傳感與檢測52光電式傳感器

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1、第五章電量型傳感器5.2光電式傳感器自動檢測與傳感器技術(shù)光電式傳感器概念光電式傳感器（或稱光敏傳感器）是利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號（電壓、電流、電阻等）的裝置。按工作原理分類光電效應(yīng)傳感器紅外熱釋電探測器光纖傳感器§5.2.1光電式傳感器的基本形式由光路及電路兩大部分組成光路部分實(shí)現(xiàn)被測信號對光量的控制和調(diào)制電路部分完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換四種基本形式透射式反射式輻射式開關(guān)式§5.2.2光電效應(yīng)與光電器件光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量可表示為光電效應(yīng)方程光電器件光電器件是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N傳感器件。是構(gòu)成光電式傳感

2、器的主要部件。光電器件工件的物理基礎(chǔ)：光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的形式分為：內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)5.2.3外光電效應(yīng)型光電器件當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會克服正離子對它的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。即外光電效應(yīng)是在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有光電管和光電倍增管。1、光電管及其基本特性光電管的伏安特性光電管的光照特性光電管的光譜特性2、光電倍增管及其基本特性主要參數(shù)倍增系數(shù)M陽

3、極電流光電倍增管的電流放大倍數(shù)光電陰極靈敏度和光電倍增管總靈敏度暗電流光電倍增管的光譜特性內(nèi)光電效應(yīng)型光電器件內(nèi)光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象這種效應(yīng)可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動勢的光生伏特效應(yīng)兩種內(nèi)光電效應(yīng)分類光電導(dǎo)效應(yīng)在光線作用下，對于半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低的現(xiàn)象。如光敏電阻光生伏特效應(yīng)在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。如

4、光電池。（1）光敏電阻1.光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電陰是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級，亮電阻值在幾千歐以下。光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu)(a)光敏電阻結(jié)構(gòu)；(b)光敏電阻電極；(c)光敏電阻接線圖2.光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻光敏

5、電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。亮電阻光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。光電流亮電流與暗電流之差光照特性指光敏電阻的光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系光敏電阻的光照特性3、光敏電阻的基本特性光譜特性光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系。即光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的光譜特性伏安特性在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系。硫化鎘光敏電阻的伏安特性頻率特性光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立

6、刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示，對應(yīng)著不同材料的頻率特性。光敏電阻的頻率特性溫度特性光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化時(shí)，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)、靈敏度和暗電阻。硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性（2）光電池光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。即電源。工作原理：基于“光生伏特效應(yīng)”。光電池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，例如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，

7、電子-空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。光電池種類光電池的種類很多，有硅光電池、硒光電池、鍺光電池、砷化鎵光電池、氧化亞銅光電池等最受人們重視的是硅光電池。因?yàn)樗哂行阅芊€(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、轉(zhuǎn)換效率高、能耐高溫輻射、價(jià)格便宜、壽命長等特點(diǎn)。它不僅廣泛應(yīng)用于人造衛(wèi)星和宇宙飛船作為太陽能電池，而且也廣泛應(yīng)用于自動檢測和其它測試系統(tǒng)中硒光電池由于其光譜峰值位于人眼的視覺范圍，所以在很多分析儀器、測量儀表中也常常用到。光電池結(jié)構(gòu)、符號光電池基本特性光譜特性光電池對不同波長的光的靈敏度是

8、不同的。硅光電池的光譜特性光照特性光電池在不同光照度下，其光電流和光生電動勢是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性硅光電池的光照特性頻率特性溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。硅光電池的溫度特性（3）光敏二極管和光