光电效应的传感关系及应用实例

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1、综述光电效应的传感关系，举例分析身边的在线检测技术的应用实例光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现彖被人们统称为光电效应（Photoelectriceffect）o光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现彖发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现彖发生在物休内部，称为内光电效应。赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解禅了光电效应（金属表而在光辐照作用下发射电了的效应，发射岀来的电了叫做光电了）。一、1、光导效应的主要原理由物理学光的粒子

2、性可知，光是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子。每个光子具有一定的能量，其大小等于普朗克常量乘以光的频率。当用光照射半导体时，原子小的价电子吸收光子能量后，被激发出來而形成H由电子，同时也产牛空穴。此外，若半导体屮掺有的杂质原子还处在没有全部被电离的温度范围内，即有的杂质原子还没有给出电子或空穴，光照射也能使这些杂志原子吸收光子能量后激发出电子或空穴。这些H由电子和空穴（光生载流子），使半导体材料的导电能力大大增强，即电导率增加，这种现象称为光电导效应，简称光导效应。具有光导效应的材料成为光导体。出金

3、属外，大多数半导体和绝缘体材料都具有光导效应，但都很小。实际上只有少数几种材料能用来制造光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等光敏器件。2、光导传感器的主要应用光敏电阻可广泛应川于各种光控电路，如对灯光的控制、调节等场合，也口J用于光控开关，下面给出几个典型应用电路。图6是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使町控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的冃的。反Z,若周围的光线变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电

4、压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，卜-面给出儿种典型电路。图2是一种简单的暗激发继电器开关电路。具工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。图6光控调光电路图7简单的喑激发光控开关(1)反射式表面缺陷传感器反射式表而缺陷传感器工作用原理示意图如图8所示。图小所检测工件表面光滑时，

5、由光源发射的光线经透镜汇聚在待检测工件农而，其反射光经透镜加好入射到光敏元器件；若待检测工件表面有缺陷时，反射光偏离原來光路，无法入射到光敏器件上，使其发出物体表面有缺陷的信号。图8反射式表血缺陷传感器原理图图9液位检测器(2)液位检测器图9是-•种液位检测装置，在液体未升到发光二极管及光敏三极管平面时，红外发光二极管发出的红外线不会被光敏三极管接收；当液位上到发光二极管及光敏三极管平血时，由于液体的折射，光敏三极管接收到红外线从而获得液位信号。转速测量图10转速测虽原理图图10是转速测量工作原理简图。在被

6、测电机的轴上固定一个光码盘（带孔圆盘或带齿圆盘）,它将光源发出的恒定光变化成调制光。光每照射到光敏器件一次，光敏器件所在电路就导通—•次，产生一个电脉冲信号。这种连续不断的电脉冲经过放人整形电路，然后用数字频率计测出电脉冲的频率，从而得到电机的转速。二、光电子发射效应光电子发射效应：金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表面逸出，此现象叫光电子发射效应。发射出來的电子称为光电子，可以发射光电子的物体称为光电发射体。光电子形成电流即为光电流。光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光

7、强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。在光的频率不变的情况卞，入射光越强,相同的吋间内阴极（发射光电子的金属材料）发射的光电子数冃越多从实验知道，产生光电流的过程非常快，一•般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明,光电效应是瞬吋的。爱因斯坦方程：hv=（1/2）mvA2+kW式'

8、J（1/2）mvA2是脱出物体的光电子的初动能。金属内部有大量的口由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为hu=（1/2）mvA2+W假

9、如huvWjll子就不能脱出金丿成的表面。对于一定的金属，产牛光电效应的最小光频率（极限频率）u0。由hvO=W确定。相应的极限波长为XO=C/uO=hc/Wc发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以卞算式：光子能量=移出一个电子所需的能量+被发射的电子的动能代数形式：hfi+Em4>=hfOEm=（1/2）mvA2其屮h是普