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sunbet胡向东传感器与检测技术

发布日期:2020-10-18 07:39

  胡向东传感器与检测技术_物理_自然科学_专业资料。第9章 光电式传感器 9.1 概述 9.1.1 光电式传感器的类别 光电式传感器(或称光敏传感器) 是利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、 电流、电阻等)的装置。 按工作原理分类 光

  第9章 光电式传感器 9.1 概述 9.1.1 光电式传感器的类别 光电式传感器(或称光敏传感器) 是利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、 电流、电阻等)的装置。 按工作原理分类 光电效应传感器 红外热释电探测器 固体图像传感器 光纤传感器 1、光电效应传感器 是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物体上使 物体发射电子,或电导率发生变化,或产生光生电动势等等,这 些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。 2、红外热释电探测器 主要是利用辐射的红外光(热)照射材料时引起材料电学性质发 生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。 3、固体图像传感器 结构上分为两大类,一类是用CCD电荷耦合器件的光电转换和电 荷转移功能制成CCD图像传感器,一类是用光敏二极管与MOS晶 体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属氧化物半导 体图像传感器。 4、光纤传感器 它利用发光管(LED)或激光管(LD)发射的光,经光纤传输到 被检测对象,被检测信号调制后,光沿着光导纤维反射或送到光 接收器,经接收解调后变成电信号。 特点 光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高 精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强 (不受电磁辐射影响,本身也不辐射电磁波)、 可实现非接触式测量等特点 可以直接检测光信号,间接测量温度、压力、 位移、速度、加速度等 其发展速度快、应用范围广,具有很大的应用 潜力 9.1.2 光电式传感器的基本形式 由光路及电路两大部分组成 光路部分实现被测信号对光量的控制和 调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换 四种基本形式 透射式 反射式 辐射式 开关式 发光元件 窗 光敏元件 壳体 (d) 导线 光电效应与光电器件 光子是具有能量的粒子,每个光子的能 量可表示为 E hv 光电效应方程 Ek 1 mv2 2 hv A0 光电器件 光电器件是将光能转变为电能的一种传 感器件。是构成光电式传感器的主要部 件。 光电器件工件的物理基础:光电效应。 光电效应分为:内光电效应、外光电效 应 9.2.1 外光电效应型光电器件 当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时,光子 的能量传给光电材料表面的电子,如果入射到表面的 光能使电子获得足够的能量,电子会克服正离子对它 的吸引力,脱离材料表面而进入外界空间,这种现象 称为外光电效应。 即外光电效应是在光线作用下,电子逸出物体表面的 现象。 根据外光电效应做出的光电器件有光电管和光电倍增 管。 1、光电管及其基本特性 光窗 (a)结构 Uo (b)测量电路 光电管的伏安特性 I μA 12 10 8 6 4 2 120 μlm 100 μlm 80 μlm 60 μlm 40 μlm 20 μlm 0 50 100 150 (a)线 I μA (b)充气光电管 UV 光电管的光照特性 曲线表示氧铯阴极光电管的光照特性,光电流与光通量呈线为锑铯阴极的光电管光照特性,它呈非线性关系 光电管的光谱特性 I /% 可见光谱 / nm 不同光电阴极材料的光电管,对同一波长的光有不同的灵敏度; 同一种阴极材料的光电管对于不同波长的光的灵敏度也不同,这就是光电管的 光谱特性。 曲线分别为铯阴极、锑铯阴极对应不同波长光线为多种成分(锑、钾、钠、铯等)阴极的光谱特性曲线、光电倍增管及其基本特性 RA IA Uo R5 A D4 R4 D3 R3 D2 R2 D1 R1 K 主要参数 倍增系数 M 阳极电流 I iM i n 光电倍增管的电流放大倍数 I /i n 光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 暗电流 光电倍增管的光谱特性 9.2.2 内光电效应型光电器件 内光电效应是指在光线作用下,物体的导 电性能发生变化或产生光生电动势的现象 这种效应可分为因光照引起半导体电阻率 变化的光电导效应和因光照产生电动势的 光生伏特效应两种 内光电效应分类 ?光电导效应 在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量, 若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度, 就激 发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电 性增加,阻值减低的现象。 ?光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的 现象。sunbet如光电池。 (1)光敏电阻 1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阴是用半导体材料制成的光电器件。光敏电 阻没有极性, 使用时既可加直流电压,也可以加交流 电压。 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)急剧减小,电路中电流迅 速增大。sunbet, 一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好, 此时光 敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在 兆欧量级, 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构 金 属 电极 半导体 电源 玻璃底板 I RL E Ra 检流计 (a) (b) (c) 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构; (b) 光敏电阻电极; (c) 光敏电阻接线. 暗电阻 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流。 光电流 亮电流与暗电流之差 3、光敏电阻的基本特性 伏安特性 在一定照度下,流过光敏电阻 的电流与光敏电阻两端的电压的关系。 I / mA 40 30 功率 10 00 1 x 50 0 mW 20 1001 x 10 101 x 0 10 0 20 0 U/V 图 10.9 硫化镉光敏电阻的伏安特性