光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器,其基本原理是以光电效应为基础,把被测量的光信号的变化转换成电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

  光电传感器按其可接收光线波长可分为:X 线传感器、紫外光传感器、可见光传感器、红外传感器等。

  一、热释电红外传感器系列

  红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外线又称红外光,其波长范围大致在760nm-1000μm 频谱范围内。红外传感器按照探测原理的划分,主要分为以下几类:

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  热释电红外传感器是利用热释电材料的自发极化强度随温度变化的特性,以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电信号,以电压或电流形式输出,并通过将输出的信号放大,达到控制电路的目的,如电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。

  热释电红外传感器一般由红外滤光片、敏感元和信号处理电路三部分组成。

  根据信号处理电路的不同,可以将热释电红外传感器分为传统型和智能型两类,传统型热释电红外传感器的信号处理电路主要是场效应管,而智能型热释电红外传感器的信号处理电路主要是IC。为了提高传感器的探测灵敏度以增大探测距离,一般在传感器的前方装设一个菲涅尔透镜,它和放大电路相配合,可将信号放大70 分贝以上,可以测出8~15 米范围内人的行动。

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  热释电红外传感器分为传统型和智能型两类,特性及应用领域如下:

类别
主要特性
应用领域
传统型
其内部的结型场效应管以源极跟随器的形式实现阻抗变换,采用双元补偿结构,有效抵抗环境变化、振动、杂散光及电磁的干扰。
LED 照明、安防、数码相机、智能家居、可穿戴设备、玩具等
智能型
数字信号处理及高低电平输出,外围电路简单;内部使能电源调节,实现节能;内置滤波器,抗干扰强;灵敏度、输出时间、感光可调;低电压、低功耗、启动瞬时作用。

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主要产品图示如下:

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  热释电红外传感器是将红外辐射作为探测对象,并转换成输出信号的一种传感器。该类传感器是利用热释电材料的自发极化强度随温度变化的特性,以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电信号,以电压或电流形式输出,并通过将输出的信号放大,达到控制电路的目的。

  热释电红外传感器一般由红外滤光片、敏感元和信号处理电路三部分组成,核心技术主要体现在敏感元的组分设计、工艺控制,红外滤光片的光学膜系设计,微信号放大处理等方面。涉及学科广、技术要点多是热释电红外传感器的技术特征,任何一方面出现质量问题或技术缺陷,均会影响最终产品性能,因此对整体技术水平和质量管控能力有着严格的要求。

  根据信号处理电路的不同,可以将热释电红外传感器分为传统型和智能型两类,传统型热释电红外传感器的信号处理电路主要是场效应管,而智能型热释电红外传感器的信号处理电路主要是IC。为了提高传感器的探测灵敏度以增大探测距离,一般在传感器的前方装设一个菲涅尔透镜,它和放大电路相配合,可将信号放大70 分贝以上,可以测出8~15 米范围内人的行动。

  热释电红外传感器是将红外光作为探测对象,主要用于实现人体探测功能。常用于人体感应开关、人体感应灯以及涉及人体感应的领域,也适合于公共区域,例如走道、楼梯、门廊照明使用,实现智能控制、节能降耗的功能,尤其是面积较大且只需要有人出现才开启照明的区域,例如地下停车场,因为没有自然光源,如果持续照明将产生极大的能源浪费,所以传统方案是使用亮度较低的节能照明设备,但同时带来环境灯光昏暗,容易发生擦碰事故的弊端。而安装热释电红外传感器开关后,即可在车辆出现时自动开启照明,其余时间处于关闭待机状态,有效的节约了能源,同时也让安装亮度较高的照明设备成为可能,大大提升客户体验,设备使用寿命也得到延长。在其他需要使用人体探测的设备的领域,例如安防摄像头、安防报警、各类智能家居、感应玩具也都可使用热释电红外传感器产品,产品应用领域非常广泛。

  二、光电传感器领域概况

  光电传感器以光电效应为基础,把被测量的光信号的变化,转换成电信号或其他所需形式的信息输出。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多、传感器的结构简单,因此光电传感器的应用领域非常广泛,如LED 照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。未来随着物联网技术的发展和普及,光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。

  热释电红外传感器和可见光传感器同属于光电传感器,与其他物理传感器,例如温度、湿度、振动、压力等传感器相同,是物联网、智能控制系统的基础设备,是物联网获取信息和实现物体控制的首要环节,其性能和功能几乎可以决定物联网发展和普及程度。光电传感器以光电效应为基础,把被测量的光信号的变化,转换成电信号或其他所需形式的信息输出。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多、传感器的结构简单,因此光电传感器的应用领域非常广泛,如LED 照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。未来随着物联网技术的发展和普及,光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。

  随着物联网概念的提出和发展,光电传感器行业也得到了绝佳的发展机遇,但同时面临着在功能、体积等方面更高要求的挑战,未来发展趋势主要体现在智能化、微型化、多功能化等三个方面。

  光电传感器行业发展方向呈现出以下特点:

  (1)光电传感器的智能化趋势

  光电传感器的智能化是在传感器中内置微处理器,使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等功能。随着终端用户体验的不断升级及消费习惯的逐渐改变,光电传感器要求具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、通信功能等特点,因此,智能化是光电传感器发展的必然趋势。

  (2)光电传感器的微型化趋势

  传统的光电传感器往往体积较大,功能不完善,应用领域受限,难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用,使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级,助推了传感器的微型化趋势。

  (3)光电传感器的多功能化趋势

  通常情况下,一只传感器只能用来探测一种被测变量,但在许多应用领域中,为了能够全面而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量多种被测变量,因此实现多功能化无疑是当前光电传感器技术发展中一个重要的研究方向。随着光电传感器应用领城的不断扩大,借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密微加工及组装技术等,使多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。终端物联网发展和普及程度。光电传感器以光电效应为基础,把被测量的光信号的变化,转换成电信号或其他所需形式的信息输出。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多、传感器的结构简单,因此光电传感器的应用领域非常广泛,如LED 照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。未来随着物联网技术的发展和普及,光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。

  随着物联网概念的提出和发展,光电传感器行业也得到了绝佳的发展机遇,但同时面临着在功能、体积等方面更高要求的挑战,未来发展趋势主要体现在智能化、微型化、多功能化等三个方面。光电传感器行业发展方向呈现出以下特点:

  (1)光电传感器的智能化趋势

  光电传感器的智能化是在传感器中内置微处理器,使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等功能。随着终端用户体验的不断升级及消费习惯的逐渐改变,光电传感器要求具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、通信功能等特点,因此,智能化是光电传感器发展的必然趋势。

  (2)光电传感器的微型化趋势

  传统的光电传感器往往体积较大,功能不完善,应用领域受限,难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用,使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级,助推了传感器的微型化趋势。

  (3)光电传感器的多功能化趋势

  通常情况下,一只传感器只能用来探测一种被测变量,但在许多应用领域中,为了能够全面而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量多种被测变量,因此实现多功能化无疑是当前光电传感器技术发展中一个重要的研究方向。随着光电传感器应用领城的不断扩大,借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密微加工及组装技术等,使多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。终端应用的集成化要求,推动了多功能化传感器的发展。

  三、行业竞争情况

  1、行业竞争格局及市场化程度

  光电传感器行业属于资金和技术密集型,竞争主要体现在生产能力、研发能力以及销售能力等方面,具体竞争要素如下图所示:

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  我国虽然是世界光电传感器制造大国,但不是制造强国,国内企业的产品多为中低端产品,大部分生产厂商为作坊式及OEM 的生产模式,只有少数龙头企业兼具上图中的竞争要素。不同的细分领域发展情况不同,竞争情况也有所不同。