传感器原理与应用第八章81课件.ppt

传感器原理与应用——第八章 第八章 光电式传感器 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、。 8.2.2 光源（发光器件） 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体放电发出某一范围的波长，如照明日光灯。 气体放电灯消耗的能量为白炽灯1/2-1/3。 构成：由半导体PN结构成。 特点：工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。 3. 发光二极管（LED——Light Emitting Diode） R U N P + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - U iD + + _ _ 原理： 当加正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，和P区里的空穴复合；空穴则由P区注入到N区，和N区里的电子复合，这种电子空穴对的复合同时伴随着光子的放出，因而发光。 电子和空穴复合，所释放的能量等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）Eg。所放出的光子能量用hν表示，有 普朗克常数h=6.6╳10-34J.s； 光速c=3╳108m/s； hc=19.8×10-26m?W?s=12.4×10-7m?eV Eg的单位为eV，1eV=1.6╳10-19J。 可见光的波长?近似地认为在7×10-7m以下，所以制作可见光区的发光二极管，其材料的禁带宽度至少应大于 h c / ? =1.8 eV 普通二极管是用硅或锗制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为1.12eV和 0.67 eV，显然不能使用。 通常用的砷化镓和磷化镓两种材料固溶体，写作GaAs1-xPx，x代表磷化镓的比例，当x＞0.35时，可得到Eg≥1.8eV的材料。改变x值还可以决定发光波长，使? 在550～900nm间变化。 与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表： 材料 波长/nm 材料 波长/nm ZnS 340 CuSe-ZnSe 400～630 SiC 480 ZnxCd1-xTe 590～830 GaP 565,680 GaAs1-xPx 550～900 GaAs 900 InPxAs1-x 910～3150 InP 920 InxGa1-xAs 850～1350 LED材料 发光二极管的光谱特性如图所示。图中砷磷化镓曲线有两根，这是因为其材质成分稍有差异而得到不同的峰值波长?p。除峰值波长?p决定发光颜色之外，峰的宽度（用Δ?描述）决定光的色彩纯度，Δ?越小，其光色越纯。 发光二极管的光谱特性 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 600 700 800 900 1000 GaAsP λp=670nm λp=655nm GaAsP λp=565nm GaP λp=950nm GaAs λ/nm 相对灵敏度 Δ? U/V I/mA -10 -5 0 1 2 GaAsP(红) GaAsP(绿) 反向电压应在5V以下! 发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。 砷磷化镓发光二极管的伏安曲线 4、激光器 激光（Laser: Ligh