光電式傳感器

1、光電式傳感器photoelectric transducer，基于光電效應(yīng)的傳感器，在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。它除能測量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。光電測量時(shí)不與被測對(duì)象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對(duì)被測對(duì)象幾乎不施加壓力。因此在許多應(yīng)用場合，光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是在某些應(yīng)用方面，光學(xué)器件和電子器件價(jià)格較貴，并且對(duì)測量的環(huán)境條件要求較高。概述光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器，光電式傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)

2、換元件的光電效應(yīng)。由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多，具有非接觸，高精度，高可靠性和反應(yīng)快等特點(diǎn)，使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。類型光電式傳感器有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管和光電三極管、光電池、半導(dǎo)體色敏傳感器、光電閘流晶體管、熱釋電傳感器、光電耦合器件等光電元件。另外，光電式傳感器還可分為模擬式光電式傳感器和脈沖式光電式傳感器兩類。應(yīng)用光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)?而且可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單?形式靈活多樣?體積小。近年來?隨著光電技術(shù)的發(fā)展?光電式傳感器已成為系列產(chǎn)品?其品種及產(chǎn)量日益增加?用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格的產(chǎn)品?它在機(jī)電控

3、制、計(jì)算機(jī)、國防科技等方面。光電效應(yīng)它是光照射到某些物質(zhì)上，使該物質(zhì)的導(dǎo)電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象，可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三類。外光電效應(yīng)是指，在光線作用下物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的物理現(xiàn)象。光子是以量子化“粒子”的形式對(duì)可見光波段內(nèi)電磁波的描述。光子具有能量hv，h為普朗克常數(shù)，v為光頻。光子通量則相應(yīng)于光強(qiáng)。外光電效應(yīng)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程描述：Ek =h -W其中，h表示普朗克常量，表示入射光的頻率）。當(dāng)光子能量等于或大于逸出功時(shí)才能產(chǎn)生外光電效應(yīng)。因此每一種物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)于光電效應(yīng)的光頻閾值，稱為紅限頻率。對(duì)于紅限頻率以上的入射光，外生光電流與光強(qiáng)成正比

4、。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類。光電導(dǎo)效應(yīng)是指，半導(dǎo)體材料在光照下禁帶中的電子受到能量不低于禁帶寬度的光子的激發(fā)而躍遷到導(dǎo)帶，從而增加電導(dǎo)率的現(xiàn)象。能量對(duì)應(yīng)于禁帶寬度的光子的波長稱光電導(dǎo)效應(yīng)的臨界波長。光生伏打效應(yīng)是指光線作用能使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光生伏打效應(yīng)又可分為勢(shì)壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）和側(cè)向光電效應(yīng)。勢(shì)壘效應(yīng)的機(jī)理是在金屬和半導(dǎo)體的接觸區(qū)(或在PN結(jié))中，電子受光子的激發(fā)脫離勢(shì)壘（或禁帶）的束縛而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在阻擋層內(nèi)電場的作用下電子移向 N區(qū)外側(cè)，空穴移向 P區(qū)外側(cè)，形成光生電動(dòng)勢(shì)。側(cè)向光電效應(yīng)是當(dāng)光電器件敏感面受光照不均勻時(shí)，受光激發(fā)而產(chǎn)生的電子空

5、穴對(duì)的濃度也不均勻，電子向未被照射部分?jǐn)U散，引起光照部分帶正電、未被光照部分帶負(fù)電的一種現(xiàn)象。外光電效應(yīng)光子，光子能量；光電子外光電效應(yīng)是指在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)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(dòng)勢(shì)的效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：光敏電阻、光敏二極管（晶體管）光生伏特效應(yīng)：光電池光敏電阻無光照時(shí)，光敏電阻阻值很大，電路中電流很?。划?dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值急劇減小，電路中電流迅速增大。光敏管1.光敏二極管光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)暗電流、光電流（光照越強(qiáng)，光電流？）2.光敏三極管基極無引出線，集電極相對(duì)于發(fā)射極為正電壓

6、當(dāng)光照射在集電結(jié)上時(shí), 就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì), 從而形成光電流, 相當(dāng)于三極管的基極電流。因此集電極電流是光生電流的倍, 所以光敏晶體管有放大作用。光電池一個(gè)大面積的PN節(jié)，光照下產(chǎn)生的電子空穴對(duì)向兩級(jí)擴(kuò)散，形成與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。耦合器件1.光電耦合器2.光電開關(guān)分類基于外光電效應(yīng)的光電敏感器件有光電管和光電倍增管。基于光電導(dǎo)效應(yīng)的有光敏電阻。基于勢(shì)壘效應(yīng)的有光電二極管和光電三極管(見半導(dǎo)體光敏元件)。基于側(cè)向光電效應(yīng)的有反轉(zhuǎn)光敏二極管。光電式傳感器還可按信號(hào)形式分為模擬式光電傳感器(見位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器（見轉(zhuǎn)速傳感器、光柵式傳感器、數(shù)字式傳感器）。光電式傳感器還有光

7、纖傳感器、固體圖像傳感器等。發(fā)展?fàn)顩r1839年A.E.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)光線落在浸沒于電介液中的兩個(gè)金屬電極上，它們之間就產(chǎn)生電勢(shì)，后來稱這種現(xiàn)象為光生伏特效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)。1887年H.R.赫茲發(fā)現(xiàn)外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電管和光電倍增管屬真空電子管或離子管硫化鉈光導(dǎo)探測器的專利權(quán)，但半導(dǎo)體光敏元件卻是在60年代以后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而開始迅速發(fā)展的。在此期間各種光電材料都得到了全面的研究和廣泛的應(yīng)用。它們的結(jié)構(gòu)有單晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它們的成分有元素半導(dǎo)體的和化合物半導(dǎo)體的，也有多元混晶的。其中最重要的兩種是硅和碲鎘汞。硅的原料豐富,工藝成熟,是制造從近紅外到紫外波段光電器件的優(yōu)

8、良材料。碲鎘汞是碲化汞和碲化鎘的混晶，是優(yōu)良的紅外光敏材料。通過對(duì)光電效應(yīng)和器件原理的研究已發(fā)展了多種光電器件（如光敏電阻、光電二極管、光電三極管、場效應(yīng)光電管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件等），適用于不同的場合。光電式傳感器的制造工藝也隨薄膜工藝、平面工藝和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而達(dá)到很高的水平，并使產(chǎn)品的成本大為降低。被稱為新一代攝像器件的聚焦平面集成光敏陣列正在取代傳統(tǒng)的掃描攝像系統(tǒng)。光電式傳感器的最新發(fā)展方向是采用有機(jī)化學(xué)汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長等新技術(shù)和異質(zhì)結(jié)等新工藝。光電式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在紅外探測、輻射測量、光纖通信，自動(dòng)控制等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究也有新發(fā)展。例如，硅光電二極管自校準(zhǔn)技術(shù)的提出為光輻射的絕對(duì)測量提供了一種很有前途的新方法。構(gòu)成特