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1、2021/7/211第7章光電式傳感器2021/7/212引言光電式傳感器是把被測(cè)物理量的變化先轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件把光信號(hào)變換成電信號(hào)的一種傳感器。光電式傳感器的測(cè)量方法靈活多樣，并且具有使用方便、非接觸、高精度、高分辨力、高可靠性和反應(yīng)快等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展十分迅速，而且隨著激光、光柵、光導(dǎo)纖維、CCD等器件的相繼問(wèn)世，光電傳感器在檢測(cè)及自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到了更廣泛的應(yīng)用。2021/7/2137.1.1光電效應(yīng)所謂光電效應(yīng)是指在光的照射下一些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體材料釋放電子的現(xiàn)象。
2、光子是具有一定能量的微粒，是以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流。每一個(gè)光子都具有一定的能量，它的能量大小E與其頻率成正比。7.1光電傳感器2021/7/2147.1.1光電效應(yīng)光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。當(dāng)物體在光的作用下所釋放的電子沒(méi)有逸出物體表面，而只在物體的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)并使物體的電學(xué)特性發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)多產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料內(nèi)。當(dāng)物體在光的作用下使物體中的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象，叫做外光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬或金屬氧化物內(nèi)。2021/7/215特點(diǎn)光的波長(zhǎng)越短，即頻率越高，其光子的能量也
3、越大；反之，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其光子的能量也就越小。不同顏色的光子由于其光波頻率不同其能量也是不同的，綠光光子比紅光光子具有更多的能量，照射在物體上可看作是一連串具有能量為E的粒子轟擊在物體上。光子與物質(zhì)間的連接體是電子。2021/7/2167.1.2外光電效應(yīng)器件光電管2021/7/2177.1.2外光電效應(yīng)器件光電管的伏安特性曲線2021/7/2187.1.2外光電效應(yīng)器件光電管的光照特性2021/7/2197.1.2外光電效應(yīng)器件光電管的光譜特性曲線2021/7/21107.1.2外光電效應(yīng)器件光電倍增管20
4、21/7/21117.1.2外光電效應(yīng)器件光電倍增管的工作原理基于外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)基礎(chǔ)上。在光電倍增管的各倍增電極D1、D2、D3…和陽(yáng)極上，依次有逐漸增高的正電壓，即陰極電位最低，從陰極開始，各個(gè)倍增電極的電位依次升高，陽(yáng)極電位最高，而且相鄰兩極之間電壓應(yīng)使二次發(fā)射系數(shù)大于1。在入射光作用下，光電陰極發(fā)射的光電子在D1電場(chǎng)作用下，以高速向倍增電極D1打去，產(chǎn)生二次發(fā)射，于是更多的二次發(fā)射電子又在D2電場(chǎng)作用下，射向第二倍增電極，激發(fā)更多的次發(fā)射電子，如此下去，一個(gè)光電子將激發(fā)更多的二次發(fā)射電
5、子，如此不斷倍增，最后陽(yáng)極收集到的電子數(shù)將達(dá)到陰極發(fā)射電子數(shù)的105～106倍，即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)到幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)倍。因此，在很微弱的光照下，光電倍增管也能產(chǎn)生很大的光電流。2021/7/21127.1.2外光電效應(yīng)器件光電倍增管的主要參數(shù)（1)倍增系數(shù)M。（2)光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。2021/7/21137.1.3內(nèi)光電效應(yīng)器件光電倍增管的主要參數(shù)（1）倍增系數(shù)M。（2）光電陰極靈敏度和光電倍增管的總靈敏度。2021/7/21141．光
6、敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電元件。它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)2021/7/2115（1）光敏電阻的原理和結(jié)構(gòu)。光敏電阻受到光照時(shí)，由于內(nèi)光電效應(yīng)，因而其導(dǎo)電性能增強(qiáng)而電阻R0值下降，所以流過(guò)負(fù)載電阻RL的電流及其兩端電壓會(huì)發(fā)生變化。一般而言，光線越強(qiáng)，電流越大。當(dāng)光照停止時(shí)，光電效應(yīng)會(huì)立即消失，電阻又恢復(fù)原值。2021/7/2116光敏電阻當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，阻值減小。2021/7/2117（2）光敏電阻的基本特性和
7、主要參數(shù)。光敏電阻的伏安特性。光敏電阻的伏安特性2021/7/2118光敏電阻的頻率特性光敏電阻的光譜特性。2021/7/2119光敏電阻的頻率特性暗電阻、亮電阻與光電流。光敏電阻在受到光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流。在沒(méi)有受到光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過(guò)的電流被稱為暗電流。2021/7/2120光敏電阻的溫度特性。2021/7/21212．光敏晶體管光敏晶體管包括光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管，它們的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏三極管的靈敏度比光敏二極管高，但頻率特性較差，目前
8、廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、光電讀出裝置等場(chǎng)合。光敏晶閘管主要應(yīng)用于光控開關(guān)電路2021/7/2122（1）光敏晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理①光敏二極管。通常處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)沒(méi)有光照射時(shí)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。1—負(fù)極引腳2—管芯3—外殼4—玻璃聚光鏡5—正極引腳6—N型襯底7—SiO2保護(hù)圈8—SiO2透明保護(hù)層9
