電氣測試技術(shù)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(xué)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(yīng)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(yīng)。光電效應(yīng)外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)2

一、外光電效應(yīng)

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(dāng)E>時(shí)，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(duì)某一特定物質(zhì)將對(duì)應(yīng)有一個(gè)光頻率閾值，稱紅限頻率。2、光電流與光強(qiáng)成正比。3、必須加負(fù)的截止電壓，以保證未工作時(shí)光電流為0。4、外光電效應(yīng)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(gè)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(gè)倍增極電位依次升高，陽極A電位最高。7

二、內(nèi)光電效應(yīng)

在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)光生伏特效應(yīng)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(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子—空穴對(duì)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(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。

(2)亮電阻：光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)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(shí)際應(yīng)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(guān)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(duì)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(guān)意義：應(yīng)根據(jù)實(shí)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(dòng)。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(dú)或與其他各類傳感器配套，廣泛應(yīng)用于照相機(jī)光圈控制、光電自動(dòng)控制、光電耦合、自動(dòng)燈開關(guān)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(hào)－+1.結(jié)構(gòu)和原理

光敏二極管在不受光照射時(shí),處于截止?fàn)顟B(tài),受光照射時(shí),處于導(dǎo)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(yīng)）。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(duì)零度(-273.16℃)時(shí)，一切物體的分子才會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。所以在絕對(duì)零度時(shí)，沒有一種物體會(huì)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(jī)、動(dòng)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(jìn)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(dòng)生產(chǎn)線338.4光電傳感器應(yīng)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(bào)警器電路圖120k120k220k68m＋68mpbs820k3.9MV1V21k32k＋125m150k3.9kV34.7n＋12V中心站放大器358.5光電開關(guān)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(guān)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(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。