自动检测技术第3版马西秦第8章光电传感器幻灯片.ppt

第七章 光电传感器 采用光电元件作为检测元件的传感器被称为光电传感器。光电传感器由光源、光学通路和光电元件组成。 主要特点：精度高、反应快、非直接接触、结构简单、形式多样、应用广泛。。 第一节 光电效应与光电器件 1.外光电效应：在光线作用下电子从物体表面逸出。 2.内光电效应：在光线作用下物体的电阻率改变。 3.光生伏特效应：在光线作用下物体具有发电能力。 光电效应 一、光电管、光电倍增管 利用外光电效应制成的光电器件。 （一）光电管 光输入 阳极 阴极 电 子 逸 出 电输出 光----以光速运动的粒子流。 单个光子能量： 普郎克常数 光波频率 光电管中的自由电子逸出条件： 电子 质量 逸出 初速度 逸出功 光波 频率 即 光波频率 光波波长 或 光速 光电管 测量电路： 可见，要使光电管中的自由电子逸出，频率不能太低，波长也不能太长。 为入射光波长上限，也被称为“红限”。 光 电 管 阴极 阳极 电压输出 光输入 （二）光电倍增管 光电倍增管具有放大光电子电流的能力。 光电倍增管具10---15级倍增电极，电位依次升高，使得阴极因接受光能而发射的电子逐级加速，且受光电子的数量逐级增多，形成较大的光电流。可用于微光测量。 设单级的信号倍增率为 ，则多级的倍增率为 。 光输入 阳极 阴极 - + + + + - - - + - + + - + - - 光电倍增管 测量电路： 直 流 电 源 光线 输 出 电 压 阴极 阳极 二、光敏电阻 （一）工作原理：由半导体材料构成，利用内光电效应而工作。 光敏电阻当光线照射时，因材料中的电子—空穴对增加，其电阻值会变小，当光照消失时，电阻会恢复原值。这种现象被称为光导效应。 光敏电阻没有极性，纯粹是电阻器件，即可以加直流电压，也可以加交流电压工作。 光照 电路符号 （二）特性参数 1.暗电阻与亮电阻 暗电阻-----在室温且全暗条件下测得的稳定电阻。例如MG41-42型光敏电阻的暗阻大于等于0.1兆欧。 暗电阻-----在室温且一定光照条件下测得的稳定电阻。例如MG41-42型光敏电阻的亮阻小于等于1000欧。 2.伏安特性曲线 光敏电阻接在电路上，亮电流（大）与暗电流（小）之差被称为光电流。 光敏电阻的亮电阻越大，暗电阻越小，灵敏度越高。 光照度小 光照度大 3.光电特性曲线----光照度与光电流之间的关系。 4.光谱特性曲线----入射光频率与灵敏度之间的关系。 光电特性 光谱特性 光照度 光 电 流 灵 敏 度 光波波长 硫化镉 硫化跎 硫化铅 （紫外---紫----红----红外） 5.频率特性曲线----光频率与灵敏度之间的关系。 6.温度特性曲线----温度对光谱特性的影响。 频率特性 （硫化铅）光谱温度特性 硫化铅 硫化跎 温度降低更适合检测波长长的信号 温度高 温度低 （紫外---紫----红----红外） 三、光敏晶体管 （一）工作原理 1.光敏二极管：正常情况下，PN结反向是不导通的。当被光线照射时，PN结反向导通，可以感测光信号。 N P 电路符号 结构示意 基本电路 2.光敏三极管：正常情况下，给PNP型三极管的集电极和发射极之间加正向电压，一个PN结（集电结）不导通，另一个PN结（发射结）导通。 但当集电结被光线照射时，集电结会反向导通，造成三极管中出现放大电流，集电极和发射极之间导通。也可以感测光信号。 无光照无输出 有光照有输出 + - （二）基本特性 1.光谱特性：一定照度下,光波波长与光敏管灵敏度的关系。 2.伏安特性: 不同照度下,输出电压—电流关系。 硅 管 锗 管 光谱特性 （紫外---紫----红----红外） 伏安特性 光照度小 光照度大 3.光电特性：光照度--输出电流关系。一般光照加强电流增大。光敏二极管的线性度较好，光敏三极管会饱和。 4.温度特性: 一定照度下温度--电流关系。对亮电流、暗电流、输出电流影响程度不同。温度对亮电流小，对暗电流影响显著。 4.频率特性: 输入的调制光频率与输出灵敏度的关系。 温度特性 输出电流 暗电流 频率特性 输