传感器教程9光电式传感器课件.pptVIP

9-1光电基础知识n1半导体价带、导带、禁带n2-光电探测器原理n二光源和频谱n三常用光源及特性1

9.2光电效应n外光电效应在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应2

光电器件n1充气光电管n2光电倍增管3

3光电倍增管的基本特性n1。伏安特性n2．光照特性n3．光谱特性n4．频率特性4

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内光电效应n内光电效应按其工作原理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应n1光电导效应：光敏电阻n2光敏电阻在未受到光照射的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流；在受到光照射时的阻值称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。6

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3、光敏电阻的基本特性n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。图10.9硫化镉光敏电阻的伏安特性8

光照特性n指光敏电阻的光电流I和光照强度之间的关系光敏电阻的光照特性9

光谱特性n光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系。即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。光敏电阻的光谱特性10

频率特性n光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示，对应着不同材料的频率特性。光敏电阻的频率特性11

温度特性n光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化时，影响光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻。n硫化铅光敏电阻受温度影响更大。硫化铅光敏电阻的光谱温度特性12

（2）光电池n光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。即电源。n工作原理：基于“光生伏特效应”。n光电池实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。13

光电池结构、符号14

光电池种类n光电池的种类很多，有硅光电池、硒光电池、锗光电池、砷化镓光电池、氧化亚铜光电池等n最受人们重视的是硅光电池。因为它具有性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射、价格便宜、寿命长等特点。它不仅广泛应用于人造卫星和宇宙飞船作为太阳能电池，而且也广泛应用于自动检测和其它测试系统中n硒光电池由于其光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以在很多分析仪器、测量仪表中也常常用到。15

光电池基本特性n光谱特性¨光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。硅光电池的光谱特性16

光照特性n光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性硅光电池的光照特性17

频率特性18

（3）光敏二极管和光敏三极管19

光敏二极管工作原理n光敏二极管的结构与一般二极管相似、光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。n在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。n光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。20

光敏晶体管光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个PN结，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，就会在结附近产生电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。21

NPN型光敏晶体管结构和基本电路22

光敏管的基本特性n光敏晶体管的光谱特性23

n伏安特性24

光照特性25

频率特性26

总结27

9.4光纤传感器n光纤传感器的特点：¨极高的灵敏度和精度¨固有的安全性好¨抗电磁干扰¨高绝缘强度¨耐腐蚀¨集传感与传输于一体¨能与数字通信系统兼容等n光纤传感器受到世界各国的广泛重视。光纤传感器已用于位移、振动、转动、压力、速度、加速度、电流、磁场、电压、温度等70多个物理量的测量n在生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警等方面有广泛的应用前景。28

1、光纤的结构29

2、光纤的传光原理光全反射条件：光纤的传光原理30

光纤模式n光波在光纤中的传播途径和方式称为光纤模式。对于不同入射角的光线，在界面反射的次数是不同的，传递的光波间的干涉也是不同的，这就是传播模式不同。一般总希望光纤信号的模式数量要少，