最新传感器10概要ppt课件.ppt

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1、传感器10概要光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置，光电式传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现非电量的测量。其核心（敏感元件）是光电器件，基础是光电效应。10.1光电式传感器的工作原理及基本组成光电式传感器可用来测量光学量或测量已先行转换为光学量的其它被测量，然后输出电信号。测量光学量时，光电器件是作为敏感元件使用；而测量其它物理量时，它作为变换元件使用。光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测信号对光量的控

2、制和调制，电路部分完成从光信号到电信号的转换。1.光电管及其基本特性(1)结构与工作原理光电管有真空光电管和充气光电管两类。两者结构相似，如图所示。它们由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。当光照在阴极上时，中央阳极可收集从阴极上逸出的电子，在外电场作用下形成电流I。(2)主要性能1)光电管的伏安特性在一定的光照射下，对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。2

3、)光电管的光照特性当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之比）称为光电管的灵敏度。3)光电管的光谱特性一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率n0，因此它们可用于不同的光谱范围。除此之外，即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率n0，并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量也会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。所以，对各种不同波长区域的光，应选用不

4、同材料的光电阴极。2.光电倍增管及其基本特性1）结构与工作原理当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小，只有零点几个微安，很不容易探测，这时常用光电倍增管对电流进行放大，图是光电倍增管的外形和工作原理图。光电倍增管由光阴极、倍增电极以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成。次阴极是在镍或钢－铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的。阳极是最后用来收集电子的。2）主要参数（1）倍增系数M倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射系数δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都一样，则阳极电流I为光电倍增管的电流

5、放大倍数β为2)光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。入射一个光子在阴极上，最后在阳极上能收集到的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。3)暗电流一般在使用光电倍增管时，必须把管放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用。但是，由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流。暗电流主要是热电子发射引起，它随温度增加而增加。不过暗电流通常可以用补偿电路加以消除。（4）光电倍增管的光谱特性光电倍增管的光谱

6、特性与相同材料的光电管的光谱特性很相似。10.2.2内光电效应型光电器件内光电效应是指某些半导体材料在入射光能量的激发下产生电子－空穴对，致使材料电性能改变的现象。这种效应可分为因光照引起半导体电阻值变化的光导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。基于光导效应的光电器件有光敏电阻；基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管、光电位置敏感器件（PSD）。1.光敏电阻1）结构和原理光敏电阻又称光导管，是利用光电导效应制成的。由于光的照射，使半导体的电阻变化，所以称为光敏电阻。如果把光敏电

7、阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小，并非一切纯半导体都能显示出光电特性。对于不具备这一特性的物质可以加入杂质使之产生光电效应。用来产生这种效应的物质由金属的硫化物、硒化物、碲化物等组成。(2)光敏电阻的特性1)暗电阻、亮电阻与光电流光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。2)光敏电阻的伏安特性在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系：①一定光照

8、，R一定，I正比于U。②一定电压，I随着光照E增强而增大。3)光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性用于描述光电流I和光照强度之间的关系，绝大多数光敏电阻光照特性曲线是非线性的，光敏电阻一般用作开关式的光电转换器而不宜用作线性测量元件。4)光敏电阻的光谱特性对于不同波长的光，不同的光敏电阻的灵敏度是不同的。在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。5)光敏电阻的响应时间和频率特性光敏电阻的光电流不能随着光照量的改