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《传感与检测技术 第八章 光电传感器课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第八章光电传感器本章学习要求完成本章内容的学习后应能做到： 1.理解光电效应2.理解各种光电转换元件工作原理3.熟悉光电传感器的应用主要内容第一节光电效应及分类一、光电传感器概述二、光电效应三、光电效应分类1.外光电效应2.内光电效应四、光电传感器应用实例1.定义通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。2.结构光源、光学元件和光电变换器三部分组成。3.工作原理被测量使光源发射的光通量变化→光电变换器接受到的光通量相应变化→输出电量也作相应地变化。4.优点结构简单、体积小、响应快
2、，可靠性高、抗干扰能力强。一、光电传感器概述二、光电效应定义光照射在物体上可看成一连串具有能量的光子对物体的轰击，物体吸收光子能量产生相应的电效应。光子能量光的频率光速光的波长式中h=6.626×10-34J·S，为普朗克常数。外光电效应（1887/赫兹/德国）：光照射固体而从表面逸出电子的现象，称为外光电效应（光电发射效应）;基于外光电效应的光电器件属于光电发射型器件,有光电管、光电倍增管等。1.外光电效应通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为外光电效应和内光电效应。三、光电效应的分类光电倍增管工作原理图K光
3、电阴极D1～D6光电倍增极光电阳极（1）组成光电阴极：由半导体材料锑－铯制造，入射光在它上面打出光电子。光电倍增极：数目在4～14个不等。光电阳极：收集电子，外电路形成电流输出。在工作时,这些电极的电位是逐级增高的。阴极K电位最低，阳极A电位最高。各电极之间保持上百伏的电压差。光电倍增管工作原理图（2）工作原理：光→阴极→光电倍增极→阳极→光电流光线→光电阴极(D1正电位作用)→加速并打在第一倍增极D1上,产生二次发射；D1的二次发射电子(D2正电位作用)→加速入射到电极D2上；…这样逐级前进,一直到达阳极A为止
4、。由上述的工作过程可见,光电流是逐级递增的,因此光电倍增管具有很高的灵敏度。特点：产生光电流，对光电流有放大作用。如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子，这个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极，设这时第一倍增极有σ个二次电子，这σ个电子又轰击第二倍增极，而其产生的二次电子又增加σ倍，经过n个倍增极后，原先的1个电子将变成σn个电子，这些电子最后被阳极所收集而在光电阴极与阳极之间形成电流。构成倍增极材料的σ>1，设σ＝4，n＝10，放大倍数为σ＝410≈106可见，光电倍增管的放大倍数是很高的
5、。受光照物体(通常为半导体材料)电导率发生变化或产生光电动势的效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原理分为两种：光电导效应和光生伏特效应。2、内光电效应（1）光电导效应原理：光→半导体→电子吸收能量→跃迁→电子-空穴对→导电性能→电阻值。基于这种效应的光电器件有光敏电阻(光电导型)和反向工作的光敏二极管、光敏三极管(光电导结型)。导带禁带价带半导体能带图特点：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,寿命长等优点。a.光敏电阻(光导管)原理：电阻器件，加直流偏压，无极性无光照---电子
6、-空穴对很少---电阻大(暗电阻)---暗电流很小有光照---电子-空穴对增多---电阻小(亮电阻)---亮电流很大主要参数：暗电流：光照时，通过光敏电阻的电流；亮电流：有光照时，通过光敏电阻的电流；光电流＝亮电流－暗电流4.基本特性光谱特性光照特性伏安特性频率特性温度特性部分光敏元件的光谱特性光敏电阻的光谱特性是指光电流对不同波长单色光的相对灵敏度。部分光敏元件的光谱特性光敏电阻的光谱特性是指光电流对不同波长单色光的相对灵敏度。光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性是指在一定的电压下，光电流I与光照强度E的关系。
7、光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性是指在一定强度的光照下，光敏电阻的端电压与光电流的关系。光敏电阻的频率特性频率特性系指光敏电阻上的光电流对入射光调制频率的响应特性。硫光铅光谱温度特性温度特性系指光敏电阻工作特性受温度的影响。光敏管的工作原理与光敏电阻是相似的,其差别只是光照在半导体结上而已。b.光敏二极管和光敏三极管（a）光敏二极管（b）光敏三极管光生伏特效应指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。因此光生伏特型光电器件是自发电式的,属有源器件。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件,
8、硒和硅是光电池常用的材料,也可以使用锗。2.光生伏特效应硅光电池：在N型硅片上掺入P型杂质，形成一个大面积的PN结。光电池在不同光照强度下，有不同的光生电势或光生电流。硅光电池光照特性四、光电传感器的应用实例由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和响应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应
