第10 章光电式传感器

《第10 章光电式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第10章光电式传感器学习要点：1.掌握传感器工作原理2.了解传感器的基本特性3.了解传感器的应用光电式传感器是一种以光电器件作为转换元件，将被测量通过光量的变化转换成电量进行检测的传感器。光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成。光源发射出一定通量的光线，由光电元件接收，在检测时，被测量使光源发出的光通量发生变化，因而使接收光通量的光电元件的输出电量也作相应的变化，最后用电量来表示被测量的大小。光电式传感器输出的电量可以是模拟量，也可以是数字量。一、光电效应光电式传感器的物理基础是光电效应。光电效应

2、可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。外光电效应又称光电发射效应，多发生于金属和金属氧化物，基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。内光电效应又称光电导效应，多发生于半导体内，基于内光电效应原理工作的光电器件有光敏电阻等。光生伏特效应发生于半导体PN结，基于光生伏特效应原理工作的光电器件有光电池等。二、光电管及光电倍增管1.光电管当光电阴极受到适当波长的光线照射时发射光电子，在中央带正电的阳极吸引下，光电子在光电管内形成电子流，在外电路中便产生光电流。光电管光电特性曲线的斜率称为光电管的（光

3、电）灵敏度。同一光电管对于不同频率的光灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。因此，对于各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。2.光电倍增管在入射光很微弱时，一般光电管能产生的光电流很小，难于检测。在这种情况下，即使光电流能被放大，噪声也与信号同时被放大了，为此，采用光电倍增管对电流进行放大。光电倍增管的工作原理是基于外光电效应。一个光子在阳极上产生的平均电子数称为光电倍增管的总灵敏度。光电倍增管的灵敏度非常高，因此不能受强光照射，否则将会损坏。光电倍增管的光谱特性与相同材料阴极的光电管的光谱特性相似。三

4、、光敏电阻光敏电阻是一种纯电阻器件，具有很高的光电灵敏度。光敏电阻由一两边带有金属电极的光电半导体组成，电极与半导体之间呈欧姆接触，使用时在两电极上加直流或交流工作电压。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏电阻的暗电阻与亮电阻之比一般在100：1至10000：1之间，取决于光敏电阻的材料。光敏电阻对于不同波长的入射光其灵敏度是不相同的。因此，在选用光敏电阻时，应当把元件的光谱特性与光源的类型结合起来，这样才能获得良好的效果。四、光电池光电池是一种将光能直接转变成电能的器件。光电池的种类很多，应用最广的有硅光

5、电池和硒光电池等。在以光电池作为测量元件时，最好能保证温度恒定，或采取温度补偿。五、光电二极管和光电三极管光电二极管和光电三极管通常统称为光敏晶体管，工作原理同样是基于内光电效应，但是半导体的P-N结参与了光电转换过程。光敏晶体管在恒定电压作用和恒光通量照射下，光电流与入射光的关系称为光敏晶体管的光谱特性。光敏晶体管的光谱特性在光敏晶体管的设计应用中有着重要意义，应根据光谱特性选择光敏器件和光源。光敏二极管其光照特性的线性较好，适合做检测元件；光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加而较小，且在大电流时有饱和现象

6、，因此，光敏三极管不适于弱光和强光的检测。六、光电式传感器及其应用光电式传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测量、气体成分分析等；也可用于检测能转换成光量变化的其它非电量，如直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度以及物体形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有结构简单、精度高、响应快、非接触、性能可靠等优点。习题与思考题一、选择与填空题1.光敏晶体管的工作原理是基于效应。A.外光电B.内光电C.光生电动势2.下列传感器中，能量控制型传感器是和，能量转换型传感器是和。A.光电式

7、B.应变片C.电容式D.压电式3.在光电作用下，使物体的内部产生定向电动势的现象称效应。A.内光电B.外光电C.热电D.光生伏特4.在光作用下，使电子逸出物体表面的现象称效应。A.内光电B.外光电C.热电D.光生伏特5.光电元件中常用的有、和。6.不同的光电元件对于不同波长的光源，其灵敏度是。7.霍尔元件是利用半导体元件的特性工作的。8.光电管的原理是根据，光电池的原理是根据，光敏电阻的原理是根据。二、问答题1.半导体内光电效应与光强和光频率的关系是什么？2.光敏电阻、光电二极管和光电三极管是根据什么原理工作的

8、？它们的光电特性有何不同？3.什么是光电元件的光谱特性，在什么应用情况下应主要考虑其光谱特性？4.为什么光电池作为检测元件时不能当作电压源用？5.为什么光电耦合器具有抗干扰特性？6.试设计一个利用光电开关来测量转速的测量系统。习题与思考题答案一、选择与填空题1.B；2.BC，AD；3.D；4.B；5.光敏电阻、光敏晶体管、光电池6.不同的7.磁敏（霍尔效应）8.外光电效应光生伏特内光电