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LOGO第6章光敏传感器

第6章光敏传感器6.16.26.36.46.56.66.76.86.96.10概述光电效应传感器光生伏特效应器件光敏二极管光敏晶体管色敏光电传感器光电耦合器件红外热释电光敏器件固态图像传感器光纤传感器

6.1概述6.1.1光谱6.1.2光学传感器的相关计量单位6.1.3光源6.1.4光敏传感器分类

6.1.1光谱图6?1各种波长的相对光强，在人眼最敏感的波长555nm处归一化

6.1.1光谱光波：波长为10—1060μm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm，波长300—380nm称为近紫外线波长200—300nm称为远紫外线波长10—200nm称为极远紫外线，红外线：波长780—106μm波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。

6.1.1光谱图6?2光谱分布图

6.1.3光源6.1.2光学传感器的相关计量单位v对光源的要求：光源应保证均匀、无遮挡或阴影光源的照射方式应符合传感器的测量要求光源的发热量应尽可能小光源发出的光必须具有合适的光谱范围光源必须具有足够的照度

6.1.3光源图6?3电磁波谱图

6.1.3光源常用光源v热辐射光源热辐射光源的特点v气体放电光源v发光二松管v激光器

6.1.4光敏传感器分类v光敏传感器可分为4类光电效应传感器红外热释电探测器固态图像传感器光纤传感器

6.2光电效应传感器6.2.1外光电效应及器件6.2.2内光电效应（光电导）及器件

一、光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类?外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hνh—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）

根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。根据能量守恒定理式中m—电子质量；v—电子逸出速度。0该方程称为爱因斯坦光电效应方程。

n光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A。不同的物质具有不同的逸出功，0即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。n当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。n光电子逸出物体表面具有初始动能mv0/2，因此外光2电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。

6.2.1外光电效应及器件v外光电效用图6?5光电流随光强的变化曲线图6?4光电发射检测装置

6.2.1外光电效应及器件v光电发射二极管真空光电二极管图6?6真空光电二极管结构示意图

6.2.1外光电效应及器件图6?7图6?8

6.2.1外光电效应及器件v充气光电二极管图6?9充气光电二极管伏安特性曲线

6.2.1.3光电倍增管v光电倍增管原理图6?10光电倍增管的结构

6.2.1.3光电倍增管v光电倍增管的结构分类1.直线瓦片式倍增系统（聚焦型）图6?11直线瓦片式倍增系统示意

6.2.1.3光电倍增管2.圆环瓦片式倍增系统（聚焦型）图6?12圆环瓦片式倍增系统示意

6.2.1.3光电倍增管3.盒栅式倍增系统（非聚焦型）图6?13盒栅式倍增系统示意

6.2.1.3光电倍增管4.百叶窗式倍增系统（非聚焦型）图6?14百叶窗式倍增系统

6.2.1.3光电倍增管灵敏度：是光电倍增管将光辐射转换成电信号能力的一个重要参数。阳极灵敏度S是指A在一定工作电压下阳极输出电流与照射到阴极面上光通量的比值。阴极灵敏度S是指光K电阴极本身的积分灵敏度。放大倍数（电流增益G)：在一定工作电压下，光电倍增管的阳极电流和阴极电流的比值称为该管的放大倍数或电流增益。暗电流：当光电倍增管在全暗条件下时，阳极上也会收集到一定的电流，其输出电流的直流成分称为该管的暗电流。光电特性：图13为光电倍增管的光电特性，可以看出阳极电流随光