ly光學傳感器2課件

光電式傳感器的物理基礎是光電效應。（1）外光電效應在光線作用下使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象。（2）內光電效應當光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產生光生電動勢的效應。

第9章光學傳感器光電傳感器光電池光敏三極管光電倍增管光電管光敏二極管光敏電阻1.光電管光電管工作電路真空光電管結構陰極陽極玻璃管RL輸出電壓光電管陽極陰極EIp3.光敏電阻RGRLEI光敏電阻工作電路RLI---mAV+++

P

N4.光電池有光線作用下，光電池實質上就是電源。光敏二極管的基本結構也是一個PN結，它裝在透明玻璃外殼中，其PN結裝在管頂，可直接受到光照射。PN光光敏二極管符號5.光敏二極管（1）結構RL

光PN光敏二極管接線

②當光照時，光敏二極管處于導通狀態(tài)。光子打在PN結附近，使PN結空間電荷區(qū)產生電子-空穴對，在外電場的作用下，與P區(qū)和N區(qū)的少數載流子作定向運動，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，這就形成了光電流。當光照射PN結時，在反向電壓的作用下，其反向電流隨光照強度變化而變化，實現(xiàn)將光信號轉換成電信號。光敏二極管接線

RL

光PN為了減少暗電流的影響，有些光敏二極管在制作PN結的同時，還做出一個環(huán)形的擴散層，引出的電極稱為環(huán)極。環(huán)極的電位高于負極，反向漏電流直接從環(huán)極流過，而不再經過負極，從而可減少負極與正極間的暗電流。正極環(huán)極負極光敏二極管符號

（3）基本應用電路+ERFR1R2RLCUO+-+ERFR2RLUO+-(a)(b)硅光電二極管實用電路光敏三極管有PNP型和NPN型兩種。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的集電結面積較大,以擴大光的照射面積,且其基極不接引線。NNPe

bcPPNbec6.光敏三極管光敏三極管的符號圖當光線照射在集電結的基區(qū)時,會產生電子-空穴對,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。RLE基本工作電路當集電極加上正電壓,基極開路時,集電極處于反向偏置狀態(tài)。光敏三極管是兼有光敏二極管特性的器件，它在把光信號變?yōu)殡娦盘柕耐瑫r，又將信號電流放大。光敏三極管的主要特性：光電靈敏度與光波長間的關系。光敏三極管存在一個最佳靈敏度的峰值波長。（1）光譜特性相對靈敏度/%硅鍺入射光λ/?400080001200016000100806040200光敏晶體管的光譜特性光敏晶體管的光照特性I/μAL/lx200400600800100001.02.03.0（3）光照特性光敏三極管的輸出電流I和照度之間的關系。光敏晶體管的溫度特性光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關系。（4）溫度特性暗電流/mA10203040506070T/oC25050光電流/mA10002003004001020304050607080T/oC光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應。0100100050050001000020406010080RL=1kΩRL=10kΩRL=100kΩ入射光調制頻率/HZ相對靈敏度/%光敏晶體管的頻率特性（5）頻率特性光電效應內光電效應外光電效應

光電管、光電倍增管光生伏特效應

光電池、光敏二極管、光敏三極管光量電量光電導效應

光敏電阻光電器件光電式傳感器2009年諾貝爾物理學獎獲得者☆博伊爾和史密斯發(fā)明了CCD圖像傳感器。

☆高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得了突破性成就。第二節(jié)光纖傳感器光纖傳感器是利用光在光纖中傳導，引起光的特性發(fā)生變化的一類傳感器。

光纖（opticalfiber）是光導纖維的簡稱。它是利用光的全反射原理，高效率地傳輸光能的玻璃或塑料纖維。二、光纖的傳光原理光纖導光示意圖入射介質、纖芯、覆蓋層折射率分別為、、為使光線不射出纖維芯，而有效地向前傳輸，應符合什么條件？ABCEDKOOF為使光線不射出纖維芯，而有效地向前傳輸，應符合全反射條件:ABCEDKOOF在纖維和覆蓋層的界面上有：臨界入射角在纖維內，射向覆蓋層的入射角大于臨界角的光線，全部在內部反射后繼續(xù)前行。入射光線應滿足何要求？ABCEDKOOF1.數值孔徑三、光纖的主要參數數值孔徑反映了光纖對入射光的接收能力，NA越大，說明光纖能使光線全反射的入射角范圍越大，則接收能力越強。2.傳輸損耗損耗原因：纖維芯的吸收、散射及光纖彎曲處的輻射損耗等。傳播損耗（單位為dB）I0——入射光強；I——距光纖入射端1Km處的光強。四、光纖傳感器的分類功能型非功能型1.光纖壓力傳感器五、光纖傳感器及其在醫(yī)學上的應用光導纖維導管端血壓傳感器結構示意圖1—導光纖維2—膜片3—導管4—保護罩5—環(huán)氧樹脂密封接點2.光纖溫度傳感器纖維芯為SiO2材料，覆蓋層為硅酮樹脂，構成傳感器時將光纖的覆蓋層去掉，用對溫度依賴性大的甘油等液體形成液態(tài)覆蓋層。溫度變化引起覆蓋層折射率改變，從而引起反射光量變化，即可達到測溫的目的。第三節(jié)CCD傳感器CCD(chargecoupleddevices)：電荷耦合器件CCD器件的基本功能是將動態(tài)的光學信號轉換成電信號，是一種新型光電轉換器件，它能存儲由光產生的信號電荷。當對它施加特定時序的脈沖時，其存儲的信號電荷便可在CCD內作定向傳輸而實現(xiàn)自掃描。一、CCD的結構和基本原理主要由光敏單元、輸入結構和輸出結構等組成。電極加正偏壓，P型硅襯底中形成耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。少數載流子（電子）被吸引到最高正偏壓電極下的區(qū)域中，形成電荷包。電荷定向轉移三相控制方式經過一個時鐘脈沖周期，電荷從前一級的一個電極下，轉移到下一級的同號電極下?！姾啥ㄏ蜣D移t=t0P1P2P3P1P2P3t=t1P1P2P3P1P2P3t=t2P1P2P3P1P2P3t=t3P1P2P3P1P2P3二、