《光电光纤霍尔》PPT课件

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1、第七章光电式传感器光电式传感器是利用光电元件将光信号变换成电信号的一种装置。光电元件也称光敏元件，光电元件的类型很多，但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。根据光电效应的不同机理，光电效应可分为三类：⑴光电子发射效应。在光的照射下，使电子从物理表面逸出的现象称之。⑵光电导效应。在光的照射下，使物理电阻率改变的现象称之。⑶光伏效应。在光的照射下使物体在某一方向产生电动势的现象称之。光电子发射效应在物体表面产生，所以也称外光电效应，通常使用的是金属材料；光电导效应和光伏效应发生在物体内部，所以

2、也称内光电效应，一般使用的是半导体材料。7-1光敏电阻一、光敏电阻的工作原理光电导效应：半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象称为光电导效应。光照停止，自由电子与空穴逐渐复合，电阻又回复原来值。根据这一原理制成的器件称为光敏电阻。光敏电阻没有极性，使用时在电阻两端加直流或交流偏压，如下图所示。光敏电阻不受光照射时的电阻称暗电阻，此时通过的电流称暗电流。受光照射时的电阻称亮电阻，对应的电流称亮电流。亮电流与暗电流之差称光电流。光敏电

3、阻的暗电阻在几兆欧以上，而亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之差越大，光电流越大，灵敏度越高。第七章光电传感器光敏电阻的结构图二、光敏电阻的基本特性1.光照特性：表示光电流与照射光强度的关系，也称光电特性。不同类型的光敏电阻光照特性不同，但大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，所以不适宜作检测元件，只能作为开关式的光电转换器。2.伏安特性：表示光敏电阻的光电流与外加电压之间的关系。在给定的电压下，光电流的数值随着照射光的增强而加大，照射光强不变时，外加电压越高，光电流I也越大，灵敏度随之增大。但最

4、高工作电压受到允许耗散功率限制，不同元件有不同的规定，使用时应注意。3.光谱特性：表示照射光的波长于光电流的关系。不同材料光敏电阻的光谱特性不同，照射光的波长不同时，光敏电阻的灵敏度亦不同。光敏电阻的灵敏度有一个峰值，材料不同灵敏度峰值对应的波长不同。所以选择光敏电阻时，要与使用的光源结合起来考虑，才能获得较好的效果。4.频率特性：表示光电流与照射光强度变化频率之间的关系。因为光敏电阻受光照射后光电流不能立即达到饱和值，而是需要经过一段时间。同样光线停止照射后，光电流也不是立即完全消失，也存在一定的

5、延时现象。大多数光敏电阻的相应时间都较长，在ms级左右。它除了与材料有关外，还取决于照度、负载电阻和环境温度。5.温度特性：光敏电阻与其它半导体器件一样，温度对其特性影响很大。温度升高时暗电流增大，使灵敏度降低。第七章光电传感器照相机自动测光光控灯工业控制7－2光电管光电管的工作原理与光敏电阻是相似的，其差别只是光照在半导体结上而已。光电二极管的P-N结装在管的顶部,上面有一个透镜制成的窗口，以便入射光集中在P-N结。光电二极管在电路中往往工作在反向偏置，没有光照时流过的反向电流很小，因为这时P型材

6、料中的电子和N型材料中的空穴很少。但当光照射在P-N结上时，在耗尽区内吸收光子而激发出的电子-空穴对越过结区，使少数载流子的浓度大大增加，因此通过P-N结产生稳态光电流。其特点是体积小，频率特性好。光电三极管的结构与光敏二极管相似，不过它有两个P-N结，基极无引出线，仅有集电极和发射极两端引线。当集电极c上相对于发射极e为正的电压而不接基极b时，基极-集电极的结就是反向偏置的。当光照射在基极-集电极结上时，就会在结附近产生电子-空穴对，从而形成光电流(约几μA)，输出到三极管的基极，此时集电极电流是

7、光生电流的β倍(β是三极管的电流放大倍数)。可见，光敏三极管具有放大作用，它的优点是电流灵敏度高。3.7半导体敏感元件传感器7－3光电池光生伏特效应指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。+++---PN它可以用来检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成份分析等，也可以用来检验能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。由于光电测量方法灵活

8、多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。7－4光电传感器的应用应用光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四种基本形式。被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件上，也可以经过一定的光路后作用在光电元件上。光电高温计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于这一类。