光敏傳感器光電特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)

1、光敏傳感器的光電特性光敏傳感器的光電特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介光敏傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，也光敏傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，也稱為光電式傳感器，它可用于檢測(cè)直接引起光強(qiáng)度稱為光電式傳感器，它可用于檢測(cè)直接引起光強(qiáng)度變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度它非電量，如零件直徑、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識(shí)別等。光敏傳感、加速度及物體形狀、工作狀態(tài)識(shí)別等。光敏傳感

2、器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因而在器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因而在工業(yè)自動(dòng)控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)自動(dòng)控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。 1.1.了解光敏傳感器的基本特性了解光敏傳感器的基本特性. . 2.2.測(cè)出光敏電阻的伏安特性曲線和光照特性曲線。測(cè)出光敏電阻的伏安特性曲線和光照特性曲線。1.1.光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光敏體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光敏傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效

3、應(yīng)兩大類。光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。（1 1）外光電效應(yīng)）外光電效應(yīng)：在光線的作用下，物體內(nèi)的電：在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光電器件有光電管、光電倍增管等。2.2.內(nèi)光電效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在物體上，使物體的電當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體

4、內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)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)是指在光線作用下，某特效應(yīng)兩類。光電導(dǎo)效應(yīng)是指在光線作用下，某些電子吸收光子能量從原來的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的些電子吸收光子能量從原來的束縛態(tài)變成導(dǎo)電的自由態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率變化的現(xiàn)象，基于這自由態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率變化的現(xiàn)象，基于這種效應(yīng)的光電器件有種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是。光生伏特效應(yīng)是指在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)指在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。基于該效應(yīng)的光電器件有勢(shì)的現(xiàn)象?；谠撔?yīng)的光電器件有硅光電池硅光電池和

5、和光敏二極管光敏二極管、光敏三極管光敏三極管。 2.2.光敏電阻的工作原理：光敏電阻的工作原理：當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，若光電導(dǎo)體為某種當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，若光電導(dǎo)體為某種本征本征半半導(dǎo)體材料，光輻射能量足夠強(qiáng)，（光導(dǎo)材料價(jià)帶的電導(dǎo)體材料，光輻射能量足夠強(qiáng)，（光導(dǎo)材料價(jià)帶的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加，致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。）將產(chǎn)生內(nèi)光穴增加，致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。）將產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)要求入射光的能生內(nèi)光電效應(yīng)要求入射光的能量大于一個(gè)特定的數(shù)值，即量大于一個(gè)特

6、定的數(shù)值，即光光敏電阻對(duì)光具有選擇性。敏電阻對(duì)光具有選擇性。3.3.光敏電阻的伏安特性光敏電阻的伏安特性 光敏電阻在一定的入射照度下，光敏電阻的電流光敏電阻在一定的入射照度下，光敏電阻的電流I I與所加與所加電壓電壓U U之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。之間的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。改變照度則可以得到一族伏安特性曲線。它是傳感器應(yīng)用改變照度則可以得到一族伏安特性曲線。它是傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。下面是某種光敏電阻的一設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的重要依據(jù)。下面是某種光敏電阻的一族伏安特性曲線。橫坐標(biāo)是族伏安特性曲線。橫坐標(biāo)是U U光敏光敏/V,/V,縱坐標(biāo)是縱坐標(biāo)是Iph/mAIph/

7、mA?？梢钥闯?，光敏電阻是一個(gè)純電阻，其伏安特性線性良好，在一定照度下，電壓越大光電流越大，但必須考慮光敏電阻的最大耗散功率，超過額定電壓和最大電流都可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。4 4、光敏電阻的光照特性、光敏電阻的光照特性 光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強(qiáng)之間的關(guān)系稱為光照光敏傳感器的光譜靈敏度與入射光強(qiáng)之間的關(guān)系稱為光照特性，有時(shí)光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強(qiáng)之間的關(guān)特性，有時(shí)光敏傳感器的輸出電壓或電流與入射光強(qiáng)之間的關(guān)系也稱為光照特性，下面是某種光敏電阻的光照特性。橫坐標(biāo)系也稱為光照特性，下面是某種光敏電阻的光照特性。橫坐標(biāo)是光照度是光照度/Lux/Lux, ,縱坐標(biāo)是縱坐標(biāo)是I

8、ph/mAIph/mA. .可以看出光敏電阻的光照特性呈非線性，一般不適合作線性檢測(cè)元件。 光敏傳感器光電特性實(shí)驗(yàn)儀，其工作面板如圖所示。該實(shí)驗(yàn)光敏傳感器光電特性實(shí)驗(yàn)儀，其工作面板如圖所示。該實(shí)驗(yàn)儀由儀由光敏電阻光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池四種光、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池四種光敏傳感器及可調(diào)光源、電阻箱、數(shù)字電壓表等組成。敏傳感器及可調(diào)光源、電阻箱、數(shù)字電壓表等組成。 UCC實(shí)驗(yàn)線路圖線路版面圖光源電壓版面圖光敏電阻的光電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)線路圖UR1V （1）在一定的光照(如光源電壓12V，距離100mm）條件下,（先將電壓表與照度調(diào)節(jié)連接，調(diào)節(jié)照度調(diào)節(jié)旋鈕，使數(shù)字電壓表顯示

9、所需的值）按照示意圖連接試驗(yàn)線路，將檢測(cè)用光敏電阻裝入待測(cè)點(diǎn)，連結(jié)主機(jī)電源電壓UCCCC：2-12V電源；R1兩端的電壓UR1接入數(shù)字電壓表。測(cè)出加在光敏電阻上電源系統(tǒng)電壓UCC為+2V；+4V；+6V；+8V；+10V；+12V時(shí)的6個(gè)光電流數(shù)據(jù)，分別用電壓表測(cè)量R1兩端的電壓UR1，填入表格，（2）計(jì)算光敏電阻中的電流 計(jì)算光敏電阻兩端電壓 計(jì)算光敏電阻的阻值 填入表格。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一族伏安特性曲線11RphUIkPhRccPhgIUUIUR光敏1.1.光敏電阻的伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)光敏電阻的伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)1RCCUUU光敏2.2.光敏電阻的光照特性實(shí)驗(yàn)光敏電阻的光照特性

10、實(shí)驗(yàn)（1）按照示意圖連接好實(shí)驗(yàn)線路，選擇一個(gè)一定的電源電壓（如選擇電源電壓Ucc=12V不變），測(cè)出光敏電阻在不同光照強(qiáng)度下的光電流數(shù)據(jù)。光照強(qiáng)度與光照電壓，距離之間的關(guān)系參照實(shí)驗(yàn)參照表。（查表：當(dāng)d=100mm時(shí)，光源電壓為+4V；+6V；+8V；+10V；+12V ；+14V ；+16V ；+18V光照強(qiáng)度值填入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格）。分別用電壓表測(cè)R1兩端的電壓UR1填入表格，（2）計(jì)算光敏電阻中的電流， 計(jì)算光敏電阻兩端電壓 計(jì)算光敏電阻的阻值 填入表格。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出光敏電阻的一族光照特性曲線11RphUIkPhRccPhgIUUIUR光敏1RCCUUU光敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電源電壓U

11、cc/VUR1/VIph/mAU光敏/V光敏電阻Rg/k2.04.06.08.010.012.0表表1.1.光敏電阻伏安特性測(cè)量光敏電阻伏安特性測(cè)量注注1 1：光照強(qiáng)度一定，：光照強(qiáng)度一定，( (如光源電壓如光源電壓12.00V,12.00V,距離距離100mm),100mm),其中其中R R1 1=1k=1k；IphIph=U=UR1R1/R1; U/R1; U光敏光敏=Ucc-U=Ucc-UR1R1；RgRg=U=U光敏光敏/I/Iphph光源電壓Ucc/V光照度/LuxUR1/VIph/mAU光敏/V光敏電阻Rg/k4.000.096.000.858.004.010.0010.012.0

12、02014.004016.006518.00100表表2.2.光敏電阻光照特性測(cè)量光敏電阻光照特性測(cè)量注注1 1：電源電壓一定，：電源電壓一定，( (如電源電壓如電源電壓UccUcc=12.00V,=12.00V,距離距離100mm),100mm),其中其中R R1 1=1k=1k；I Iphph=U=UR1R1/R/R1 1; U; U光敏光敏=Ucc-U=Ucc-UR1R1；RgRg=U=U光敏光敏/I/Iphph光源電壓/v距離/mm光照度/Lux光源電壓/v距離/mm光照度/Lux24.024.024.024.02020202018181818161616161414141450100150200501001502005010015020050100150200501001502009003001501005001608050300100503518065352012040201212.0012.0012.0012.0010.0010.0010.0010.008.008.008.008.006.006.006.006.004.004.004.004.00501001502005010015020050100150200501001502005010015