103常用传感器与敏感元件2-测试技术.pdf

第三章 常用传感器与敏感元件 第五节 光电传感器 第六节 光纤传感器 第七节 半导体传感器 第八节 红外测试系统* 第九节 激光测试传感器* 第十节 传感器的选用原则 第五节 光电传感器  将光信号转换为电信号的器件称为光电传感器或光 电元件。作非电量测量时，光电传感器先将被测物 理量转换为光量，然后再将该光量转换为电量。 1905年德国物理学家爱因 斯坦用光量子学说解释了光电发 射效应，并为此而获得1921年 诺贝尔物理学奖。 一、光电测量原理  光电传感器的工作基础是光电效应，光电 效应按其作用原理又分为外光电效应、内 光电效应和光生伏打效应。 1、外光电效应 在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸 出的现象称外光电效应，亦称光电子发射效应。 电磁能转换为动能。 对每一种光电阴极材料均有一个确定的光频 率阈值。当入射光频率低于该值时，无论入射光 的光强多大，均不能引起光电子发射。反之，入 射光频率高于阈值频率，即使光强较小，也会引 发光电子发射。 （1）外光电效应器件：  真空光电管或光电管 ► 两种结构： a图光电阴极K由半圆筒形金属片制成，用于在入射光照下发射 光电子。阳极A为位于阴极轴心的一根金属丝，有效接收阴极发 射的电子； b图中阴极直接做在玻璃壳内壁上，入射光穿过玻璃可直接投射 到阴极上。 ►光电特性：在恒定工作电压和入射光的频率成分 条件下，光电管接收的入射光通量值 Φ与其输出 光电流I 之间的比例关系。 Φ I / μA •光电管的特性取决于光电阴 A 极材料，材料不同，对不同 波长的光辐射有不同灵敏度。 100 •银氧铯阴极在整个可见光区 75 1 域均有一定的灵敏度，且在 50 3 在近紫外光区 (4.5×10 A°) 2 25 和近红外光区 (7.5×103 3 A°～ 8×10 A°)分别有两 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Φ/1m 个峰值，常用来作为红外光 传感器。 1-锑铯阴极 2-氧铯阴极  光电倍增管 ► 基本结构：光电倍增管在光电阴极和阳极 之间装了若干个 “倍增极”，或叫 “次阴 极”。倍增极上涂有在电子轰击下能发射 更多电子的材料，倍增极的形状和位置设 计成正好使前一级倍增极反射的电子继续 轰击后一级倍增极。在每个倍增极间均依 次增大加速电压。 2、内光电效应 在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生 改变的现象称内光电效应，又称光导效应。 外光电效应产生于物体表面层，在光照作用下， 物体内部的自由电子逸出到物体外部。而内光电 效应则不发生电子逸出，在光照下，物体内部原 子吸收能量释放电子，这些电子仍停留在物体内 部，从而使物体的导电性能发生改变。  内光电效应器件  光敏电阻  半导体材料在黑暗的环境下，内部电子为原子所束缚， 处于价带上，不能自由移动，半导体的电阻值很高。  阻值的大小随光照的增强而降低，且光照停止后，自由 电子与空穴重新复合，电阻也恢复原来的值。 当光敏电阻受到光照时 ，光生电子-空穴对增加， 阻值减小，电流增