光电式传感器-1.pptVIP

2002/12总结 同学们好！ Nd:YAG激光器 7.1.1 外光电效应 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。 7.1 光电效应 两类：外光电效应和内光电效应。 1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的； 1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释 ； 1905年，爱因斯坦提出了光子假设。 爱因斯坦光电效应方程： 1.光电子能否产生，取决于光子的能量是 否大于该物体的表面电子逸出功A。 2.? 一定时，产生的光电流和光强成正比。 3.逸出的光电子具有动能。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。 7.1.2 内光电效应 当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。 1．光电导效应 在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。 自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带 禁带 导带 价带 Eg 电子能量E h?≧Eg 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 ①　势垒效应（结光电效应） 光照射PN结时，若h?≧Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，形成光生电动势。 ２．光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。 P N ②侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分产生电子空穴对，载流子浓度比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度，引起载流子扩散，如果电子比空穴扩散得快，导致光照部分带正电，未照部分带负电，从而产生电动势，即为侧向光电效应。 * * 四川 九寨沟 第七章 光电式传感器 将光通量转换为电量的器件称为光电传感器或光电元件。 光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。 光电传感器的工作基础是光电效应。 光电传感器的构成：光源、光学通路、光电元件。 应用： 1、光量变化的非电量； 2、能转换成光量变化的其他非电量。 特点：非接触、响应快、性能可靠。 被测量 的变化 光信号 的变化 电信号 的变化 光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式，即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。 （7.4.1 模拟式光电传感器） 7.0 概 述 7.0.1 光的特性 光波是波长为10~106nm的电磁波。 1000,000 nm 10 nm 780 nm 380 nm 可见光 红外光 紫外光 性质：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。 1905年，爱因斯坦提出了光子假设：光在空间传播时，是不连续的，也具有粒子性，即一束光是一束以光速运动的粒子流，爱因斯坦把这些不连续的量子称为“光量子”。1926年，美国物理学家刘易斯把这一名词改称为“光子”，并沿用至今。 每个光子的能量为 E=hν 可见，光的频率愈高，光子的能量愈大。 7.0.2 光源（发光器件）（7.3.1 光源） 1. 白炽光源 最为普通的是用钨丝通电加热作为光辐射源。一般白炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围：320 nm~2500 nm, 所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。 2. 气体放电光源 利用电流通过气体产生发光现象制成的灯即气体放电灯。 它的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。 汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长为589nm，可被用作单色光源。 如果光谱灯涂以荧光剂，由于光线与涂层材料的作用，荧光剂可以将气体放电谱线转化为更长的波长，通过对荧光剂的选择可以使气