已经做到了自给自足，不需要再引进国外的光电传感技术，我们的光电传感器在世界也得到了基本认可，但是我们还需要不断努力，不断改进我国光电传感器的技术，完善光管传感器在设备中的应用，因为虽然我们能够自行研制光电传感器，但是不可否认我国的光电传感器还与国外的有一定差距，所以还需要不断进行改善，争取早日超越国外的先进光电传感器技术。

4 结束语

光电传感器作为一种新型的传感装置，在众多设备中都有应用。光电传感器具有检测距离长、对检测物体的限制少、响应时间短、分辨率高、可实现非接触的检测、可实现颜色判别、便于调整等众多优点，因此我们可以预见其在未来传感装置中有着良好的市场。因此我们必须加紧研究完善这种光电传感器技术，为我国的核心竞争力贡献自己的一份力量。

参考文献

[1]谢望.光电传感器技术的新发展及应用[D].天津工业大学机电学院，2013.

[2]陈照章，朱湘临.光电测速传感器及其信号调理电路[J].传感器技术，2012（8）：53-55.

[3]贾雯杰.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011.

[4]邓建云.光电传感器在自动控制中的应用[J].电子世界，2012.

[5]郁有文，常健，程继红.传感器原理及工程应用[M].西安：电子科技大学出版社.

第2篇：光电转换技术范文

光电转换器的作用是转换数字信号。

光电转换器是一种类似于基带MODEM（数字调制解调器）的设备，和基带MODEM不同的是接入的是光纤专线，是光信号。具有光口配置灵活等特点。千兆光纤收发器（又名光电转换器）是一种快速以太网，其数据传输速率达1Gbps，仍采用CSMA/CD的访问控制机制并与现有的以太网兼容，在布线系统的支持下，可以使原来的快速以太网平滑升级并能充分保护用户原来的投资。千兆网技术已成为新建网络和改造的首选技术，由此对综合布线系统的性能要求也提高。光电转换器使用时，光电转换器只能与单模收发器配对使用，且使用的光纤线只能用SM（黄色）的光纤线；多模转换器只能与多模转发器配对使用，且使用时只能采用MM(桔红色)的光纤线。

（来源：文章屋网 ）

第3篇：光电转换技术范文

【关键词】光纤语音通信1前言

由于LED光源具有耐候性、抗震性、密封性好，以及体积小、热辐射低、便于携带等特点，可广泛应用于野外作业、防爆、军事行动、设备测试、矿山等特殊工作场所或恶劣工作环境之中。

2LED基础知识

2.1发光原理。 LED发光二极管，是一种固态的半导体光电器件，可以直接把电能转化为光能。其发光原理包括两部分：其发光原理包括两部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

2.2 LED优点

2.2.1小体积。 LED是制造结构是：整体被封装在环氧树脂里面，所以它非常小而轻。

2.2.2低耗电量。 LED耗电相当低，直流电压驱动，光电功率转换接近31%，功耗很低（单管0.031-0.061瓦）。一般来说LED的工作工作电流是0.021-0.032A，电压是1.51V-3.61V；这就是说，它消耗的电能不超过0.11W。

2.2.3低热量、亮度高。 LED使用技术是：冷发光，发热量比普通灯泡低很多。

2.2.4耐用、防震性强。 LED内芯完全被封装在环氧树脂里面，比普通荧光灯管、照明灯泡、都坚固。而且灯体内芯也没有松动的部分，使得LED不易损坏。

3LED光纤语音通信总体设计方案

3.1经济性。 伴随着LED不断的发展，价格也随之下降，考虑到恶劣环境中的使用设备总体经济效益，依据LED的优点可以达到投资不易过大，容易操作和免维护经济效果。

3.2可靠性 。 光纤语音通信设备设计要求：具有暴露在野外，环境恶劣中。因此必须能够抵御高、低、日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然环境的侵袭。同时，也具有抵抗电磁干扰，保证长期稳定可靠地工作，并要求停电时，通信设备能够应急正常工作。

3.3设计理念。 根据以上，3.1经济性、3.2可靠性 使用设备设计要求，LED作为光纤语音通信设计应用首选关键器件之一，设计理念如下：

该设计基于发射电路板、接收电路板，LM358和LM7805的光纤传输语音电路，通过1μm的玻璃光缆传送语音。发射器电路板上有一个麦克风和调制LED发光的线路。LED发光二极管装在塑料壳模具中以便于连接玻璃光缆进行光电信号发送。在接收电路板上有光电管接收器、扬声器以及用于将检测到的光电信号转换为可需要的音频信号转换电路。语音信号以光波形式在玻璃光缆内传输、不受任何磁场和电场的干扰，传输距离远，抗干扰能力强。

发射电路板、接收电路板，需要一个9V锂电池，连续使用时建议使用整流稳压电源。装置中安装有1μm的玻璃光缆。此设计线路能很好地通过32km光缆进行传送语音信号。注意：这里使用的不是1μm的塑料光缆，而是使用1μm玻璃光缆，可以实现距离(约32km)内通信。

3.5工作原理。依据设计理念，由发送器电子麦克风，将音频信号（声波），转换为电信号。此信号通过由LM358组成的音频放大器进行放大，将（声波）电信号转换为可需要的光电信号。光电信号通过1μm的玻璃光缆进行传输。在玻璃光缆的接收端，（声波）光电信号照射到光电管的接收器上。光电管接收器接收到的光电信号通过语音A/D音频转换电路再将其转换为音频信号，被放大调制并送入扬声器转换为声波信号，从而实现了远距离(约32km)的语音通讯。

4结束语

LED在光纤语音通信应用中。其设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，适用于室外，能够抵御电磁干扰、低温、高温、风雪、雨淋、日晒、雷电和冰雹等恶劣的自然环境，所以可以通过扩展而达到实际的应用。为了保证LED光纤语音通信长期稳定工作，服务于人类科学，还需进一步的研究探讨。参考文献

第4篇：光电转换技术范文

[关键词]光电式传感器创新应用

一、光电传感器基本知识

光电传感器最根本的原理是光电效应，光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应：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称为外光电效应。在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类：(1)光电导效应。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。

常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计，光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有：(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。(3)响应时间短。光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。(4)分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。(5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。(6)可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。(7)便于调整。在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。

二、创新应用举例

1.测温功能

应用时，将感温头插入被测温环境中，外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端经辐射至光电转换器接收，转换成毫伏电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。光电转换器由光学透镜、光栏、硅光电池，温度稳定性网络组成。高压密封器将感温管开口端高压密封，防止感温管透气或断裂产生高压泄露，不影响辐射光传输，所以传感器在现场工作时，可拆卸光电转换器通过高压密封器观察感温管状况或检修光电转换器，信号传输导线为双芯屏蔽铜电缆，将传感器输出端按正负端与仪表信号输入端相接，接地端与地线相接，仪表上电即可实现测温。

2.火焰探测报警器

硫化铅光敏电阻的暗电阻为1MΩ，亮电阻为0.2MΩ，峰值响应波长为2.2μm。硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为6V，电流约为6μΑ。V2管集电极电阻两端并联68μF的电容，可以抑制100Hz以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度，确保火焰报警器能长期稳定地工作。

3.光控大门

我们都有这样的苦恼每次开车到了小区大门都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关，既费时又费人力，如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。这里要用到一种电子元件——干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态，线圈内没有电流时，磁场消失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，那么夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动大门打开。

三、小结

以上介绍了光电传感器的基本原理和其特点，并列举了一些在生活实际中的创新应用实例。从这些实例中我们可窥见光电传感器无限的发展应用前景。光电式传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的要求越来越高是其发展的强大动力，突飞猛进现代科学技术的则为其提供了坚强的后盾，我们相信在不懈地探索中，光电传感器的应用定会有新的飞跃。

第5篇：光电转换技术范文

关键词：89051单片机；光电传感器；气缸

一、研究背景及意义

沈阳某玻璃集团有限公司平板玻璃生产线装箱工序中，所使用的三自由度机械手目前存在玻璃板码垛边缘对齐精度不高问题，甚至导致5％的大尺寸平板玻璃产品破损，是该厂长期以来亟待解决的对齐精度控制技术问题。生产玻璃成品的最后一道工序是自动装箱，自动装箱质量的好坏直接影响玻璃的质量。

由于玻璃板在装箱前偏离准确位置的最大误差为12ram，本设计将在玻璃板工作台上安装气缸，通过单片机控制气缸行程来推动玻璃板，使其回到准确位置等待装箱。并在工作台一侧安装光电传感器，应用光电传感器随光线的明暗发生变化，对信号进行采集，再由TLCl543将模拟电压信号转换为数字信号并送入到89C51中，89C51对采集到的信号进行处理，再通过单片机发出指令对气缸动作进行控制。本项目对于开发玻璃行业生产用测控实用技术也有极好的原理适用意义。

二、玻璃板自动装箱机控制系统设计

1　89C51单片机控制系统设计方案 　采用单片机作为主要控制系统。ATMEL89C51是51系列单片机中应用最为广泛、价格低廉、性能比较稳定的单片机之一，这是一个CMOS8位的单片机，片上带有4KFlash存储器，允许在系统改写或用编程器编程，且指令系统和89C51完全兼容。还带有128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C51是一种高效微控制器，为控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。这些配置能够很好地实现系统的功能指标，故选择89C51作为控制的MCPU。

单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。工业生产中的干扰一般都是以脉冲的形式进入单片机，干扰窜入系统的渠道主要有三条，即空间干扰(场干扰)，通过电磁波辐射窜入系统；I／O通道干扰；供电系统干扰，包括用电设备的频繁启动造成的电火花及用电设备对电源的污染等等干扰都可以从系统的电源窜入。

从设计制造的角度来分，造成容易受干扰的主要原因是：系统电源的抗干扰能力差或功率不足；程序没有采取抗干扰措施或措施不足：器件驱动功率不，处在临界状态；元件质量差㈩。

为了解决单片机在使用时的干扰问题，采用了输入、输出信号加光电耦合器件隔离，防止器件动作时产生的回流；中击系统电路。光电耦合隔离放大电路。同时，还注意了路线和元件布局，地线和电源线尽可能布粗线，线路的走向尽量按输入到输出分布，以免造成信号的混乱；另外，类似继电器之类的会产生电磁干扰和需较大电流驱动的元件也要远离单片机。

2　光电传感器的选择

本设计采用的是德国FESTO公司SOEG-RT-M12-PS-K-L型号的光电传感器。该光电传感器属于三芯带电缆的漫射光电式接近开关，集发射器与接收器于一体，内置保护电路和LED。漫射式传感器能对物体进行无接触式检测，发射器发出一束可调制度不可见红外光(880nm)。当被测物体经过光束时，光线被物体表面反射回接收器，传感器便有电信号输出。 　3A／D转换电路设计 　由于计算机直接执行的是机器语言，也就是只能处理数字量，因此计算机系统中凡是遇到模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换。大部分的传感器的输出都是电流信号，计算机要对这些传感器的信号进行处理，就要先进行电流／电压转换(1／V)，然后再通过ADC转换器进行A／D转换。

选用TLCl543进行A／D转换。采用它的主要目的是将光电传感器被物体遮挡后输出的电流值(最大为200mA)转换成数字量，从而传送给89c51进行运算处理。由于它是采用串行接口的，因此在硬件连接上非常简单。

第6篇：光电转换技术范文

【关键词】光电技术，侦察，光电干扰，发展趋势

光电技术（PhotoelectricTechnology）是一门以光电子学为基础，将光学技术、电子学技术、精密机械及计算机技术紧密结合在一起的新技术，它为获取光子信息或借助光子提取其他信息提供了一种重要手段。它将电子学中的许多基本概念与技术移植到光频段，解决光电信息系统中的工程技术问题。这一先进技术使人类能更有效地扩展自身的视觉能力，将长波延伸到亚毫米波，短波延伸至紫外线、X射线、γ射线，乃至高能粒子，并可在飞秒级的速度下记录超快现象的变化过程。

光电技术的研究内容可以分为光电基础技术和光电信息技术两部分。光电基础技术体系是多门学科为基础，以器件物理技术为依托，如高光电转换效率的太阳能电池、高速低噪的PIN与APD二极管、高像素与高图像质量的CCD与CMOS图像传感器等基础光电器件的研制。光电信息系统技术包括了光电信息的产生、获取、变换、传输、处理和控制等过程。光电技术在现代科技、经济、军事、文化、医学等领域发挥着极其重要的作用，以此为支撑的光电子产业是当今世界各国家争相发展的支柱产业，是竞争激烈、发展最快的信息技术产业的主力军。随着光电技术的迅速发展，半导体激光器、千万像素的CCD与CMOS固体图像传感器、PIN与APD光敏二极管、LED、太阳能电池、液晶显示等在工业与民用领域随处可见，红外成像技术已经广泛应用于军事和工业领域。

光电技术的基本功能是将光学参量或非光学参量进行光电转换，完成工业检测、军事光电对抗、红外探测、控制跟踪等。光电技术在光通信、大容量光存储、生物工程与医学、工业在线检测、危险环境检测、遥测遥感、光纤传感、精密计量、太赫兹波技术等方面有着广泛应用。下面着重介绍光电技术在光电对抗上的应用及发展趋势。

各种基于光电技术的武器系统被应用于现代信息化战争中。在光电武器装备的较量中，出现了一种全新的作战手段，这就是――光电对抗（Electro-opticalCountermeasure）。敌对双方在光波段范围内，利用光电器材和设备，侦查告警光电制导武器和光电侦查设备等光电武器，并实施干扰，使敌方武器降低、削弱或完全丧失作战效能。同时，利用光电器材和设备，从而有效地保护己方光电设备和人员免遭敌方的侦查告警和干扰。光电对抗是技术可以分为光电侦察与反光电侦察、光电干扰与抗光电干扰等，如图1。

1光电侦察

光电侦察（PhotoelectricDetection），主要是搜索、截获、测量、分析、识别以及光电设备测向、定位敌方辐射或散射的光谱信号，以获取敌方光电设备类型、位置、参数、功能、用途，及时提供情报并发出警告。光电侦察分为被动、主动侦察。利用各种光电探测装置截获和跟踪敌方光电装置的光辐射，并加以分析识别，从而获取敌方目标信息情报的一种手段，叫做光电被动侦察（PassiveDetection），如激光告警、红外告警、紫外告警和光电综合告警等。利用敌方光电装备的光学特性而进行的侦察，称为光电主动侦察（ActiveDetection），即向敌方发射光束，再对反射回来的光信号进行探测、分析和识别，从而获得敌方情报，如激光雷达、激光测距机。

2光电干扰（PhotoelectricityInterference）

采取某些技术措施可以破坏或抑制敌方光电设备的正常工作，其称为光电干扰，这种手段同时也可以保护己方目标。光电干扰分为有源干扰（ActiveJamming）和无源干扰（PassiveJamming）两种方式。有源干扰是利用己方光电设备发射或转发敌方光电设备相应波段的光波，对敌方光电装备进行压制或欺骗干扰。如红外干扰机、红外干扰弹、强激光干扰和激光欺骗干扰。无源干扰是利用特制器材或材料，反射（Reflection）、散射（Scattering）或吸收（Absorption）光波能量，或人为改变己方目标的光学特性，使敌方光电装备效能降低或被欺骗而失效，以保护己方目标为目的的一种干扰手段，如烟幕（Smokescreen）、光电隐身（Electro-opticStealthy）和光电假目标。

3反光电侦察

反光电侦察就是抓住光电系统的薄弱环节，使敌方的光电侦察装备无法看见己方的军事设施。主要方法有遮挡和欺骗、伪装与隐身。反光电侦察的具体技术包括烟幕、假目标、伪装（Camouflage）、隐身、摧毁与致盲、编码技术和改变光束传输方向等。

4抗光电干扰

抗光电干扰是在光电对抗环境中为保证己方光频谱而采取的行动。其在己方目标上，通过采取光电防护材料、抗干扰电路等措施，衰减或过滤敌方发射的强激光或其他干扰光波，保护己方设备或作战人员免遭干扰和损伤。它包括反多光谱技术（MultispectralTechnique）、隐身技术、信息融合技术（InformationFusionTechnology）、自适应技术（AdaptiveTechnology）、编码技术、选通技术等。

第7篇：光电转换技术范文

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电子转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓IIIV化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；功能高分子材料制备的太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。对太阳能电池材料的要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，除了传统硅材料，新型材料的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本书描述了制作太阳能电池的技术和材料，包括传统的光伏材料、新型无机材料，以及有机材料、纳米材料。本书涵盖了新型太阳能电池的材料及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。

在本书中，读者可了解到先进光伏技术进展以及多种太阳能电池材料，主要介绍了如下几类太阳能电池材料：（1）单晶硅材料及单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池转换效率最高，但由于单晶硅材料成本高，价格居高不下，电池工艺繁琐，因而单晶硅太阳能电池没有得到很大的发展；（2）多晶硅薄膜电池：多晶硅薄膜电池使用的硅远较单晶硅少，其成本远低于单晶硅电池，能量转换效率高于非晶硅薄膜电池、无效率衰退问题，因此多晶硅薄膜电池有望在太阳能电地市场上占据主导地位；（3）非晶硅太阳能电池：非晶硅太阳能电池具有较高的转换效率和较低的成本，重量轻等特点，但其稳定性不高影响了其实际应用；（4）多元化合物薄膜电池：多元化合物薄膜作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为太阳能电池的一个重要方向；（5）有机太阳能电池：有机太阳能电池具有柔性好、制作容易、材料来源广泛、成本低等优势，对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义；（6）第三代太阳能电池：第三代太阳能电池技术随着科技的不断进步正在迅速发展，具有巨大的应用潜力。

本书主要内容如下：1.引言；2.基本物理原理对光电转换效率的限制；3.对光伏材料的物理表征；4.晶体硅太阳能电池的发展；5.非晶硅和微晶硅太阳能电池；6.III-V族太阳能电池；7.硫族薄膜太阳能电池；8.印刷有机太阳能电池；9第三代太阳能电池。

本书适合于光伏行业的科研工作者以及相关专业的研究生阅读。

杨盈莹，助理研究员

第8篇：光电转换技术范文

关键词：数字化变电站光电互感器组成传统互感器有源式无源式电能计量

数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约构建通信网络，保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统，均用同一网络接收电流、电压和状态信息，各个系统实现信息共享。常规综自站的一次设备采集模拟量，通过电缆将模拟信号传输到测控保护装置，装置进行模数转换后处理数据，然后通过网线上将数字量传到后台监控系统。同时监控系统和测控保护装置对一次设备的控制通过电缆传输模拟信号实现其功能。数字化变电站一次设备采集信息后，就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，然后传到后台监控系统，而监控系统和测控保护装置对一次设备的控制也是通过光缆传输数字信号实现其功能。

随着电力工业的不断发展，电网电压等级的不断提高，对电压、电流的测量要求也在不断提高，而互感器作为连接高压与低压的一种电器设备也不断地改进和发展，其中对于衡量互感器先进与否的一个重要指标就是互感器的绝缘问题。对于传统的电磁式互感器来说，由于绝缘成本随着绝缘等级的升高成指数增长，因此原有的空气绝缘、油纸绝缘、气体绝缘和串级绝缘已经不能满足超高压设备的绝缘要求，同时传统互感器存在磁饱和的问题，造成继电保护装置的误动或拒动，而且铁磁谐振、易燃易爆及动态范围小等缺点一直是传统互感器难以克服的困难。于是，各种针对高电压、大电流信号的测量方法便应运而生，其中，基于光学和电子学原理的测量方法，经过近三十年的发展，成为相对比较成熟、最有发展前途的一种超高压条件下的测量方法。

光电互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流电压互感器。由于模拟输出的光电互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点，现在发展的高电压等级用光电互感器一般都用光纤输出数字信号。光电互感器与传统互感器外形相似，但体积小，重量轻，主要由传感头、绝缘支柱和光缆三部分组成。①传感头部件有罗科夫斯基线圈、采集器、A/D转换器和光发生器LED。工作原理是由罗科夫斯基线圈从一次传变信号，采集器采样后，AD转换器转换为数字信号，由LED转换为光信号，通过光缆送回主控室。罗科夫斯基线圈一般有保护、计量和测量、能量线圈，罗科夫斯基线圈形状是空心螺线管，无铁芯，填充非晶体材料，主要起支撑作用。②绝缘支柱采用硅橡胶绝缘子，内部填充固态硅胶，起到支撑、绝缘和固定光缆作用。③光缆分为数据光缆和能量光缆，从传感头通过绝缘支柱内部引下，送回主控室。④能量问题。传感头部件的电源是光电互感器的难点之一。传感头部件（采集器、A/D转换器和光发生器LED）使用微功耗装置，功率30毫瓦。

光电互感器可分为两种型式。一种是用磁光效应和电光效应直接将电流电压转变为光信号，一般称无源式；另一种是用电磁感应或分压原理将电流电压信号转变为小电压信号，再将小电压信号转换为光信号传输给二次设备，一般称有源式。无源式由于存在稳定性和可生产性较差、电子回路复杂等问题，现在主要处在实验室阶段，推广运用还有待时日。有源式的难点是提供高压端需要的工作电源，但随着激光供能和高压取能技术的突破，已得到根本上的解决。光电互感器传感头部件的能量来源有两种途径。一是从一次取能，由能量线圈感应出电流来提供能量；当一次电流太小，不足以提供能量时，使用能量光缆，由户内激光发生器通过光缆上送能量。两种方式可互为备用，自动切换。

相对于传统的电磁式互感器，光电互感器有明显的优点：（1）在高电压、大电流的测量环境中，光纤或光介质是良好的绝缘体，它可以满足高压工作环境下的绝缘要求；（2）没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险，以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险；（3）不会产生磁饱和及铁磁共振现象，它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断；（4）频带宽，可以从直流到几百千赫，适用于继电保护和谐波检测；（5）动态范围大，能在大的动态范围内产生高线性度的响应；（6）适应了现在电力系统的数字化信号处理要求，它还可用于以保护、监控和测量为目的高速遥感、遥测系统；（7）整套测量装置结构紧凑、重量轻、体积小；（8）各个功能模块相对独立，便于安装和维护，适于网络化测量。

由于光电互感器的诸多优点，光电互感器取代传统互感器将只是一个时间问题。国际上，光电互感器已逐步成熟，正已越来越快的速度推广运用。其中ABB、西门子等公司生产的光电互感器已有十几年的成功运行业绩。采用光电互感器的数字化变电站在欧洲也已经投入运行。我国光电互感器的研制和运用相对比较落后，仅有为数不多的变电站使用了一些进口的光电互感器。国内有二十余家企业和高校涉足了光电互感器的开发，经过多年的努力，已有若干套设备在现场试运行。

我国在有源式光电互感器的研究已走在无源式的前面，有的产品已在多个变电站试运行近一年的经验，运行情况良好，可满足保护和计量的要求，并通过了部级鉴定，达到国际先进水平。同时国内的二次设备制造商开发了可与光电互感器直接接口的数字接口继电保护装置、数字接口电能表等二次设备，为光电互感器的实际应用提供了基础。

光电互感器目前存在的问题对电能计量方面的影响：

（1）由于处在研究开发中，光电互感器性能仍不稳定。对于电能计量来说，光电互感器的稳定运行是保障计量准确的前提，尤其是一些在变电站计费的电能表，更加不能忽视光电互感器的性能稳定性。

（2）温度对光电互感器的精度有较大的影响。电能计量是对精度要求较高的专业，其对精度的要求往往要高于其他专业。而绝大多数的光电互感器均是装设在户外，南方春秋两季夜晚与白天温差较大，不可避免的对电能计量带来一定影响。

第9篇：光电转换技术范文

关键词：光电效应 外光电效应 内光电效应 光电子

中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0117-01

在高度发达的现代社会中，科技突飞猛进，信息瞬息万变，生产过程自动化已成为社会发展的必然趋势。而这些必须建立在强大的信息产业基础之上，人们只有获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列科学分析、加工、处理，才能正确认识和掌握自然界的发展规律，带动科学技术的发展。生产过程中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息，实现自动控制。

随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点：响应速度快，频宽、信息容量大，信息效率高，具有越大越大的竞争力，光子技术与微电子技术相互结合、相互渗透，已成为现代信息技术的支柱之一。应用这种技术做成的光电传感器具有精度高、反应快、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、形式灵活等优点，在自动检测技术中得到了广泛的应用。

光电传感器是一种以光电效应为理论基础，采用光电元件作为检测器件的传感器。它可以把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件，把光信号转换成电信号输出。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

1 理论基础——光电效应

光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指当光照射到某些物体上，电子从这些物体表面逸出的现象，外电光效应也称为光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。内光电效应指的是物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，但是这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的电阻率发生变化或产生电动势。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光电池等。

1.1 外光电效应

光照在光电材料上，材料表面的电子吸收能量。如果电子吸收的能量足够多，电子就会克服束缚逸出表面而进入外界空间，这就是外光电效应。

根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每个光子的能量为h（h为普朗克常数，h=6.63×1034 J/HZ，为光波频率）。不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子的能量就越大。如果光子的能量全部交给电子，那么电子的能量就会增加，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；w为逸出功。

因此，要使光电子逸出物体表面，前提是。不同材料具有不同的逸出功，对每一种材料，入射光都有一个确定的频率限，只有当入射光的频率大于此频率限时，才会有光电子发射，否则，不论光强多大，都不会有光电子发射，此频率限称为“红限”。

2 内光电效应

半导体材料的价带与导带之间有一个带隙，能量间隔为。一般情况下，价带中的电子不会自发地跃迁到导带，所以半导体材料的导电性远不如导体。但是，如果通过某种方式给价带中的电子提供能量，就可以将其激发到导带中，形成载流子，增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成一对可以导电的电子—— 空穴对。这里的电子虽然没有逸出形成光电子，但显然存在着由于光照而产生的电效应。这就是内光电效应。

要使价带中的电子跃迁到导带，也存在一个入射光的极限能量，即（是低频限）或者。入射光的频率大于或者波长小于时，才会发生电子的带间跃迁。光入射光能量较小，不能使光子由价带跃迁到导带时，也可能在一个能带内的亚能级结构间跃迁。

3 光电传感器的应用

光电传感器可以直接检测光量变化和引起光量变化的非电量，在检测技术、工业自动化及智能控制等领域都得到了广泛的应用，下面我们就来举例说明这种传感器在生产和生活中的应用。

3.1 光电隔离器

光电隔离器是由发光二级管和光敏晶体管安装在同一个管壳内构成的。发光二级管辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。可以有多种形式，比如：发光二级管—光敏晶闸管、发光二极管—光敏电阻、发光二极管—光敏三极管。其中发光二级管—光敏三极管应用最为广泛，常应用于一般信号的隔离；发光二级管—光敏晶闸管常用在大功率的隔离驱动场合；发光二级管—达林顿管或者复合管常用在低功率负载的直接驱动场合。

3.2 文具盒的测光电路

学生在光线不均的环境中学习，很容易损害视力。应用光电池这种光电元件做成的文具盒测光电路能显示光线的强弱，指导学生保护视力。把硅光电池安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱，用两只发光二极管作为光照强弱的指示灯。当光照小于100 lx时，光电池产生的电压比较小，两只发光二级管都不亮；当光照在100～200 lx时，其中一个发光二级管点亮，表示光照适中；当光照大于200 lx时，光电池产生的电压比较高，两只发光二级管都点亮，表示光照太强了。

3.3 条形码扫描笔

当扫描笔笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈现高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。

整个条形码被扫描之后，光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，就完成了对条形码信息的识别。

3.4 光电式纬线探测器

光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否断线的一种探测器。当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管发出红外光，经纬线反射，被光电池接收，如果光电池接收不到反射信号，则说明纬线已断。因此，利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉冲整形等，控制机器是正常运转还是关机报警。

由于纬线很细，又是摆动着前进，形成光的漫反射，削弱了反射光的强度，还伴有背景杂散光，因此要求探纬器具备高的灵敏度和分辨力。为此，红外发光管采用占空比很小的强电流脉冲供电，这样既保证发光管使用寿命，又能在瞬间射出强光，以提高检测灵敏度。

光电传感器用途广泛，还有一些等待我们去研究、去发现。比如我们在阳光下看不清手机和电脑，这时我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度。再如我们的空调，可以通过检测红外线自动调节至人体的舒适温度，当温度过高或者过低时，开启空调调节装置，而当人体处在舒服范围内，则可关闭调节装置，以节省能源。随着科学技术的发展，光电传感器会使我们的生活更加方便。

参考文献