光電式傳感器15

1、第六章 光電式傳感器 本章重要介紹以下幾個(gè)內(nèi)容: 1、光電效應(yīng)及其分類(lèi) 2、各種外光電效應(yīng)器件的原理和結(jié)構(gòu)3、各種內(nèi)光電效應(yīng)器件的原理和結(jié)構(gòu) 4、圖像傳感器的原理和結(jié)構(gòu) 5、各種光電傳感器的實(shí)際應(yīng)用 重點(diǎn)是掌握光電效應(yīng)的原理，熟悉各種光電傳感器的應(yīng)用。16.1.1 外光電效應(yīng)在光線照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，也叫光電發(fā)射效應(yīng)。其中，向外發(fā)射的電子稱(chēng)為光電子，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的物質(zhì)稱(chēng)為光電材料。6.1 光 電 效 應(yīng)每個(gè)光子具有的能量：愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程 ：2在光線照射下，物體內(nèi)的電子不能逸出物體表面，而使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。 光

2、電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量后而引起物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。6.1.2 內(nèi)光電效應(yīng)3電子能級(jí)示意圖4在光線照射下，半導(dǎo)體材料吸收光能后，引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。 光生伏特效應(yīng)56.2.1 光電管1. 光電管的結(jié)構(gòu)：6.2 外光電效應(yīng)器件62. 光電管的工作原理71. 光電倍增管的結(jié)構(gòu)6.2.2 光電倍增管8 光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，將光電流在管內(nèi)部進(jìn)行放大。 所謂的二次電子是指當(dāng)電子或光子以足夠大的速度轟擊金屬表面而使金屬內(nèi)部的電子再次逸出金屬表面，這種再次逸出金屬表面的電子叫做二次電子。2. 光電倍增管的工作原理9 當(dāng)入射光的光子

3、打在光電陰極上時(shí)，光電陰極發(fā)射出電子，該電子流又打在電位較高的第一倍增極上，于是又產(chǎn)生新的二次電子；第一倍增極產(chǎn)生的二次電子又打在比第一倍增極電位高的第二倍增極上，該倍增極同樣也會(huì)產(chǎn)生二次電子發(fā)射，如此連續(xù)進(jìn)行下去，直到最后一級(jí)的倍增極產(chǎn)生的二次電子被更高電位的陽(yáng)極收集為止，從而在整個(gè)回路里形成光電流 IA 。光電倍增管的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程:10光電倍增管倍增系數(shù)與工作電壓關(guān)系11 1. 煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀6.2.3 外光電效應(yīng)器件的應(yīng)用122. 路燈光電控制器136.3 光電導(dǎo)器件 采用具有內(nèi)光電效應(yīng)的光導(dǎo)材料制成的，為純電阻元件，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。圖7-5 光敏電阻的結(jié)構(gòu)及表示符號(hào)6.3.1

4、光敏電阻142. 光敏電阻的工作原理1. 光敏電阻的結(jié)構(gòu)15 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，體積小、重量輕，光譜響應(yīng)范圍寬，機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊和振動(dòng)，壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：使用時(shí)需要有外部電源，同時(shí)當(dāng)有電流通過(guò)它時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱的問(wèn)題。 材料：硫化物（CdS、PbS、TlS） 硒化物（CdSe、PbSe） 碲化物（PbTe）等 應(yīng)用：照相機(jī)自動(dòng)嚗光、電視機(jī)亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)、航標(biāo)燈自動(dòng)控制等。161. 燈光亮度自動(dòng)控制器6.3.2 光電導(dǎo)器件的應(yīng)用172. 光控閃爍安全警示燈183. 測(cè)光器19 1. 光敏二極管的結(jié)構(gòu)6.4 光生伏特器件6.4.1 光敏二極管202. 光敏二極管的原理光敏二極管 通常工作于反向工

5、作狀態(tài)，當(dāng)不受光線照射時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)受光線照射時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)。21光敏三極管結(jié)構(gòu)：6.4.2 光敏三極管222. 光敏三極管的原理光敏三極管 光電流相當(dāng)于三極管的基極，集電極電流是光電流的 倍，比光敏二極管具有更高的靈敏度。231. 光電池的結(jié)構(gòu)6.4.3 光電池242. 光電池的原理251. 注油液位控制裝置6.4.4 光生伏特器件的應(yīng)用26液位控制電路 ：272. 光控閃光標(biāo)志燈283. 測(cè)光文具盒29光電耦合器結(jié)構(gòu)圖4. 光電耦合器30光電耦合器組合形式光電耦合器特性曲線31 脈沖及直流電平轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)信號(hào)傳輸 不同邏輯電路接口 抗干擾 高低壓隔離等。 作用：32 要使光電式傳感器

6、能很好地工作。除了合理選用光電轉(zhuǎn)換元件外，還必須配備合適的光源、可靠的光學(xué)通路和合理的測(cè)量電路。被測(cè)量X1直接對(duì)光源作用被測(cè)量X2 作用于光學(xué)通路，對(duì)光通量進(jìn)行解調(diào) 光電式傳感器的測(cè)量電路33 光源及光學(xué)通路 光源 熱輻射光源：利用發(fā)熱物體向空間發(fā)出一定的光輻射 （如白熾燈、鹵鎢燈等）。 氣體放電光源：利用電流通過(guò)氣體放電的現(xiàn)象（發(fā)光） （如日光燈、低壓汞燈、氙燈、氦燈等）。 電致發(fā)光器件：利用固體發(fā)光材料在電場(chǎng)激發(fā)下產(chǎn)生 發(fā)光現(xiàn)象（如發(fā)光二極管）。 激光器：即光受激輻射放大，分為固體激光器、氣體激 光器、半導(dǎo)體激光器和液體激光器等。34包括透鏡、濾光片、棱鏡、光通量調(diào)制器、光柵等。 光學(xué)通路

7、356.5 圖像傳感器6.5.1 CCD圖像傳感器 電荷耦合器件（CCDCharge-Coupled Devices）是典型的固體圖象傳感器，它是1970年貝爾實(shí)驗(yàn)室的WSBoyle和GESmith發(fā)明的，它與光敏二極管陣列集成為一體，構(gòu)成具有自掃描功能的CCD圖象傳感器。它不僅作為高質(zhì)量固體化的攝象器件成功地應(yīng)用于廣播電視、可視電話和無(wú)線電傳真，而且在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)和控制等領(lǐng)域已顯示出廣闊的前景和巨大的潛力。36 MOS光敏元的結(jié)構(gòu)原理圖信息電荷的轉(zhuǎn)移原理圖372. CCD圖像傳感器的工作原理38圖像傳感器的轉(zhuǎn)移過(guò)程39線陣CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu)40幀轉(zhuǎn)移面陣圖像傳感器的結(jié)構(gòu)411. CCD

8、在汽車(chē)前照燈配光測(cè)試中的應(yīng)用6.5.2 圖像傳感器的應(yīng)用422. CCD傳感器在光電精密測(cè)徑系統(tǒng)中的應(yīng)用43工件尺寸測(cè)量系統(tǒng)44鈔票檢查系統(tǒng)原理圖45x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z

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