《光电式传感器》PPT课件(I)

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1、第六章光电式传感器本章重要介绍以下几个内容:1、光电效应及其分类2、各种外光电效应器件的原理和结构3、各种内光电效应器件的原理和结构4、图像传感器的原理和结构5、各种光电传感器的实际应用重点是掌握光电效应的原理，熟悉各种光电传感器的应用。6.1.1外光电效应在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射效应。其中，向外发射的电子称为光电子，能产生光电效应的物质称为光电材料。6.1光电效应每个光子具有的能量：爱因斯坦的光电效应方程：在光线照射下，物体内的电子不能逸出物体表面，而使物体的电导率发

2、生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量后而引起物质电导率发生变化的现象称为光电导效应。6.1.2内光电效应电子能级示意图在光线照射下，半导体材料吸收光能后，引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。光生伏特效应6.2.1光电管1.光电管的结构：6.2外光电效应器件2.光电管的工作原理1.光电倍增管的结构6.2.2光电倍增管光电倍增管是利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。所谓的二次电子是指当电子或光子以足够大的速度轰击金属表面而使金属内部的电子再次逸出金属

3、表面，这种再次逸出金属表面的电子叫做二次电子。2.光电倍增管的工作原理当入射光的光子打在光电阴极上时，光电阴极发射出电子，该电子流又打在电位较高的第一倍增极上，于是又产生新的二次电子；第一倍增极产生的二次电子又打在比第一倍增极电位高的第二倍增极上，该倍增极同样也会产生二次电子发射，如此连续进行下去，直到最后一级的倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极收集为止，从而在整个回路里形成光电流IA。光电倍增管的光电转换过程:光电倍增管倍增系数与工作电压关系1.烟尘浊度监测仪6.2.3外光电效应器件的应用2.路灯光电控制器6.3

4、光电导器件采用具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。图7-5光敏电阻的结构及表示符号6.3.1光敏电阻2.光敏电阻的工作原理1.光敏电阻的结构优点：灵敏度高，体积小、重量轻，光谱响应范围宽，机械强度高、耐冲击和振动，寿命长，性能稳定。缺点：使用时需要有外部电源，同时当有电流通过它时，会产生热的问题。材料：硫化物（CdS、PbS、TlS）硒化物（CdSe、PbSe）碲化物（PbTe）等应用：照相机自动嚗光、电视机亮度自动调节、航标灯自动控制等。1.灯光亮度自动控制器6.3.2光电导器件的

5、应用2.光控闪烁安全警示灯3.测光器1.光敏二极管的结构6.4光生伏特器件6.4.1光敏二极管2.光敏二极管的原理光敏二极管通常工作于反向工作状态，当不受光线照射时，处于截止状态，当受光线照射时，处于导通状态。光敏三极管结构：6.4.2光敏三极管2.光敏三极管的原理光敏三极管光电流相当于三极管的基极，集电极电流是光电流的倍，比光敏二极管具有更高的灵敏度。1.光电池的结构6.4.3光电池2.光电池的原理1.注油液位控制装置6.4.4光生伏特器件的应用液位控制电路：2.光控闪光标志灯3.测光文具盒光电耦合器结构图4.光电

6、耦合器光电耦合器组合形式光电耦合器特性曲线脉冲及直流电平转换开关信号传输不同逻辑电路接口抗干扰高低压隔离等。作用：要使光电式传感器能很好地工作。除了合理选用光电转换元件外，还必须配备合适的光源、可靠的光学通路和合理的测量电路。被测量X1直接对光源作用被测量X2作用于光学通路，对光通量进行解调光电式传感器的测量电路光源及光学通路光源热辐射光源：利用发热物体向空间发出一定的光辐射（如白炽灯、卤钨灯等）。气体放电光源：利用电流通过气体放电的现象（发光）（如日光灯、低压汞灯、氙灯、氦灯等）。电致发光器件：利用固体发光材料在电

7、场激发下产生发光现象（如发光二极管）。激光器：即光受激辐射放大，分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器和液体激光器等。包括透镜、滤光片、棱镜、光通量调制器、光栅等。光学通路6.5图像传感器6.5.1CCD图像传感器电荷耦合器件（CCD——Charge-CoupledDevices）是典型的固体图象传感器，它是1970年贝尔实验室的W·S·Boyle和G·E·Smith发明的，它与光敏二极管阵列集成为一体，构成具有自扫描功能的CCD图象传感器。它不仅作为高质量固体化的摄象器件成功地应用于广播电视、可视电话和无线电传真

8、，而且在生产过程自动检测和控制等领域已显示出广阔的前景和巨大的潜力。MOS光敏元的结构原理图信息电荷的转移原理图2.CCD图像传感器的工作原理图像传感器的转移过程线阵CCD图像传感器结构帧转移面阵图像传感器的结构1.CCD在汽车前照灯配光测试中的应用6.5.2图像传感器的应用2.CCD传感器在光电精密测径系统中的应用工件尺寸测量系统钞票检查系统