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第2章 光电式传感技术 章瑞平 第2章 光电式传感技术 本章目的和要求 了解光电式传感技术的基本原理。 掌握各种光电式传感器的结构、特性、使用注意事项及应用 概述 光电式传感技术特点：用于检测非电量，具有结构简单、非接触、可靠性高、精度高和反应快等特点。 光电式传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。 光电传感器的工作原理：光电效应。 光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体中的电子吸收入射光子的能量，而发生相应的效应（如发射电子、电导率变化或产生电动势等），这种现象称为光电效应。 概述 光电效应有以下3类：外光电效应、光电导效应、光生伏特效应 （1）外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象。光电元件：光电管、光电倍增管等。 光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量由下式确定。 光谱 光波：波长为10—106nm的电磁波 紫外线：波长10—380nm， 可见光：波长380—780nm 红外线：波长780—106nm 5）响应特性 上升时间短，响应速度快，则适用于快速响应或入射光调制频率较高的场合。 2.1.3 光敏二极管的型号参数 见书P14 表2.1和表2.2 2.2.3 光敏三极管的型号参数 见书P18表2.3，表2.3续（一），表2.3 续（二），表2.4 光电式烟尘浓度计： 光敏三极管6和7输出电压U1和U2 由远算器8算出U1和U2的比值，进一步算出浓度。 2) 光照特性（I～E） 光敏电阻的光照特性为非线性，不宜作检测元件，主要用于自动控制中作光电开关。 2.3.3 常用光敏电阻的性能参数 见书P25表2.5。 光敏电阻器的型号命名方法（补充） 光敏电阻器的型号命名分为三个部分，各部分的含义见表。第一部分用字母表示主称。第二部分用数字表示用途或特征。第三部分用数字表示产品序号。 2.4 光电池 光电池外形 二. 光电池的基本特性 1.光谱特性：光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 硒光电池和硅光电池的光谱特性如左图 1）不同的光电池，光谱响应峰值的位置不同。例如，硅光电池在8000A（800nm）附近，硒光电池在5400A（540nm）附近。 2）硅光电池的光谱响应波长范围为0.45~1.1μm，而硒光电池只能为0.34~0.75μm。可见，硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用，硒光电池适用于可见光。 3）使用：光源 选光电池， 光电池 选光源 2. 光照特性 反映短路电流、开路电压与光照度的关系。 1）短路电流（负载电阻RL→0，相对于光电池内阻很小） ： 在很大范围内成线性关系, 可做检测元件。 负载电阻越小越好，光电流与照度之间的线性越好，且线性范围越宽 2）开路电压（负载电阻RL →∝）： 非线性, 并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。 可做开关元件。 3）当作电流源的形式来使用， 不宜用作电压源 2.7 色敏光电传感器 1.结构与基本原理 色敏光电传感器相当于两支结构不同的光电二极管的组合，故又称光电双结二极管 2.基本特性 1）光谱特性 表示它所能检测的波长范围。 CS-1型色敏光电传感器，波长范围：400nm—1000nm 2）短路电流比－波长特性 短路电流比－波长特性是表征半导体色敏器件对波长的识别能力，是赖以确定被测波长的基本特性。 3.色敏光电传感器的应用 色彩信号处理电路 2.8 光位置传感器 光位置传感器是一种硅光电二极管，它利用光线来检测位置。 光位置传感器的主要用途： 常用于机械加工的定位装置，也可以作为机器人的眼睛或用于其他位置检测。 2.9 红外光传感器 2.9.1 红外辐射 红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位 于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。它的波 长范围大致在0.76-1000μm。红外线所占据的波段分 为4部分，即近红外，中红外，远红外和极远红外。 2.9.2 红外光传感器的工作原理与结构 红外光传感器按工作原理可分为光量子型和热电型两大类。 光量子型可直接把红外光转换成电能。如，红外光敏电阻和红外PN结型光生伏特器件，用于遥感成像方面。 热电型吸收红外光后变为热能，使材料的温度升高，电学性能发生变化，人们利用这个现象制成了测量光辐射的器件。如红外热释电传感器。 1.热释电效应及器件 1）材料：具有自发极化的特征—铁电晶体。 (如锆钛酸铅系陶瓷以及钽酸锂