传感器与检测技术第二版胡向东著第九章 光电式传感器课件.ppt

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1、下页返回第9章光电式传感器9.1概述9.2光电效应与光电器件9.3光电式传感器的应用9.4CCD固体图像传感器9.5光纤传感器本章要点光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。9.1　概述9.1.1光电式传感器的类别光电式传感器（或称光敏传感器）是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。按工作原理分类光电效应传感器红外热释电探测器固体图像传感器光纤传感器下页上页返回红外热释电探测器主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。固体图像传感器主要是用CCD电荷

2、耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成CCD图像传感器。光纤传感器利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接收解调后变成电信号。下页上页返回光电效应传感器光电效应：因光照引起物体电学特性改变的现象，包括光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等。特点：光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强（不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式测量等特点；可直接检测光信号，间接测量温度、压力、位移、速度、加速度等；发展速度快、应用范

3、围广，具有很大的应用潜力。下页上页返回9.1.2光电式传感器的基本形式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制和调制电路部分完成从光信号到电信号的转换后的电信号传输与输出等下页上页返回四种基本形式透射式反射式辐射式开关式下页上页返回下页上页返回9.2光电效应与光电器件光可认为是由具有一定能量的粒子所组成，而每个光子所具有的能量E与其频率大小成正比。光照射在物体上就可看成是一连串的具有能量为E（E=hf）的粒子轰击在物体上。所谓光电效应即是由于物体吸收了能量为E的光后产生的电效应。光电效应可分为：9.2.1外光电效应型光电器件指在光的照射下，材料中的电子逸出表面

4、的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。下页上页返回1.光电管及其特性一、构造图9-2光电管的结构与测量电路下页上页返回二、特性①光照特性表示当光电管的阳极电压一定时，阳极电流I与入射在阴极上光通量φ之间的关系。下页上页返回②伏安特性当入射光的频谱及光通量一定时，阳极与阴极之间的电压同光电流的关系叫伏安特性。图9-3光电管的伏安特性下页上页返回③光谱特性光电管对光谱有选择性：保持光通量和阳极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。不同光电阴极材料的光电管，对同一波长的光有不同的灵敏度；同一种阴极材料的光电管对于不同波长的光的灵敏度也不同。图9-3光电倍增管外形结

5、构及电路2.光电倍增管及其特性下页上页返回倍增系数M阳极电流光电倍增管的电流放大倍数光电倍增管灵敏度比普通光电管高（105-108）倍，一般用于微弱光照条件。下页上页返回n=9-11内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象内光电效应可分为：因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应因光照产生电动势的光生伏特效应9.2.2内光电效应光电器件及其特性下页上页返回下页上页返回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。1.光敏电阻图9-8光敏电阻的结构及表示符号典型器件下页上页返回优点：灵敏度高，体积小、重量轻，光谱响应范围

6、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、灯光（航标灯）自动控制等。下页上页返回下页上页返回结构与一般二极管相似，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。2.光敏二极管下页上页返回3.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。4.光电池下页上页返回下页上页返回光电池是基于光生伏特效应制

7、成的，是自发电式有源器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在PN结附近激发电子-空穴对，在电场作用下，电子、空穴产生定向移动，在PN结的两端产生电位差。硅光电池硒光电池下页上页返回一、光电（照）特性光电特性是指这些半导体光电元件产生的光电流与光照之间的关系。图9-9半导体光电元件的光电特性硒光敏电阻光敏晶体管硅光电池特性下页上页返回二、伏安特性伏安特性是指光照一定时，这些光电元件的端电压U与电流I之间的关系。图9-10半导体光电元件的伏安特性下页上页返回半导体光电元件对不同波长的光，其灵敏度