传感器技术及其应用第2版教学课件作者陈黎敏4光电传感器课件

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1、Technology&ApplicationofSensor机械工业出版社传感器技术及其应用咖啡罐*第四章光电式传感器按光电元件输出量性质可分二类:模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。光电式传感器的基本组成光源光学元件光电元件模拟式光电传感器光源本身是被测物:这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计。透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部分被吸收后，透射光投射到光电元件上，因此又称之

2、为吸收式模拟式光电传感器漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上模拟式光电传感器遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射刭光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。模拟式光电传感器4.1光电效应及光电器件4.2红外线传感器4.3色彩传感器4.4CCD图像传感器4.5光纤传感器目录常见光电器件a)光电管b)光电倍增管c)光敏电阻d)光敏二极管e)光敏三极管f)光电池d)光敏二极管e)光敏三极管f)光电池4.1光电效应与光电

3、器件外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。光生伏特效应：在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。传知万物感创未来光物理基础电磁波的频谱分布传知万物感创未来光通量光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通量，用符号Φ表示，单位为流明（lm

4、）。45W节能灯的光通量约为2500lm，相当于250W白炽灯或150W水银汞灯。传知万物感创未来发光强度光源在空间某一特定方向上的单位立体角内辐射的光通量称为光源在该方向上的发光强度（简称光强），用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。最早在英国定义的发光强度单位为“烛光”传知万物感创未来照度照度是用来表示被照面上光的强弱。受照物体表面每单位面积（1m2）上接收到的光通量称为照度，符号为E，单位为勒克司（lx）。照度仪传知万物感创未来亮度发光体在视线方向单位投影面（1m2）上的发光强度称为该物体表

5、面的亮度，也称为辉度，用符号L来表示，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。总结：常用光度学的名称、符号、单位及说明名称符号单位说明光通量Φ流明（流）lm发光体每秒所发出的光量总和光强I坎德拉（坎）cd发光体在特定方向的单位立体角内所发射的光通量照度E勒克斯（勒）lm/m2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度L尼脱（尼）cd/m2发光体在视线方向单位投影面上的发光强度传知万物感创未来1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。用光照射某

6、一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。4.1.1-4.1.3光电器件原理及其特性用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。紫外管外形当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚

7、而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。紫外线光敏电阻当光敏电阻受到光照时，阻值减小。光敏电阻演示当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）光敏二极管将光敏二极管的PN结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。光敏二极管外形光敏二极管阵列包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。红外发射、接收对管外形红外发射管红外接收管PIN光电二极管PIN光电二

8、极管是在P区和N区之间插入一层电阻率很大的I层，从而减小了PN结的电容，提高了工作频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF频带小信号开关、中波频带到1000MHZ之间电流控制、可变衰减器、各种通信设备收发天线的高频功率开关切换和RF领域的高速开关等。特殊结构的PIN二极管还可用于测量紫外线或射线等。APD光敏二极管（雪崩光敏二极