光电传感器(PhotoelectricSensor)又称光传感器,是一种以光电元件为检测元件的传感器。光电传感器的工作主要依靠光电传感器“光电效应”,将可见光波信号转换为电信号,可以实现光电检测系统中的光电转换功能,并完成信息的传输、处理、存储、显示和记录。光电传感器不限于光检测,也可作为其他传感器检测元件直接检测光强度、辐射温度、气体成分等,也可检测到其他非电量,如物体直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度、工作状态等。由于光电传感器具有信号响应速度快、非接触测量、性能可靠、检测精度高、分辨率高、体积小、重量轻、能耗低等特点,广泛应用于航空航天、通信、智能产品等领域,LED以及自动化控制等。
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分类光电传感器
根据光电传感器本身可接收信号波长的分类,可分为X射线传感器、紫外传感器、可见光传感器、红外传感器等。
光电传感器的分类及应用领域
X射线传感器
传感器接收X射线并转换输出可用电信号。Xx射线成像设备多采用射线传感器,如CT断层扫描中的X射线拍照,牙科X射线成像,安检中的X射线扫描成像;
紫外传感器
接收紫外线信号并将其转换为电信号的传感器。根据不同的应用领域,紫外线传感器通常可分为可见光盲紫外线传感器和太阳光盲紫外线传感器;
可见光传感器
测量对象为可见光,可以将接收到的可见光转换为输出电信号。可见光的波长范围为380~760mm,这个范围是人眼可以识别电磁波谱中的波段。根据传感器组成的关键元件,可见光传感器可分为低端传感器、中端传感器和高端传感器。具体比较如下:
红外传感器
其测量主要基于红外线的物理性质。根据检测原理,红外传感器可分为以下几类:
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光电传感器的检测模式
光电传感器的检测方式一般分为对射式、反射式、偏振式、镜面式、漫反射式、会聚式、光幕式和激光扫描仪。
其中,对射式是最早出现的光电检测模式,具有操作简单方便的特点。在这种模式下,发射器的光直接对准接收器。当检测到的物体移动并阻挡光路时,传感器输出信号的变化表明检测到的物体。
目前,反射式是一种常用的检测模式,应用较多。在这种模式下,发射机从多个角度向待测物体表面发射光,并从多个角度将待测物体表面的入射光反射到接收机上。由于待测物体的表面材料和平滑度不同,对光的吸收率不同,接收机接收的反射光强度也不同,因此反射式在判断待测物体的表面性质方面具有固有的优势。
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中国光电传感器产业发展历程
作为传感器行业发展过程中的重要产品,光电传感器行业发展经历了以下三个阶段:
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(1970-2000)
中国的传感器产业始于20世纪50年代,但在第一代结构传感器开发和应用20年后,国家开始意识到开发新型传感器的重要性。因此,1989年10月,敏感元件和传感器分公司主办了首届全国敏感元件和传感器学术会议,吸引了当时中国传感器领域的专家、学者、企业家等。
此外,在原电子工业部和传感器分支机构的积极响应下,“八五”在此期间,国家大力支持和建设中国敏感元和传感器生产基地。“安徽基地”光敏规模经济作为三大基地之一,主要发展力学、光学敏感元件和传感器。
“九五”期间,国家大力投资研发建设传感器技术,建立传感器技术“国家重点实验室传感技术”及“国家传感技术工程中心中心”许多技术研发基地推动了光电传感器技术的不断突破。此后,光电传感器在中国发展迅速,光电传感器产业链开始建立。
02
快速发展阶段(2001-2015)
随着信息技术的发展,光电传感器在信息产业的发展中起着至关重要的作用。“十五”在此期间,光电传感器作为一种不同于传统结构传感器的新型传感器,被列为研发重点。由于国外传感器行业,中国已经成熟并处于领先地位。因此,提高传感器技术水平、稳定性和应用水平已成为中国光电传感器提高竞争力、缩小差距的目标。
自2002年以来,国家计划生育委员会开始组织和实施新兴电子元件的产业化政策,其中新的光敏元件得到了产业化政策的支持。该政策促进了光电传感器行业的快速发展,为中国光电传感器企业开发新一代高、精、尖传感器产品奠定了基础。
2006年,“十一五”规划大纲通过,主要强调促进产业结构的优化升级。此外,还提出了加快电子信息制造业发展、促进航空航天产业发展、促进新材料产业发展的计划,为中国光电传感器产业提供了技术研发动力和巨大的市场发展空间。
到2011年,随着光电传感器相关材料、器件、系统等方面的不断发展,我国光电传感器产业已形成相对完善的产业链。
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(2016年至今)智能发展阶段
随着信息时代的成熟发展,工业自动化发展迅速,物联网、人工智能等技术加速发展。2017年1月,工业和信息化部发布了《信息通信产业发展规划物联网分册(2016-2020)》,明确提出加快中国物联网进入“跨境融合,创新与大规模发展融合”新阶段。由于光电传感器是信息、航空航天、自动化等领域的核心组成部分,该计划为现有光电传感器的小型化、集成、智能和系统开发提供了强有力的支持。随着智能交通、智能家居、智能工业生产等物联网应用领域的发展和发展,中国光电传感器产业已进入智能发展阶段,以适应新时代的发展。
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中国光电传感器行业市场规模
近年来,由于中国汽车工业和物流业的快速发展,中国光电传感器行业的市场规模持续增长。2014年至2018年,中国光电传感器市场规模由25.9亿元增长至35.6亿元。随着中国物联网、移动互联网等高科技产业的进一步发展,光电传感器可广泛应用于智能产业、智能交通、智能电网、智能可穿戴设备等领域,这些领域将成为中国光电传感器行业未来市场的主要增长点;此外,受下游汽车制造业和物流业发展以及国家政策的推动,中国光电传感器行业的市场规模将继续进一步扩大。
2014-2023年预测中国光电传感器行业市场规模(按销量统计)
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中国光电传感器产业链
中国光电传感器产业链分为三个部分:上游产业链的主要参与者是光电传感器核心电子元件的原材料供应商,中游产业链是光电传感器制造企业,下游产业链主要分散在汽车制造、智能物流和食品检测、烟雾报警等应用领域。
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上游分析
光电传感器核心电子元件的原材料主要包括硅硅的制备(Si),第二代半导体(GaAs)氮化镓和第三代半导体(GaN)和碳化硅(SiC)材料。
我国高纯度硅矿含量至少140亿吨,储量丰富。受美国、日本垄断的高质量制备合成技术的限制,GaA,GaN和SiC价格比硅贵。因此,目前,硅材料半导体在我国光电传感器行业的使用量仍占90%。高端光电传感器中使用的第二代和第三代高质量半导体材料大多依赖进口。在高端市场,中国的半导体材料供应商没有议价能力。
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中游分析
中国是光电传感器制造大国,但本土企业对光电传感器核心技术掌握程度较低,本土企业以车间为主OEM生产是主要的生产方式,生产的产品多为中低端产品。