传感器原理及项目实战 课件 项目6-光检测.pptx

项目6光检测;6.1认识光检测传感器

6.2光敏电阻应用实训

6.3热释电人体红外传感器实训

6.4思考与练习;;通过学习，熟悉光敏电阻、光电池、人体热释电传感器的工作原理，了解常用光电器件的特点及结构，掌握光电传感器的使用方法。

;认识光检测传感器;;6.1.1光敏电阻

1.光敏电阻的工作原理

当光敏电阻受到光照时，半导体材料的表面就会产生自由电子，同时产生空穴，电子-空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子-空穴对就越多，阻值就愈低。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值。;并非一切纯半导体都能显示出光电特性，对于不具备这一条件的物质可以加入杂质使之产生光电效应特性。用来产生这种效应的物质由金属的硫化物、硒化物、碲化物等组成，如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硒化镉、硒化铅、碲化铅等。光敏电阻的使用取决于它的一系列特性，如暗电流、光电流、光敏电阻的伏安特性、光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性以及光敏电阻的灵敏度、时间常数和最佳工作电压等。;2.光敏电阻的结构

光敏电阻的结构及表示符号如图6-2所示。;光敏电阻的内部结构比较简单，如图6-3（a）所示，在玻璃基板上均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，如硫化镉(CdS)等，然后在半导体的两端装上金属电极，再将其封装在塑料壳体内。为了防止周围介质的污染，在半导体光敏层上覆盖一层漆膜，漆膜成分的选择应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。如果把光敏电阻连接在外电路中，在外加电压作用下，光照能改变电路中电流的大小，如图6-3（b）所示。;3.光敏电阻的主要特性参数

1）暗电阻与暗电流

在室温条件下，光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

2）亮电阻与亮电流

光敏电阻在受到某一束光照射时的阻值称为亮电阻，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。光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则性能越好。也就是说，暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。光敏电阻的暗电阻的阻值一般为兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102~106。;4）光敏电阻的伏安特性

一般光敏电阻如硫化铅、硫化铊的伏安特性曲线如图6-4所示，由曲线可知，所加的电压越高，光电流越大，而且没有饱和现象，在给定的电压下，光电流的数值将随光照增强而增大。;5）光敏电阻的光照特性

光敏电阻的光照特性用于描述光电流和光照强度之间的关系，绝大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，如图6-5所示，不同光敏电阻的光照特性是不相同的，光敏电阻不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。;6）光敏电阻的光谱特性

如图6-6所示为几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线，对于不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的，从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。;7）光敏电阻的响应时间和频率特性

实验证明，光敏电阻的光电流不能立刻随着光照量的改变而改变，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常用时间常数来描述。所谓时间常数即为光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的63%所需要的时间，因此，时间常数越小，响应越迅速，但大多数光敏电阻的时间常数都较大，这是它的缺点之一。

右图为硫化镉和硫化铅的光敏电阻的频率特性曲线，硫化铅的使用频率范围最大，其它都较差。目前正在通过工艺改进来改善各种材料光敏电阻的频率特性。;8）光敏电阻的温度特性

随着温度不断升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降，同时温度变化也影响它的光谱特性曲线。图6-8表示出硫化铅的光谱温度特性曲线。从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动，因此有时为了提高元件的灵敏度，或为了能够接受较长波段的红外辐射而采取一些制冷措施。;4.光敏电阻的特点及应用

光敏电阻体积小、重量轻，使用寿命长，稳定性能高，价格便宜，制造工艺简单，因此广泛应用于照相机、防盗报警以及自动化技术中。;6.1.2光电池

光电池是在光照下，能直接将光量转变为电动势的光电元件，实际上它就是电流源。光电池的种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、氧化亚铜光电池、硫化鉈光电池、硫化镉光电池、砷化稼光电池等。其中最受重视的是硅光电池和硒光电池。

;1.光电池的工作原理

当太阳光（或其它光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子–空穴