機(jī)械工程測試技術(shù)（第3版）課件：光電傳感器

外光電效應(yīng)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)一、外光電效應(yīng)與光電管外光電效應(yīng)：光線照射到某些金屬(或金屬氧化物)，物體表層的電子吸收光子能量后，逸出物體表面、向外發(fā)射的現(xiàn)象。它是1887年由德國科學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)的。基于這種效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。被測量光信號光電傳感器電信號

光電傳感器金屬底層光電管光透明光電管A——陽極，K——陰極倍增極上的涂料在電子轟擊下能發(fā)射更多電子；倍增極之間有依次增大的加速電壓?；谕夤怆娦?yīng)的器件1.光電管K光電管的應(yīng)用路燈光電控制器－－白天燈滅，天黑時燈亮2.光電倍增管AAAKK光電倍增管的外形二、內(nèi)光電效應(yīng)半導(dǎo)體材料受光照時，物體內(nèi)部的原子釋放出電子(電子仍留在物體內(nèi)部，不逸出),使其電阻值減小、或產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象,稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又分：1.光電導(dǎo)效應(yīng)：在光照時，物體導(dǎo)電能力奇妙增加的現(xiàn)象?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的器件有：光敏電阻2.光生伏特效應(yīng)：在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向

的電動勢的現(xiàn)象?；诠馍匦?yīng)的器件有：光電池、光敏二極管、光敏三極管(1)光敏二極管(也叫光電二極管)光敏二極管的結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體二極管相似。光敏二極管裝在玻璃外殼中，光可直接照射其PN結(jié)。

光敏二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)。NPN光敏二極管符號光敏二極管接線RL光光P光敏二極管光敏二極管(也叫光電二極管)的應(yīng)用機(jī)械學(xué)院電視機(jī)的遙控器(2)光敏三極管光敏三極管有PNP型、NPN型兩種，其結(jié)構(gòu)與一般三極管相似，具有電流增益，只是它的發(fā)射極做的很大，以擴(kuò)大光的照射

面積，而基極不接引線(基極開路)，集電極反向偏置。當(dāng)光線照射到集電結(jié)的基區(qū)時，會產(chǎn)生電子-空穴對，在內(nèi)電場

作用下，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的β倍。cP

N

bP

N

P

be

NERLe

c光敏三極管光敏三極管又稱光電三極管光電三極管的電流受外部光照控制，當(dāng)光照強(qiáng)弱變化時，電極之間的電阻會隨之變化。光電三極管內(nèi)部有兩個PN結(jié)，是在光電二極

管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，它具有放大功能，比光電二極管靈敏得多。光電三極管的工作有兩個過程：1.光電轉(zhuǎn)換---在集-基結(jié)內(nèi)進(jìn)行，把光信號變成電信號，與光電二極管相同。2.將光電流放大。與晶體三極管里集電極的作用一樣。光---電流變化---控制電路通斷非電學(xué)量----傳感器----電學(xué)量----控制電路通斷光電三極管的應(yīng)用：火災(zāi)報警器學(xué)機(jī)械學(xué)院光敏三極管發(fā)光二極管掃描筆條形碼卡片條形碼脈沖列條形碼掃描筆光電掃描筆掃描方向

OUTU工作原理?無光照時，阻值(暗電阻)很大(>1M

)，電路中的電流(暗電流)很小。?當(dāng)受到光照時，阻值(亮電阻)急劇減小(<1K)，電路中電流迅速增大。光敏電阻從電絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體。?光線越強(qiáng)、電流越大。光照停止后，電阻值恢復(fù)到暗電阻。三、光敏電阻(光導(dǎo)管)光電池以可見光作為光

源，在光的不斷照射下，可連續(xù)產(chǎn)生電流。阻擋層——內(nèi)建電場——PN結(jié)1.

原理：光生伏特效應(yīng)半導(dǎo)體材料PN

結(jié)受到光照后，產(chǎn)生一定方向的電動勢，P----

-+++++N+P--+--++-++N用導(dǎo)線連接即形成光電流，構(gòu)成光電池。光照射—光電子空穴對—光生載流子—內(nèi)建電場作用—光生電動勢四、光電池

N光---P-能產(chǎn)生較大電流的大面積光電池?作為能源用的太陽能電池(輕便、無噪音、無污

染)。?組成大面積的光電池組，作為人造衛(wèi)星、宇宙飛船、

太空實驗室的電源。?可作為海洋航標(biāo)燈、鐵路信號燈的電源。?可作為邊遠(yuǎn)山區(qū)的永久性電源。?用于噴氣織機(jī)上，光電池接收緯線反射的光信號，如果接收不到反射信號，說明緯線已斷，通過后續(xù)電路控制織機(jī)的工作狀態(tài)。但是，光電池的電阻很高，：其換能效率不高。硅光電池的換能效率是10~15％，而硒光電池只有1~1.5％2.光電池的應(yīng)用光電池在動力方面的應(yīng)用太陽能賽車硅光電池板

太陽能電動機(jī)太陽能發(fā)電光電傳感器應(yīng)用

四種基本應(yīng)用：輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、

反射式。被測物本身就是輻射源，直接照射在光電元件上。光電高溫計、比色高溫計、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。輻射式也可用于防火報警、光照度計等。遮光型光電開關(guān)在流水線上的應(yīng)用學(xué)機(jī)械學(xué)院送料器儲料倉遮斷式光電開關(guān)(計數(shù))流水線運行方向罐裝高度檢測落料口咖啡罐光電轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在幾十毫米外，非接觸測量轉(zhuǎn)速反射式測轉(zhuǎn)速n

=60(f