Ch3 光电式传感器ppt课件.ppt

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1、传感器原理及应用第3章光电式传感器传感器原理及应用第3章光电式传感器主要内容：光电效应光电器件:光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电晶体管、光电池、其他光电器件、电荷耦合器光纤传感器传感器原理及应用第3章光电式传感器概述光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器件种类很多，如：光电管、光敏二极管、光电倍增管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电耦合器、光纤等等。在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。传感器原理及应用第3章光电式传感器概述指纹锁门禁光电鼠标传感器原理及应用第3章光电式传感器概述料

2、位自动控制电动扶梯自动启停光电开关传感器原理及应用第3章光电式传感器概述光栅光纤光电管光敏电阻3.1光电效应传感器原理及应用第3章光电式传感器传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分为：外光电效应内光电效应光电导效应光生伏特效应传感器原理及应用第3章光电式传感器3.1光电效应3.1.1工作原理(1)外光电效应在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：——普朗克常数()——光的频率（Hz），波长短，频率高，能量大传感器原理及应用第3章光电式传感器3.1光电效应3.1.1工作原理如果光子的能量

3、E大于电子的逸出功A，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。由能量守恒定律有：光电流与光强的关系光电流与波长（入射光子能量）传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（1）光电管当光线照射在光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产生电子发射。电子被带有正电的阳极吸引，在光电管内形成电子流，电流在回路电阻R上产生正比于电流大小的压降。因此传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（1）光电管传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2

4、光电器件（1）光电管真空光电二极管充气光电二极管真空光电二极管真空玻璃壳－阴极－阳极阴极：一定形状，有效吸收光强；镀有光电发射材料阳极：吸收光电子；不妨碍光照射阴极真空光电管伏安特性充气光电二极管充有低压惰性气体（氩、氖）碰撞电离－倍增效应，选择合适电压（不能太高：自激放电；阴极电流过大，损坏阴极）特点：灵敏度高，随电压变化显著；稳定性差伏安特性比较光电阴极材料光吸收系数大；光电子体内传输能量损失小，逸出深度大；电子亲和势低，表面逸出几率高金属不太合适，紫外敏感半导体光电材料，可见光、红外敏感Ag-O-Sc、GaAs、InGaAs等光强一定条件下，量子效率随波长变

5、化关系传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（2）光电倍增管光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。如核仪器中闪烁探测器都使用的是光电倍增管做光电转换元件。光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。工作原理结构性能参数测量电路传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（2）光电倍增管二次电子发射系数第一极板的收集效率f（与光电阴极材料有关）极间传递效率g（与结构和电压有关）总增益光电倍增管的结构聚焦型非聚焦型光电倍增管的性能参数灵敏度阴极灵敏度阳极灵敏度放大倍数：阳极电流

6、和阴极电流的比值暗电流（无光照时，输出电流的直流成分）形成原因1)欧姆漏电：金属蒸气凝结2)热电子发射：减少光电阴极面积；选用热发射小的材料；阴极低温3)反馈效应：离子反馈－气体电离；光反馈－荧光4)场致发射：尖端高压放电5)其他因素光电效应传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（2）光电倍增管光电倍增管测量电路：电阻分压，总阳极电压一般900-2000V，极板间电压80-150V暗电流、噪声低耐高压隔直电容，只能输出交流信号输出电压或电流直接运放耦合阴极有负高压，暗电流和噪声大传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（2）光电倍增管核仪器测量中

7、的谱线漂移传感器原理及应用第3章光电式传感器光电导效应：入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。这种效应几乎所有高电阻率半导体都有，为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E0应大于禁带宽度Eg。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。3.1光电效应3.1.1工作原理(2)内光电效应半导体材料电导率光照后附加电导相对光电导(光电导灵敏度)传感器原理及应用第3章光电式传感器3.2光电器件（3）光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。光敏电阻结构及符号传感器原理及应用第

8、3章光电式