傳感器技術(shù)第6講光電式傳感器

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1、第6講光電式傳感器內(nèi)容：一、光電器件的基本概念；二、光電池；三、紅外傳感器；四、光電傳感器應(yīng)用舉例。目的：1、了解光電式傳感原理和結(jié)構(gòu)；2、掌握光電式傳器的特點(diǎn)及應(yīng)用知識。第6課光電式傳感器1、什么是光電式傳感器？以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器稱光電式傳感器。2、用途主要用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。第6課光電式傳感器3、特點(diǎn)光電式傳感器具有非

2、接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)。因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電式傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。第6課光電式傳感器4、外形特征第6課光電式傳感器4、外形特征第6課光電式傳感器4、外形特征第一節(jié)光電器件的基本概念光電器件—是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件，它是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。什么是光電效應(yīng)?在光照射在某些物質(zhì)上時,物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生電效應(yīng)現(xiàn)象，如導(dǎo)電率變化、釋放電子和產(chǎn)生電動勢等。釋

3、放的電子叫光電子，能產(chǎn)生光效應(yīng)的物質(zhì)叫電材料。第一節(jié)光電器件的基本概念光電效應(yīng)分為以下三種類型：1、內(nèi)光電效應(yīng)--在光線作用下，物體的電導(dǎo)性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。如光敏電阻2、外光電效應(yīng)--在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。如光電管、光電倍增管3、光生伏特效應(yīng)--在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，即阻擋層光電效應(yīng)。如光電池、光敏晶體管。第一節(jié)光電器件的基本概念一、光敏電阻傳感器(一)光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：它是涂于玻璃底板上的一薄層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩

4、端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接人電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。第一節(jié)光電器件的基本概念一、光敏電阻傳感器(二)光敏電阻的主要參數(shù)(3)1．暗電阻光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流。2．亮電阻光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。3．光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。第一節(jié)光電器件的基本概念一、光敏電阻傳感器(三)光敏電阻的基本特性（3點(diǎn)）1．伏安

5、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)系稱為光敏電阻的伏安特性。第一節(jié)光電器件的基本概念一、光敏電阻傳感器(三)光敏電阻的基本特性2．光譜特性光敏電阻的相對光敏靈敏度與人射波長的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。0.65um1.05um2.3um第一節(jié)光電器件的基本概念一、光敏電阻傳感器(三)光敏電阻的基本特性3．溫度特性溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時，光敏電阻的靈敏度和暗電阻都要改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和光敏晶體管(一)

6、光敏二極的管結(jié)構(gòu)光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射結(jié)構(gòu)外形符號第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和光敏晶體管第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和光敏三極管(二)光敏二極管的原理當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對，它們在PN結(jié)處的內(nèi)電場作用下作定向運(yùn)動，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時，處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時，處于導(dǎo)通狀態(tài)。第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和光敏三極管(

7、三)光敏三極管的結(jié)構(gòu)與原理光敏晶體管與一般晶體管相似，具有兩個PN結(jié)，只是它的發(fā)射極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。光敏二極管和光敏三極管的材料幾乎都是硅(si)結(jié)構(gòu)外形符號e第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和光敏三極管(三)光敏三極管的結(jié)構(gòu)與原理光照射在發(fā)射極e與基極b之間的PN結(jié)附近便產(chǎn)生光電流(幾微安，相當(dāng)于三極管的基極電流)，于是在集電極c與基極b之間的PN結(jié)能產(chǎn)生幾毫安電流(相當(dāng)于三極管的集電極電流)。光電三極管的通頻帶較窄，不如光電二極管性能穩(wěn)定，但靈敏度高。第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏二極管和

8、光敏三極管(四)基本特性1．光譜特性從曲線可以看出，硅的峰值波長約為0．9um，鍺的峰值波長約為1．5um，此時靈敏度最大，而當(dāng)入要射光的波長增加或縮短時，相對靈敏度也下降。一般來講，鍺管的暗電流較大，因此性能較差，故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般都用硅管。但對紅外光進(jìn)行探測時，則鍺管較為適宜。第一節(jié)光電器件的基本概念二、光敏