光敏传感器工程应用ppt课件.ppt

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1、第6章光敏传感器及工程应用6.1光的基本知识6.2常见光电元件6.3光电传感器6.4光纤传感器6.5光敏传感器工程应用案例返回主目录6.1光的基本知识6.1.1光的基本特性由光学知识可知，光具有波粒二象性。因而它不但具有波的特性，而且还具有颗粒特性。光有可见和不可见之分。其可见光的波长在380~780nm之间。波长在10~380nm之间的称作紫外线，在780~106nm之间的称作红外线。根据光的量子理论，光又是一种以光速运动的粒子流。这些粒子称作光子，光子具有能量，每个光子的能量E为式中，h为普朗克常数；υ为光的频率。由此可知

2、，不同频率的光子具有不同的能量。(6-1)光照度是衡量被照射物体表面明亮程度的一个参数，它表示被照射物体表面单位面积上受到的光通量，单位是勒克斯（lx），光通量是指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。光通量的单位是流明（lm），它们之间的关系是1(lx)=1(lm/m2)为了测量光照的强弱，就需要光检测传感器。所谓光检测传感器，实际是将光信号转变成电信号的一种器件，通常人们把它称作光电转换器件，简称为光电器件。6.1.2光电效应在光的照射下，物体吸收了光的能量而产生的电现象，

3、称作光电效应。光电效应又分为外光电效应和内光电效应两大类。1.外光电效应当物体内的电子在光的照射下逸出物体表面向外发射的现象就称作外光电效应。向外发射的电子称作光电子。2.内光电效应在光的照射下，物体的电阻率发生变化或产生光生电动势的现象称作内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应两种。1)光电导效应当物体的电阻率在光的照射下发生改变的现象称作光电导效应。2)光生伏特效应当物体在光的照射下产生一定方向电动势的现象称作光生伏特效应。基于不同的光电效应就得到不同的光电元器件。下面就介绍几种常见的光电器件。光电管的结构

4、如图6-1所示，它是在一个真空玻璃泡内装有两个电极的器件。一个是光电阴极，有的贴在玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属片上。另一个是阳极，通常是装在光电阴极前面的一根金属丝或金属环。6.2常见光电元件6.2.1光电管1.光电管的结构及工作原理它的工作原理是基于外光电效应：即当阴极受到适当波长的光线照射时便向外发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在管内就产生光电子流，在外电路中便产生电流。2.光电管的伏安特性实验证明，光电管产生的光电子流大小与光通量有关，当光通量φ一定时，阳极电压U与阳极电流I的关系曲线如图6-2所示。6.2

5、.2光电倍增管1.光电倍增管的结构及工作原理在光线比较弱的时候，光电管能产生的光电流很小，为了克服这个缺点，人们又设计了光电倍增管。它主要由一个光电阴极、若干个倍增极和一个阳极等部分构成。倍增极个数在4~14个之间。四倍增极的光电倍增管结构如图6-2所示。其中K为光电阴极，电位最低，D1~D4为倍增极，电位逐次升高，即UD1

6、第一倍增极发射的二次电子便加速轰击到第二倍增极D2上，使D2发射的二次电子数比D１发射的电子数还多。这样逐级下去，最后一个倍增极所发射的二次电子数比从阴极K发射的光电子数增加几个数量级。最后一个倍增极所发射的二次电子被阳极A收集，便形成信号电流。光电倍增管的伏安特性曲线与光电管的伏安特性图6-2相似，其他特性也基本相同，在此不再繁述。它们的主要区别是使用范围不同。光电管适合于检测比较强的光照，而光电倍增管适合于检测比较微弱的光照。6.2.3光敏电阻1.光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻又称作光导管，是用半导体材料制成的光电器件，

7、其结构外形和电路符号如图6-4所示。就是在绝缘材料上均匀地涂上薄薄的一层半导体材料。图6-4光敏电阻外形和电路符号为了提高灵敏度，半导体材料的两端装有梳状的金属电极，金属电极与引线连接；为了防止受潮，外加一个保护壳。光敏电阻的工作原理是基于半导体材料的光电导效应。即当无光照射时，光敏电阻的电阻值很大；当受到一定波长范围的光照射时，它的电阻值急剧下降。并且光照越强，它的电阻值就越小。光照停止，电阻值又恢复到原值。光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电，也可加交流电。2.光敏电阻的重要参数1)亮电阻和亮电流光敏电阻在

8、受到光照射时的阻值称为“亮电阻”，此时电流称为“亮电流”。2)暗电阻和暗电流光敏电阻在不受光照射时的阻值称为“暗电阻”，此时流过的电流称为“暗电流”。3)光电流光敏电阻的亮电流与暗电流之差称作“光电流”。光电流越大越好。一般光敏电阻的暗阻值在几兆欧以上；而亮阻值在几千欧以下。