光敏傳感器工程應(yīng)用ppt課件.ppt

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1、第6章光敏傳感器及工程應(yīng)用6.1光的基本知識6.2常見光電元件6.3光電傳感器6.4光纖傳感器6.5光敏傳感器工程應(yīng)用案例返回主目錄6.1光的基本知識6.1.1光的基本特性由光學(xué)知識可知，光具有波粒二象性。因而它不但具有波的特性，而且還具有顆粒特性。光有可見和不可見之分。其可見光的波長在380~780nm之間。波長在10~380nm之間的稱作紫外線，在780~106nm之間的稱作紅外線。根據(jù)光的量子理論，光又是一種以光速運動的粒子流。這些粒子稱作光子，光子具有能量，每個光子的能量E為式中，h為普朗克常數(shù)；υ為光的頻率。由此可知

2、，不同頻率的光子具有不同的能量。(6-1)光照度是衡量被照射物體表面明亮程度的一個參數(shù)，它表示被照射物體表面單位面積上受到的光通量，單位是勒克斯（lx），光通量是指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。光通量的單位是流明（lm），它們之間的關(guān)系是1(lx)=1(lm/m2)為了測量光照的強弱，就需要光檢測傳感器。所謂光檢測傳感器，實際是將光信號轉(zhuǎn)變成電信號的一種器件，通常人們把它稱作光電轉(zhuǎn)換器件，簡稱為光電器件。6.1.2光電效應(yīng)在光的照射下，物體吸收了光的能量而產(chǎn)生的電現(xiàn)象，

3、稱作光電效應(yīng)。光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。1.外光電效應(yīng)當(dāng)物體內(nèi)的電子在光的照射下逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象就稱作外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子稱作光電子。2.內(nèi)光電效應(yīng)在光的照射下，物體的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象稱作內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩種。1)光電導(dǎo)效應(yīng)當(dāng)物體的電阻率在光的照射下發(fā)生改變的現(xiàn)象稱作光電導(dǎo)效應(yīng)。2)光生伏特效應(yīng)當(dāng)物體在光的照射下產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱作光生伏特效應(yīng)。基于不同的光電效應(yīng)就得到不同的光電元器件。下面就介紹幾種常見的光電器件。光電管的結(jié)構(gòu)

4、如圖6-1所示，它是在一個真空玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極的器件。一個是光電陰極，有的貼在玻璃泡內(nèi)壁，有的是涂在半圓筒形的金屬片上。另一個是陽極，通常是裝在光電陰極前面的一根金屬絲或金屬環(huán)。6.2常見光電元件6.2.1光電管1.光電管的結(jié)構(gòu)及工作原理它的工作原理是基于外光電效應(yīng)：即當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長的光線照射時便向外發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，在管內(nèi)就產(chǎn)生光電子流，在外電路中便產(chǎn)生電流。2.光電管的伏安特性實驗證明，光電管產(chǎn)生的光電子流大小與光通量有關(guān)，當(dāng)光通量φ一定時，陽極電壓U與陽極電流I的關(guān)系曲線如圖6-2所示。6.2

5、.2光電倍增管1.光電倍增管的結(jié)構(gòu)及工作原理在光線比較弱的時候，光電管能產(chǎn)生的光電流很小，為了克服這個缺點，人們又設(shè)計了光電倍增管。它主要由一個光電陰極、若干個倍增極和一個陽極等部分構(gòu)成。倍增極個數(shù)在4~14個之間。四倍增極的光電倍增管結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。其中K為光電陰極，電位最低，D1~D4為倍增極，電位逐次升高，即UD1

6、第一倍增極發(fā)射的二次電子便加速轟擊到第二倍增極D2上，使D2發(fā)射的二次電子數(shù)比D１發(fā)射的電子數(shù)還多。這樣逐級下去，最后一個倍增極所發(fā)射的二次電子數(shù)比從陰極K發(fā)射的光電子數(shù)增加幾個數(shù)量級。最后一個倍增極所發(fā)射的二次電子被陽極A收集，便形成信號電流。光電倍增管的伏安特性曲線與光電管的伏安特性圖6-2相似，其他特性也基本相同，在此不再繁述。它們的主要區(qū)別是使用范圍不同。光電管適合于檢測比較強的光照，而光電倍增管適合于檢測比較微弱的光照。6.2.3光敏電阻1.光敏電阻的結(jié)構(gòu)及工作原理光敏電阻又稱作光導(dǎo)管，是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件，

7、其結(jié)構(gòu)外形和電路符號如圖6-4所示。就是在絕緣材料上均勻地涂上薄薄的一層半導(dǎo)體材料。圖6-4光敏電阻外形和電路符號為了提高靈敏度，半導(dǎo)體材料的兩端裝有梳狀的金屬電極，金屬電極與引線連接；為了防止受潮，外加一個保護殼。光敏電阻的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)。即當(dāng)無光照射時，光敏電阻的電阻值很大；當(dāng)受到一定波長范圍的光照射時，它的電阻值急劇下降。并且光照越強，它的電阻值就越小。光照停止，電阻值又恢復(fù)到原值。光敏電阻無極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流電，也可加交流電。2.光敏電阻的重要參數(shù)1)亮電阻和亮電流光敏電阻在

8、受到光照射時的阻值稱為“亮電阻”，此時電流稱為“亮電流”。2)暗電阻和暗電流光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為“暗電阻”，此時流過的電流稱為“暗電流”。3)光電流光敏電阻的亮電流與暗電流之差稱作“光電流”。光電流越大越好。一般光敏電阻的暗阻值在幾兆歐以上；而亮阻值在幾千歐以下。