最新光电式传感器-董春利资料ppt课件.ppt

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1、光电式传感器-董春利资料第八章光电式传感器技术8.1光电效应与光电传感器8.2光纤传感器8.3激光传感器8.4激光传感器8.5图像传感器光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，它是构成光电式传感器最主要的部件。光电器件响应快、结构简单、使用方便，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中，应用非常广泛光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。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。被测量的变化引起的光信号的变化可以是光源的变化

2、、也可以是光学通路的变化、或者是光电元件的变化。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。3．光电效应的特性光照特性：当光电元件上加上一定电压时，光电流I与光电元件上光照度E之间的对应关系光谱特性：光敏元件上加上一定的电压，这时如有一单色光照射到光敏元件上，如果入射光功率相同，光电流会随入射光波长的不同而变化。伏安特性：在一定照度下，光电流I与光敏元件两端电压V的对应关系，称为伏安特性。伏安特性可以帮助我们确定光敏元件的负载电阻，设计应用电路。频率特性

3、：在相同的电压和同样幅值的光照下，当入射光以不同频率的正弦频率调制时，光敏元件输出的光电流I和灵敏度S会随调制频率f而变化，称为频率特性。温度特性：光电元件的温度特性是指其输出与温度的关系。部分光电元件输出受温度影响较大，应采取相应措施进行温度补偿。响应时间：不同光敏器件的响应时间有所不同。光敏电阻较慢，约为（10-1~10-3）s，一般不能用于要求快速响应的场合。工业用的硅光敏二极管的响应时间为（10-5~10-7）s左右，光敏三极管的响应时间比二极管约慢一个数量级，在要求快速响应或入射光、调制光频率较高时应选用硅光敏二极管。二、光电元

4、件1．光电管和光电倍增管（a）光电管结构外形（b）光电管工作电路（1）光电管1）光电管的结构(如图)2）光电管的原理光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，在入射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。电流和电阻R0上的电压降就和光强成函数关系，从而实现光电转换。即：UL=F（Φ）3）光电管的性质适用于不同的光谱范围同一种光电管对不同频率的入射光灵敏度并不相同。（2）光电倍增管光电倍增管结构光电倍增管基本电路光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光

5、电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。多用于微光测量。（3）光电管的特性1）暗电流光电管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。暗电流的存在决定了光电管可测量光信号的最小值。所以要求其暗电流小并且稳定。2）光谱响应特征在给定波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大小称为光电管的绝对光谱响应率，表示为：3）光电管的伏安特性在一定照度下，光电流与光电管两端电压的对应关系，称为伏安特性。2．光敏电阻光敏电阻是采用半导体材料制做，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象

6、称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。（1）工作原理光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。敏度高光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。（2）光敏电阻的结构光敏电阻的原理结构图光敏电阻内部构造图1.玻璃；2.光电导层；3.电极；4.绝缘衬底5.金属壳；6.黑色绝缘玻璃；7.引线（3）光敏电阻的主要参数暗电阻和暗电流：光敏电阻在室温和全暗条条件下，经过一定时间测得的稳定电阻值，称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流，称为暗电流。亮电阻和亮电流：光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值，

7、称为该光照下的亮电阻，或亮阻。此时流过的电流，称为亮电流。光电流：亮电流与暗电流之差，称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大。这样光敏电阻的灵敏度就高。（4）光敏电阻的基本特性1）伏安特性（I-U曲线）可见：在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积及散热条件等因素有关。电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关，而与电压、电流无关。2）光照特性

8、（光电特性）3）光谱特性光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做连续量的检测元件光敏电阻的光电特性图光敏电阻的光谱特性4)光敏电阻的频率特性光电导的弛豫现象:光电流的变化对于光的变化，在时间