光电式传感器-6

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1、第八章光电式传感器光电式传感器的工作原理是：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。第一节光源8.1.1光的特性光的波动性紫外区为10nm～380nm可见区为380nm～780nm红外区为780nm～1um光的粒子性E=hv第一节光源一、热辐射光源二、气体放电光源三、电致发光器件－－发光二极管四、激光器1.气体激光器2.固体激光器3.半导体激光器一、热辐射光源1.常用的热辐射光源有：白炽灯和卤钨灯白炽灯：钨灯丝、芯柱、玻璃壳等组成，玻璃壳内抽成真空或充入惰性气体卤钨灯：采用卤钨循环提高光效而不使泡壳发黑二、气体

2、放电光源当气体具有导电性时，电流经过气体的现象称为气体放电常用的气体放电光源有荧光灯、汞灯和氙气荧光灯荧光灯管内充有低压水银蒸气，管内壁涂有荧光粉卤磷酸钙光致发光：等离子体显示PDP1发光机理：与荧光灯的发光原理相同。激发态能级基态能级Xe气体紫外线可见光光吸收激发态能级基态能级荧光体称吸收了短波长的光后处于激发态的原子回到基态时发射出长波长光的现象为光致发光。一是：首先由于放电效应造成的处于等离子状态的电子和Xe碰撞时，Xe被激发到了高能态，当它从高能态恢复到低能态时将发射出紫外线。二是：发射出的紫外线激发荧光体，荧光体回到低能态时发射出可

3、见光。光的产生过程分两部分：三、电致发光器件－发光二极管固体发光材料在电场激发下，将电能直接转换为光能的发光现象称为电致发光发光二极管：利用半导体PN结把电能转换成光能的半导体器件。四、激光器激光（laser镭射）受激辐射光放大lightamplificationbysimulatedemissionofradiation激光光源的特点：方向性强、单色性好、相干性好、高亮度8.2光电效应及器件光电效应指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类:光

4、电子发射、光电导效应和光生伏特效应。内光电效应：光作用，使光电器件的电阻率变化。器件：光敏电阻。光作用，使光电器件产生一定方向的电动势。器件：光电池。8.2光电效应及器件8.2.1外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。外光电效应光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hν一个电子只能接受一个光子的能量要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能8.2.1外光电效应外光电

5、效应根据能量守恒定理式中m—电子质量；v0—电子逸出速度。该方程称为爱因斯坦光电效应方程。8.2.1外光电效应8.2.1外光电效应器件光电管由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。8.2.1.1光电管特点：光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20～200μA/lm；暗电流小，最低可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等。光电倍增管是一种能将微弱的光信号

6、转换成可测电信号的光电转换器件。一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105~106倍。8.2.1外光电效应器件8.2.1.2光电倍增管当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应（1）光电导效应在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电

7、导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极管、三极管。8.2.1内光电效应（2）光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池，光电二极管、光电三极管。导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg8.2.2.1光敏电阻金属电极半导体光敏电阻又称光导管，为纯电阻(没有极性)元件，其工作原理是基于光电导效应，它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质,半导体的两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接,光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影

8、响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。a．光敏电阻的主要参数（１）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此