電氣測試技術第八章光電式傳感器

第八章光電式傳感器將光量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置電量x1x2光量光源光學通路光電元件光量測量電路電量輸出光電傳感器的組成：工程檢測中的光源，可以是各種發(fā)光器件產(chǎn)生，也可以是物體的輻射光。1工作原理：光電效應物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體的某些電子能量而產(chǎn)生的電效應。光電效應外光電效應內(nèi)光電效應2

一、外光電效應

E=hυ在光照下，物體內(nèi)電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。式中：h——普朗克常數(shù)=6.626×10-34(J·s)

υ——光的頻率（s-1）。當E>時，電子逸出物體表面產(chǎn)生光電子3根據(jù)能量守恒定律：結(jié)論：1、光電子能否產(chǎn)生取決于光子能量是否大于該物體表面逸出功。對某一特定物質(zhì)將對應有一個光頻率閾值，稱紅限頻率。2、光電流與光強成正比。3、必須加負的截止電壓，以保證未工作時光電流為0。4、外光電效應從光照到發(fā)射光電子幾乎瞬間發(fā)生。4真空光電管phototube5光電倍增管（日本）6在各個倍增極上加上一定的電壓，陰極K電位最低，從陰極開始，各個倍增極電位依次升高，陽極A電位最高。7

二、內(nèi)光電效應

在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應稱為內(nèi)光電效應。光電導效應光生伏特效應1、光電池2、光敏電阻3、光敏二極管和光敏三極管4、CCD幾種常見的光電器件88.1常見光電器件一、光敏電阻光敏電阻結(jié)構(gòu)(a)光敏電阻結(jié)構(gòu)；(b)光敏電阻電極；(c)光敏電阻接線圖1.光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理

9光敏電阻演示

當光敏電阻受到光照時，光生電子—空穴對增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）10(1)暗電阻：2.光敏電阻的主要參數(shù)

(3)光電流：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。

(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。

亮電流與暗電流之差稱為光電流。11

Question：那么實際應用中，我們希望暗電阻越大越好？亮電阻呢？Answer：暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，這樣靈敏度就越高。3.光敏電阻的特性

1）伏安特性阻值大小與照度有關電壓越高，光電流越大，且沒有飽和現(xiàn)象。501001502001202040I/mA1：照度10lx2：照度100lxU/V12204060801004008001200160020002400λ/nm312相對靈敏度1——硫化鎘2——硒化鎘3——硫化鉛2）光譜特性與材料有關意義：應根據(jù)實際光源情況選擇不同的光敏電阻材料。133）溫度特性其性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動。2040608010001.02.03.04.0λ/μmI/mA+20oC-20oC硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線14CdS（硫化鎘gé）光敏電阻100M?1K?CdS光敏電阻可單獨或與其他各類傳感器配套，廣泛應用于照相機光圈控制、光電自動控制、光電耦合、自動燈開關及各類可見光波段光電控制測量場合。1516二、光敏二極管和光敏晶體管光敏二極管接線

RL

光PN光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)PN光敏二極管符號－+1.結(jié)構(gòu)和原理

光敏二極管在不受光照射時,處于截止狀態(tài),受光照射時,處于導通狀態(tài)。17NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡圖和基本電路

只有兩根引線，基極沒有引線182.基本特性

光敏二極(晶體)管的光譜特性19硅光敏管的伏安特性(a)硅光敏二極管;(b)硅光敏晶體管

20光敏晶體管的溫度特性21

光控繼電器J228.2光電池內(nèi)電場P（多子為空穴）N（多子為電子）+++－－－－－－+++－－－+++工作原理：直接將光能轉(zhuǎn)化為電能（光生伏特效應）。23光電池的光譜特性

04006008001000120020406080100l/nmS/%硒硅24硅光電池的光照特性

0.30.20.10光生電流/mA0.60.40.2020004000短路電流開路電壓光生電壓/V照度/lx25硅光電池的溫度特性

2040608010001002003004005002.22.01.8開路電壓短路電流溫度/℃U/mVI/mA2627288.3紅外傳感器29

只有在絕對零度(-273.16℃)時，一切物體的分子才會停止運動。所以在絕對零度時，沒有一種物體會發(fā)射紅外線。換言之，在一般的常溫下，所有的物體都是紅外輻射的發(fā)射源。例如火焰、軸承、汽車、飛機、動植物甚至人體等都是紅外輻射源。物理本質(zhì)：熱輻射30紅外探測器：測定物體熱輻射能量的傳感器。紅外輻射電量變化

熱探測器：由于吸收紅外輻射，使得溫度升高，從而進行測量。分類

光子探測器（紅外光敏二極管、紅外光敏三極管）3132鍛造廠自動生產(chǎn)線338.4光電傳感器應用a)掃描筆結(jié)構(gòu)b)掃描筆輸出的脈沖序列34火焰探測報警器電路圖120k120k220k68m＋68mpbs820k3.9MV1V21k32k＋125m150k3.9kV34.7n＋12V中心站放大器358.5光電開關及光電斷續(xù)器原理：紅外線發(fā)射＋光敏接收元件一.光電開關可分為遮斷型反射型作用：檢測物體靠近、通過等狀態(tài)。36231231(a)(b)光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作原理圖在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。