光电式传感器 教案.doc

《光电式传感器 教案.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、课题项目：光电式传感器任务一：传感器技术指标课程名称传感器基础知识授课类型新授班级日期课时教学目标知识目标：掌握光听音器的安装与调试，了解光电式传感器的应用能力目标：能安装与调试光听音器情感目标：认识光电式传感器教学重点光电式传感器安装与调试教学难点光电式传感器的光电效应教学方法讲述法，实践操作法；练习法课前准备光电二极管，观点三极管，微安机，万用表教学后记及改进措施一、光电式传感器1、光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成

2、。光电式传感器具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性、反映快等特点，使其在检测和控制领域获得了广泛的应用。光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精度、高可靠性和反应快等特点，使得光电传感器在检测和控制领域获得了广泛的应用。光电器件是构成光电式传感器最主要的部件。光电式传感器的工作原理如图8-1所示：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。图中x1表示被测量能直接引起光量变化的检测方式；x2表示被测量在光传播过程中调制光量的检测方

3、式将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光电元件。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。光电传感器的工作基础是光电效应。光光源光电电光通路光电器件信号处理被测量被测量输出二、光的基本性质1、牛顿——微粒说根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振波动理论惠更斯、杨氏和费涅耳等解释光的干涉和衍射现象麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波2、光量子说1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念光子的能量与光的频率成

4、正比光具有波粒二象性三、光电效应定义：对不同频率ν的光，其光子能量E=hν是不相同的，光波频率ν越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看作是一连串能量为hν的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，这种物理现象称为光电效应。v光照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性发生改变统称为光电效应光电器件工作的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。1．

5、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，如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。我们知道，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能力由下式确定：——普朗克常数，6.626×10（J∙s）；υ——光的频率（s）。若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生电子发射。故要使一个电子逸出，则光子能量hυ必须超出逸出功A0，超过部分的能量，表现为逸出电子的动能。即式中：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。光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同物体具有不

6、同的逸出功，这意味着每一个物体都有一个对应的光频阀值，成为红限频率或波长限。光线频率小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射。当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。光电子逸出物体表面具有初始动能，因此外光电效应器件，如光电管即使没有加阳极电压，也会有光电流产生2．内光电效应◆受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类。●光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。基于这种效应的器件有光敏电阻等。当光照射到光电导体上时，若这

7、个光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光电导材料价带上的电子将被激发到导带上去。从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的导电率变大。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即3、光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。①势垒效应（结光电效应）接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。②侧向光电效应当半导体光电器件受光照不均匀时，由载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。光电器件：一、光敏电阻：1．光敏电阻的结构与工作原理◆

8、光敏电阻又