传感器技术(光电式传感器)简介.ppt

8 光电式传感器 光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传感器。 将光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号 特性：非接触、灵敏度高、精度高、测量范围宽、响应快、体积小、重量轻、寿命长、性能可靠。 8 光电式传感器 8.1 概述 光电传感器的组成形式 8.2 光源 对光源的要求 必须具有足够的强度 应保证均匀、无遮挡或阴影 照射方式应符合传感器的测量要求 发热量应尽可能小 发出的光必须具有合适的光谱 8.2 光源（光电传感器主要使用的光的波长范围） 8.2 光源 常用光源 1. 热辐射光源（如白炽灯） 发光方式：通过将一些物体加热后产生热辐射来实现照明的。温度越高，光越亮。 特点： 光源谱线丰富，主要涵盖可见光和红外光，适用于大部分光电传感器 发光效率低，一般仅有15%的光谱在可见光区 发热量大，超过80%的能量转化成热能 寿命短 易碎，电压高，使用有一定的危险 8.3 常用光电器件 1.外光电效应 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量： 8.3 常用光电器件 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。光子把它的全部能量交给自由电子。要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功A，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。 8.3 常用光电器件 光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A。 由于不同材料具有不同的逸出功，因此对某种材料而言便有一个频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率”。 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 光电器件的特性 光照特性：表征了光电器件的灵敏度，反映了光电器件输入光亮与输出光电流（光电压）之间的关系 光谱特性：相对灵敏度K与入射光波长λ之间的关系 响应时间：反映了动态特性，越小越好 峰值探测率(D*): 值越大，噪声等效功率小，光电器件性能好 温度特性：影响光电器件的灵敏度和光谱特性 伏安特性: 在一定的光照下，对光电器件所加端电压与光电流之间的关系 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 工作原理：光电管的阴极受到适当的照射后便发射光电子，这些光电子被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。如果在外电路中串入一适当阻值的电阻，则该电阻上将产生正比于空间电流的电压降，其值与照射在光电管阴极上的光成函数关系。 特点：结构简单、灵敏度较高、暗电流小，体积比较大，工作电压高达几百伏到数千伏，玻壳容易破碎。 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 主要参数 （1）倍增系数M ◆倍增系数M等于各倍增电极的二次电子发射电子δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都一样，则M=δin ，因此，阳极电流I为： ◆ M与所加电压有关，一般在105 ~108 之间。如果电压有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极的电压为1000V－2500V，两个相邻的倍增电极的电压差为50V－100V。 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 8.3 常用光电器件 光电导效应 8.3 常用光电器件 光电导效应 8.3 常用光电器件 光电导效应 8.3 常用光电器件 光电导效应 8.3 常用光电器件 光电导效应 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能增强，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象称为光电导效应。 8.3 常用光电器件 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，没有极性，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。 光敏电阻 光敏电阻演示 当无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大