传感器第4版教学课件作者唐文彦第07章节光电式传感器

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1、第七章光电式传感器组成光电传感器一般由辐射源、光学通路、光电器件组成。工作原理首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、相位、空间分布和频谱分布等，由光电器件将光信号转化为电信号。电信号经后续电路解调分离出被测量信息，实现测量。特点频谱宽不受电磁干扰的影响非接触测量高精度、高分辨力、高可靠性反应快应用检测、控制领域第一节光源光源是光电式传感器的重要组成部分。选择光源要考虑哪些因素？波长谱分布相干性体积造价功率常见的光

2、源有哪几类？自然光源－－太阳光天空光人工光源－－热辐射光源气体放电光源激光器电致发光器件一、热辐射光源什么是热辐射光源？热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光源称为热辐射光源。哪些光源属于热辐射光源？白炽灯卤钨灯热辐射光源的峰值波长与什么有关？物体温度越高，辐射能量越大，波长越短。热辐射光源有哪些特点？输出功率大响应速度慢，调制频率低于1kHz，不能用于快速的正弦和脉冲调制。白炽灯为可见光源，峰值波长在近红外区域，可用作近红外光源。二、气体放电光源什么是气体放电光源？电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的

3、光源称为气体放电光源。气体放电光源的光谱与什么有关？其光谱是不连续的，光谱与气体的种类几放电条件有关。哪些光源属于气体放电光源？低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯统称为光谱灯，常用作单色光源。还有氙灯。三、电致发光器件－－发光二极管什么是电致发光器件？固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象制成的器件称为电致发光器件。哪些器件属于电致发光器件？主要有发光二极管、半导体激光器、电致发光屏等。发光二极管的结构发光二极管的发光强度与电流成正比，这个电流约在几十毫安之内，太大会引

4、起输出光强饱和，甚至损坏器件，使用时常串连一电阻。电极控制层N型半导体电极绝缘层P型半导体发光二极管有哪些优点？体积小寿命长工作电压低响应速度快发热小四、激光器激光器laser，是“光受激辐射放大”的缩写，即lightamplificationbystimulatedemissionofradiation.某些物质的分子、原子、离子吸收外界特定能量，从低能级跃迁到高能级上，如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就形成了粒子数反转，在特定频率的光子激发下，高能粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率相同的光子。由于

5、单位时间受激发射光子数远大于激发光子数，因此上述现象称为光的受激辐射放大。具有这种功能的器件称为激光器。激光器有哪些优点？单色性好、方向性好、亮度高、相干性好激光器有哪几种？固体激光器（红宝石）气体激光器（He-Ne）,（CO2，远红外光源）半导体激光器（体积小，能量高，电源简单）液体激光器第二节光电器件光电器件的作用是将光信号变为电信号。不同种类的光电传感器，对光电器件在灵敏度、动态特性、频谱接收能力等方面的要求也不相同。光电器件按探测原理可分为：热探测型和光子探测型。一、热探测器热探测型器件首先将光信号的能量变为自身的温

6、度变化，再利用器件某种温度敏感特性将温度变化转变为相应的电信号。它是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器。探测器对波长没有选择性，只与接收到的总能量有关，尤其适用于红外探测。种类有：测辐射的热电偶、测辐射的热敏电阻、热释电探测器等。热释电传感器可用于防火、防盗装置，光谱仪，红外测温仪，热象仪，红外遥感技术等中。（查资料）二、光子探测器光子探测型器件基于光电效应原理，即利用光子本身能量激发载流子。这类器件有一定的截止波长，但响应速度快，灵敏度高，使用最为广泛。什么是光电效应？光是由光子组成的，其能量和频率关系为E=hf

7、光照在物体上可看成是一连串具有能量为E的光子轰击物体，如果光子能量足够大，物质内部电子在吸收光子后就会摆脱内部力的束缚，成为自由电子，自由电子可能从物质表面逸出，也可能参与物质内部的导电过程，这种现象称为光电效应。是不是光的强度越大激发的导电电子越多，为什么？光子探测器有一定的截止波长，只能探测短于这一波长的光，当光的频率低于某一阈值时，光的强度再大也不能激发导电电子。目前常用的光子探测型器件有哪几种？光电发射型探测器光电导型探测器光电结型探测器光生伏特型探测器（一）光电发射型探测器在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为

8、外光电效应，用这种原理制成的光电器件称为光电发射型探测器。主要有：真空光电管和光电倍增管概念红限临界波长＝hc/A0图7-3真空光电管的结构及外接电路a)结构b)外接电路图7-4光电倍增管的结构原理图光电管的特性包括：光电特性（I-Φ）、伏安特性（I-U）、光谱特性（I-λ）等图7-5光电