自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 課件 項目五光電傳感器

傳感器與自動檢測技術(shù)項目四光電傳感器光電傳感器:將光信號（紅外、可見光及紫外光）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。被測量的變化光信號的變化電信號的變化什么是光電傳感器光電傳感器可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測量、氣體成分分析等任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理任務(wù)二：探究常見光電元件及特性任務(wù)三：分析光電傳感器的應(yīng)用結(jié)論：用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf的光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。

任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理外光電效應(yīng)任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理內(nèi)光電效應(yīng)——

光電導(dǎo)效應(yīng)任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理內(nèi)光電效應(yīng)——

光敏晶體管效應(yīng)任務(wù)一：探索光電傳感器的工作原理內(nèi)光電效應(yīng)——

光生伏特效應(yīng)常見的光電元件有：光電管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。任務(wù)二：探究常見光電元件及特性

（a）光電管(b)光敏電阻(c)光敏二極管（d）光敏三極管(e)光電池

光電管——外光電效應(yīng)結(jié)構(gòu)：在真空玻璃管內(nèi)裝有光電陰極和陽極，感光面對準光的照射孔。當光線照射到光敏材料，便有電子逸出，并被正電位的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流。原理：基于外光電效應(yīng)光→陰極→光電子→陽極→空間電子流→外接電阻→壓降U=f(I)（實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換）特點：簡單，靈敏度低，在微光測量中通常采用光電倍增管。光電管的符號與外形任務(wù)二：探究常見光電元件及特性光敏電阻——光電導(dǎo)效應(yīng)結(jié)構(gòu)：光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖，由一塊兩邊帶有金屬電極的均質(zhì)光電半導(dǎo)體組成。原理：基于光電導(dǎo)效應(yīng)無光照：光敏電阻阻值很大；有光照：光子能量大于材料禁帶寬度，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出電子-空穴對，使電阻降低；光線愈強,激發(fā)出的電子-空穴對越多，電阻值越低；光照停止：自由電子與空穴復(fù)合,導(dǎo)電性能下降,電阻恢復(fù)原值。光敏電阻——參數(shù)特點：

暗電阻一般超過1MΩ,甚至高達100MΩ，亮電阻則在幾kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在102～106之間，靈敏度很高。

暗電阻：指光敏電阻置于室溫和全暗條件下，經(jīng)一段時間穩(wěn)定后測得的阻值，這時在給定的工作電壓下測得的電流稱暗電流。亮電阻：光敏電阻置于室溫和一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻，這時在給定工作電壓下的電流稱為亮電流。光電流：亮電流和暗電流之間的差稱為光電流。光敏電阻的符號與外形任務(wù)二：探究常見光電元件及特性光敏二極管——光敏晶體管效應(yīng)光敏二極管:利用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件,結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。PN結(jié)安裝在管的頂部,便于接受光照。外殼上面有一透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感面上。為了獲得盡可能大的光生電流,PN結(jié)的面積比一般二極管要大。為了光電轉(zhuǎn)換效率高,PN結(jié)的深度較一般二極管淺。光敏二極管大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。當光照射時，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。當光不照射時，光敏二極管處于截止狀態(tài)。光敏晶體管的符號與外形任務(wù)二：探究常見光電元件及特性光電池——光生伏特效應(yīng)原理：基于光生伏特效應(yīng)光電池有較大面積的PN結(jié)，當光照到PN結(jié)區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對，在N區(qū)聚積負電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)光生電動勢。種類：硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等+光PN－SiO2RL光電池可把太陽能直接變電能，又稱為太陽能電池,是發(fā)電式有源元件。下電極梳狀電極SiO2抗反射膜PN光電池的符號與外形任務(wù)二：探究常見光電元件及特性按被測物與光電元件和光源之間的關(guān)系，光電式傳感器的應(yīng)用有以下四種：

1、光源本身就是被測物。如：光電比色溫度計、光照度計等被測物光電元件2、恒定光源發(fā)出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電元件上。如：測液體透明度、煙塵濃度等

被測物光電元件恒光源任務(wù)三：分析光電傳感器的應(yīng)用

3、恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)過被測物遮擋一部分后照射到光電元件上。如：測元件尺寸、運動狀態(tài)等被測物光電元件恒光源4、恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物反射后到達光電元件上。如：測紙張白度、零件表面粗糙度、光電轉(zhuǎn)速表等任務(wù)三：分析光電傳感器的應(yīng)用任務(wù)三：分析光電傳感器的應(yīng)用1.紅外線輻射溫度計

紅外輻射溫度計既可用于高溫測量，又可用于冰點以下的溫度測量，所以是輻射溫度計的發(fā)展趨勢。市售的紅外輻射溫度計的溫度范圍可以從-30℃~3000℃，中間分成若干個不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號。食品溫度測量集成IC溫度測量任務(wù)三：分析光電傳感器的應(yīng)用2.反射式煙霧報警器

在沒有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)出的紅外光無法到達紅外光敏三極管。

當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產(chǎn)生漫反射（圖中只畫出幾個微粒的反射示