光電式應(yīng)用教學(xué)課件

匯報(bào)人：AA光電式應(yīng)用2024-01-25目錄光電式技術(shù)基本原理與特點(diǎn)光電式傳感器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用光電式傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用光電式傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用光電式傳感器在智能交通領(lǐng)域應(yīng)用光電式傳感器在其他領(lǐng)域應(yīng)用拓展01光電式技術(shù)基本原理與特點(diǎn)Chapter光電效應(yīng)及器件工作原理是指光照射到物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類。在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等；在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。光電效應(yīng)基于光電效應(yīng)原理工作的器件稱為光電式器件。它們能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)、測(cè)量和控制。不同類型的光電式器件工作原理略有不同，但都是利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。器件工作原理光電式器件對(duì)光信號(hào)非常敏感，能夠檢測(cè)到微弱的光信號(hào)變化。高靈敏度光電式器件的響應(yīng)速度非?？?，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高頻光信號(hào)的檢測(cè)和處理。寬頻帶光電式技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性光電式器件可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體不會(huì)造成損傷或污染。非接觸式測(cè)量光電式技術(shù)易于與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量和控制。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化光電式技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性環(huán)境光會(huì)對(duì)光電式器件的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行消除或抑制。受環(huán)境光干擾對(duì)光源要求高溫度影響為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，需要選擇合適的光源和相應(yīng)的濾光片來(lái)消除雜散光的影響。溫度變化會(huì)對(duì)光電式器件的性能產(chǎn)生影響，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償或選擇具有溫度穩(wěn)定性的器件。030201光電式技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性利用外光電效應(yīng)工作的器件，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但體積較大、價(jià)格較高。在光電管的基礎(chǔ)上增加了多級(jí)倍增電極，提高了靈敏度和響應(yīng)速度，但價(jià)格更高。常見(jiàn)光電式器件類型及性能參數(shù)光電倍增管光電管光敏電阻利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的器件，具有體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但靈敏度相對(duì)較低。光敏二極管和三極管利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但需要外部電源供電。常見(jiàn)光電式器件類型及性能參數(shù)靈敏度反映器件對(duì)光信號(hào)的敏感程度，通常用輸出信號(hào)與輸入光功率之比來(lái)表示。響應(yīng)速度反映器件對(duì)光信號(hào)變化的響應(yīng)快慢程度，通常用響應(yīng)時(shí)間或頻率響應(yīng)來(lái)表示。常見(jiàn)光電式器件類型及性能參數(shù)常見(jiàn)光電式器件類型及性能參數(shù)線性度反映器件輸出信號(hào)與輸入光功率之間的線性關(guān)系程度。穩(wěn)定性反映器件在長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中性能保持穩(wěn)定的程度。02光電式傳感器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用Chapter通過(guò)光電傳感器檢測(cè)生產(chǎn)線上物料的有無(wú)，確保生產(chǎn)流程的連續(xù)性。物料有無(wú)檢測(cè)利用光電傳感器對(duì)生產(chǎn)線上的物料進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控。物料計(jì)數(shù)檢測(cè)物料是否完整，有無(wú)缺損或變形，保證產(chǎn)品質(zhì)量。物料缺損檢測(cè)生產(chǎn)線上物料檢測(cè)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)定位與地圖構(gòu)建利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確定位，并構(gòu)建環(huán)境地圖，輔助機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃和避障。環(huán)境感知通過(guò)光電傳感器獲取周圍環(huán)境信息，如光照強(qiáng)度、顏色、距離等，為機(jī)器人提供導(dǎo)航依據(jù)。目標(biāo)識(shí)別與跟蹤通過(guò)圖像處理技術(shù)識(shí)別特定目標(biāo)，并利用光電傳感器進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航和作業(yè)。機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航與定位系統(tǒng)

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以滿足不同控制系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸需求。數(shù)字信號(hào)處理對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、整形等處理，提高信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性。信號(hào)隔離與傳輸利用光電隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)在傳輸過(guò)程中的隔離和保護(hù)，防止干擾和噪聲對(duì)控制系統(tǒng)的影響。03光電式傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用Chapter散射法01利用顆粒物對(duì)光的散射作用，通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度來(lái)推算顆粒物濃度。這種方法適用于測(cè)量PM2.5、PM10等顆粒物。β射線法02將大氣中的顆粒物收集到濾紙上，然后利用β射線照射濾紙，通過(guò)測(cè)量β射線的衰減量來(lái)推算顆粒物濃度。這種方法具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。振蕩微天平法03利用顆粒物在振蕩微天平上的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量振蕩頻率的變化來(lái)推算顆粒物濃度。這種方法具有較高的靈敏度和分辨率。大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中顆粒物濃度測(cè)量技術(shù)利用光在液體中的散射原理，通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度來(lái)推算濁度。常用的方法有透射法、散射法等。濁度測(cè)量利用光電比色原理，通過(guò)比較待測(cè)水樣與標(biāo)準(zhǔn)色液的吸光度來(lái)推算色度。常用的方法有鉑鈷比色法、稀釋倍數(shù)法等。色度測(cè)量光電式傳感器還可用于測(cè)量水中的pH值、溶解氧、電導(dǎo)率等參數(shù)，這些參數(shù)的測(cè)量原理和方法各不相同，需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。其他參數(shù)測(cè)量水質(zhì)監(jiān)測(cè)中濁度、色度等參數(shù)測(cè)量技術(shù)傳聲器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，常用的傳聲器有電容式、動(dòng)圈式等。傳聲器的選擇需要考慮其靈敏度、頻率響應(yīng)等特性。放大器對(duì)傳聲器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大，以便于后續(xù)處理。放大器的設(shè)計(jì)需要考慮噪聲、失真等因素。計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)模擬人耳對(duì)聲音的感知特性，對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行計(jì)權(quán)處理。常用的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種，其中A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)最接近人耳的感知特性。檢波器將放大后的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，以便于后續(xù)顯示和記錄。常用的檢波器有峰值檢波器、均方根檢波器等。01020304噪聲污染監(jiān)測(cè)中聲級(jí)計(jì)設(shè)計(jì)原理04光電式傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用Chapter123利用光學(xué)顯微鏡對(duì)生物組織進(jìn)行高分辨率成像，可觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)，為疾病診斷提供重要依據(jù)。光學(xué)顯微鏡成像結(jié)合激光掃描和共聚焦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物組織三維高分辨率成像，用于研究細(xì)胞間相互作用和信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制。激光共聚焦顯微鏡成像利用弱相干光干涉原理，對(duì)生物組織進(jìn)行非侵入性、高分辨率層析成像，用于眼科、皮膚科等臨床診斷。光學(xué)相干層析成像（OCT）生物組織成像技術(shù)及其在臨床診斷價(jià)值光電容積脈搏波描記法（PPG）利用光電傳感器檢測(cè)皮膚表面的微血管充盈度變化，實(shí)現(xiàn)心率、血氧飽和度等生理參數(shù)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)。近紅外光譜技術(shù)通過(guò)測(cè)量近紅外光在生物組織中的傳播特性，實(shí)現(xiàn)血糖、血脂等生化指標(biāo)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)，具有無(wú)痛、快速等優(yōu)點(diǎn)。超聲檢測(cè)技術(shù)利用超聲波在生物組織中的反射、散射等特性，實(shí)現(xiàn)心臟、血管等器官結(jié)構(gòu)和功能的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)，具有高分辨率、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。生理參數(shù)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)利用特異性熒光探針標(biāo)記目標(biāo)微生物的DNA或RNA，通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀對(duì)微生物進(jìn)行快速、靈敏的檢測(cè)。熒光定量PCR技術(shù)利用某些微生物在特定條件下能夠發(fā)光的特性，通過(guò)生物發(fā)光檢測(cè)儀對(duì)微生物進(jìn)行快速檢測(cè)和鑒定。生物發(fā)光檢測(cè)技術(shù)將微生物檢測(cè)所需的試劑和樣品集成到微流控芯片中，實(shí)現(xiàn)微生物的快速、高通量檢測(cè)和分析。微流控芯片技術(shù)微生物快速檢測(cè)方法及儀器設(shè)計(jì)思路05光電式傳感器在智能交通領(lǐng)域應(yīng)用Chapter03基于紅外傳感器的車輛識(shí)別和跟蹤紅外傳感器能夠感知物體的熱量輻射，通過(guò)識(shí)別車輛的熱源實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別和跟蹤。01基于圖像處理的車輛識(shí)別和跟蹤利用攝像頭捕捉交通場(chǎng)景，通過(guò)圖像處理技術(shù)提取車輛特征，實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別和跟蹤。02基于激光雷達(dá)的車輛識(shí)別和跟蹤激光雷達(dá)能夠精確測(cè)量距離和角度，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別和跟蹤。車輛識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法探討基于地磁感應(yīng)的交通流量統(tǒng)計(jì)在道路下方埋設(shè)地磁感應(yīng)器，通過(guò)檢測(cè)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)引起的磁場(chǎng)變化來(lái)統(tǒng)計(jì)交通流量。擁堵預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合交通流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立擁堵預(yù)警模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通狀況，并通過(guò)可視化界面向用戶發(fā)出擁堵預(yù)警?；谝曨l分析的交通流量統(tǒng)計(jì)通過(guò)視頻處理技術(shù)，對(duì)交通場(chǎng)景中的車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)和分類，實(shí)現(xiàn)交通流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。道路交通流量統(tǒng)計(jì)和擁堵預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路智能交通信號(hào)控制策略優(yōu)化研究利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)歷史交通流量數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)，制定更加合理的信號(hào)配時(shí)方案?；谏疃葘W(xué)習(xí)的信號(hào)控制策略根據(jù)實(shí)時(shí)交通流量數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整交通信號(hào)燈的配時(shí)方案，提高道路通行效率?；趯?shí)時(shí)交通流量的信號(hào)控制策略將交通信號(hào)燈控制看作一個(gè)多智能體協(xié)同問(wèn)題，通過(guò)智能體之間的通信和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)信號(hào)配時(shí)的全局優(yōu)化?；诙嘀悄荏w協(xié)同的信號(hào)控制策略06光電式傳感器在其他領(lǐng)域應(yīng)用拓展Chapter利用光電式溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度變化，為智能家居系統(tǒng)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。溫度監(jiān)測(cè)采用光電式濕度傳感器，感知室內(nèi)濕度水平，有助于系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。濕度監(jiān)測(cè)通過(guò)光電式光照傳感器，檢測(cè)室內(nèi)光線強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)智能照明控制。光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)智能家居系統(tǒng)中環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)思路溫度控制運(yùn)用光電式溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫室溫度，配合自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)，確保農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的恒溫。濕度調(diào)節(jié)通過(guò)光電式濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室濕度，自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整濕度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。光照補(bǔ)充利用光電式光照傳感器檢測(cè)溫室內(nèi)光照強(qiáng)度，不足時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備，保障光合作用進(jìn)行。農(nóng)業(yè)溫