第10章 光电式传感器ppt课件.ppt

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1、传感器技术第8章光电式传感器第8章光电式传感器光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电式传感器的物理基础是光电效应。8.1光电效应8.2光电器件8.3光电式传感器的应用8.1光电效应外光电效应:在光线作用下使物体的电子逸出表面向外发射的现象。如光电管、光电倍增管.爱因斯坦光电效应方程光子能量必须超过逸出功A0，才能产生光电子；光子能量等于逸出功A0，红限频率内光电效应当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象光电导效应在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻阻挡层光电效应(光生伏特效应):在光线作用

2、下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等8.2光电器件8.2.1光电管8.2.2光电倍增管8.2.3光敏电阻8.2.4光敏二极管和光敏晶体管8.2.5光电池8.2.1光电管当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。真空光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管:构造和真空光电管基本相同，所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体优点：灵敏度提高缺点：随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差伏安特性伏安特性：当入射光的频谱及光通量一定时，阳极电压与阳极电流之间的关系光电特性光电特性—阳极电压

3、一定时，光电管的电流与入射的光通量之间的关系曲线1：氧铯阴极曲线2：锑铯阴极光电管的灵敏度：光电流与入射光光通量之比（光电特性曲线的斜率）光电管的光电特性255075100200.51.52.0Φ/1mIA/μA1.02.51光谱特性光谱特性：保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系。对各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。白光光源，用锑铯材料制成阴极；红外光源，常用银氧铯阴极；紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极8.2.2光电倍增管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增管作用：放大光电流组成：光电阴极+若干倍增极+阳极光电倍增管工作原理原理：光→阴极→光

4、电倍增极→阳极→电流倍增极上电位逐级升高，阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，且倍增极由次级发射材料制成，在电子轰击下，能产生更多的“次级电子”引起二次电子发射二次电子发射系数σσ=二次发射电子数／入射电子数若倍增极有n极，每极倍增系数相同，则倍增率为σn特点：光电流大，灵敏度高8.2.3光敏电阻一、光敏电阻的工作原理及结构二、光敏电阻的主要参数三、光敏电阻的基本特性一、光敏电阻的工作原理及结构原理：电阻器件，加直流偏压，无极性无光照—电子-空穴对很少—电阻大(暗电阻)—电路中电流很小有光照—电子-空穴对增多—导电性增强—电流迅速增加光敏电阻演示当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻

5、值减小，电流增大。暗电流（越小越好）光敏电阻的结构1.玻璃，2.光电导层3.电极，4.绝缘衬底5.金属壳，6.黑色绝缘玻璃7.引线结构：金属或者塑料封装---防潮特点：灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定材料：金属硫化物、硒化物、碲化物。光敏电阻当光敏电阻受到光照时，阻值减小。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。梳状电极二、光敏电阻的主要参数（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻在某

6、一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。三、光敏电阻的基本特性1.伏安特性2.光照特性3.光谱特性4.响应时间和频率特性5.温度特性1.伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系偏压一定，光照度越大，光电流也就越大；光照度一定，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。2.光照特性光敏电阻的光电流与光强之间的关系由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。3.光谱特性

7、光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的4.响应时间和频率特性光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。通常用响应时间t表示。光敏电阻的频率特性不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间5.温度特性光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。硫化镉光敏电阻的温度特性温度系数:在一定光照下，温度每变化1℃，光敏电阻阻值的平均变化率温度对光谱特性影响随着温度升高，光谱响应峰值向