光电器件C模块七位移的检测.ppt

第28讲、光电式传感器 光电式传感器(photoelectric transducer )定义: 是将被测量的变化量转换为光量的变化，再通过光电子元件把光量的变化转换成电信号的一种测量装置。 光电式传感器的转换原理是基于光电效应。 光电导效应：在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子—空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 光电式传感器转换原理是基于光电效应。 光电效应分为外光电效应、内光电效应和光电伏特效应三种。 1)、外光电效应 在光线作用下，物体内的电子溢出物体表面向外发射的现象。 向外发射的电子叫光电子。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应 内光电效应又可分为： （1）光电导效应 ：在光线作用下，半导体材料激发出电子—空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。 光敏电阻就是基于这种效应的光电器件 （2）光电伏特效应：在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光电伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池 3)、光电伏特效应： 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光电伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 应用：光电式传感器除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 优、缺点：光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环境条件要求较高。 测量其它物理量时的组成框图 根据能量守恒定律可得 第28讲、光电器件 1、光敏电阻 2、光敏二极管 3、光敏三极管 4、光电池 5、光电耦合器件 6、红外辐射：热释电 7、色敏传感器 8、光电管和光电倍增管 1）、光敏电阻 光敏电阻又称光导管 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻（续） 1）.光敏电阻的结构与工作原理 硫化镉光敏电阻结构 在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。 半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。 为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案如图10-6所示。 图10-6 硫化镉光敏电阻实物 光敏电阻电路符号及封装 1、光敏电阻(续) 2）. 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有： (1) 暗电流：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。 （用手能彻底挡住光吗？做实验时看看） (2) 亮电流：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。  (3) 光电流 ：亮电流与暗电流之差称为光电流。 1 光敏电阻(续) 3）.光敏电阻的基本特性（1）伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图10—8为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电压范围内，其I—U曲线为直线。说明其阻值与入射光量有关，而与电压电流无关。  光敏电阻(续) （2）光照特性 ?光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度 之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。 （3）光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图10—10为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度