光电式传感器及其应用

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1、按工作原理分类：光电效应传感器红外热释电传感器固体图像传感器光纤传感器第5章光电式传感器及其应用光电传感器:将光信号（红外、可见光及紫外光）转变成为电信号的器件。被测量的变化光信号的变化电信号的变化对于不同波长的光有不同的光学传感器远紫外近紫外可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/μm光电效应：光照射某一物体，可以看作是一连串能量为E的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，称这种物理效应为

2、光电效应。光子能量正比于光的频率。外光电效应内光电效应5.1光电效应和热释电效应一、外光电效应外光电效应：在光线作用下，物体内的电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，逸出物体表面向外发射的现象。条件：光子能量大于该物体的表面逸出功基于外光电效应的光电器件：光电管、光电倍增管、光电摄像管等光电效应方程：结论：1光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0；2逸出的光电子具有动能；3、一定时，产生的光电流和光强成正比克服逸出功；转化为电子的动能二、内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率

3、发生变化，或产生光生电动势的现象。当光照射在物体上，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态而使物体的电导率发生变化的现象常见器件：光敏电阻1.光电导效应光→半导体→电子吸收能量（）→跃迁→电子-空穴对→阻值降低，导电性能增强，电导率增大原理：Eg2、光生伏特效应原理：光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。常见器件：光敏二极管、三极管、光电池等。光→PN结→电子→N,空穴→P→电动势光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用

4、下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。三、热释电效应（红外检测）热释电效应：当一些晶体温度变化时，其原子排列将发生变化，晶体自然极化，在晶体两表面产生电荷的现象。包含光-热、热-电两个阶段的变换过程。热释电材料:热释电晶体(铌酸锂、钽酸锂)、热释电陶瓷(钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（PZT）)和热释电塑料(聚偏二氟乙烯（PVDF）)等。应用：红外探测器、温度传感器、热成像器件等5.2光电器件(光电传感器)光电管:光电倍增管：光敏电阻:光电二

5、极管：光电三极管:光电池:一、光电管结构：在真空玻璃管内装有光电阴极(逸出功小的光敏材料涂敷在玻璃管内壁)和阳极，感光面对准光的照射孔。当光线照射到光敏材料，便有电子逸出，并被正电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。1.光电管结构和工作原理原理：基于外光电效应；光→阴极→光电子→阳极→空间电子流→外接电阻→压降U=f(I)（实现光电转换）特点：简单，灵敏度低2、光电管的特性光电管的伏安特性曲线当入射光的频率和通量确定时，阳极电压与电流之间的关系称为伏安特性阳极电压较低：阴极发射的电子部

6、分到达阳极，其余受光电子在真空中运动时所形成的负电场作用，回到阴极。阳极电压增高：光电流随之增大。当阴极发射的电子能全部到达阳极时，阳极电流便很稳定，称为饱和状态。150100502020μlm40μlm60μlm80μlm100μlm120μlm4681012阴极电压/VIA/μA阳极电压较低：阴极发射的电子部分到达阳极，其余受光电子在真空中运动时所形成的负电场作用，回到阴极。真空光电管2、光电管的特性光电管的光照特性光照特性：当光电管阳极与阴极间所加电压和入射光频谱一定时，阳极电流I与入射光在阴极上的光通

7、量之间的关系。1-氧铯阴极2-锑铯阴极光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。2、光电管的特性光电管的光谱特性同一光电管对于不同频率的光，具有不同的灵敏度例：对GD-4型光电管，阴极采用锑铯材料，对可见光范围的入射光灵敏度比较高。适用于白光光源，被应用于各种光电式自动检测仪表中。对红外光源，常用银氧铯阴极，构成红外探测器。对紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极。2、光电管的特性光电管的频率响应光电管在从光子射入阴极到在阳极上获得光电子的时间间隔仅有几纳秒，但由于电极间的分布电容和负载电阻构成RC回路关系，使光电管工

8、作响应时间延长至10-4量级，在使用时，可以通过降低负载电阻和减少分布电容方法，提高频率响应。二、光电倍增管原理：利用二次电子释放效应,将光电流在管内部进行放大。二次电子释放效应：高速电子撞击固体表面,再发射出二次电子的现象。1.结构与原理光电管缺点：灵敏度较低改进：光电倍增管光电阴极倍增极阳极设第一倍增极有δ个二次电子发出，经过n次加速和轰击加速后，产生的电子数为δnδ称为二次电子发射比几种常见光