第9章 光电式传感器（课件）- 《传感器检测技术》同步教学（机工版）

传感器与检测技术 第九章　 光电式传感器 光电传感器在日常生活中的应用 9.1 概述 通常按工作原理分为4类 —光电效应传感器 —红外热释电探测器 —固体图像传感器 —光纤传感器 光电式传感器（或称光敏传感器）：是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。 传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现非电量的测量。 9.1.1 光电传感器的分类 9.1 概述 1、光电效应传感器 是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。 2、红外热释电探测器 主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。 9.1 概述 3、固体图像传感器 结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属氧化物半导体图像传感器。 4、光纤传感器 它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接收解调后变成电信号。 9.1 概述 9.1.2 光电传感器的基本形式 光电式传感器按照光路组成来看可以分成四种基本形式： （1）透射式光电传感器 （2）反射式光电传感器 （3）辐射式光电传感器 （4）开关式红外传感器 由光路及电路两大部分组成 光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9.1 概述 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9.1 概述 光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强（不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式测量等特点 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、位移、速度、加速度等 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用潜力 9.1.3 光电传感器的特点 9.2 光电效应与光电器件 光电效应方程 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量可表示为 h—普朗克常数：h=6.626×10-34 J·S v—光的频率 m—电子的质量 v—电子逸出初始速度 A0 —表面逸出功 9.2 光电效应与光电器件 可以根据光电效应制成光电器件—光电器件是将光能转变为电能的一种传感器件。是构成光电式传感器的主要部件。 光电器件工件的物理基础：光电效应。 光电效应分为：外光电效应、内光电效应 9.2 光电效应与光电器件 9.2.1 外光电效应型光电器件 当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。 即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。 根据外光电效应做出的光电器件有光电管和光电倍增管。 9.2 光电效应与光电器件 1、光电管及其基本特性 分为真空光电管和充气光电管：由阴极（K极）和阳极（A极）组成。当光线照射阴极时，光电子从阴极发射出去，在阴极和阳极之间电场的作用下，光电子加速运动，被高电位的中央阳极收集形成光电流。充气光电管充填氩或氖气，光电作用下使气体电离，增大光电流。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9.2 光电效应与光电器件 充气光电管稳定性较差，温度影响大，容易衰老。一般采用真空光电管。 随着半导体器件发展，真空光电管逐渐被半导体器件代替。 光电管主要性能 伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探测率和温度特性 9.2 光电效应与光电器件 （1）伏安特性 一定光照条件下阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9.2 光电效应与光电器件 （2）光照特性 曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特性，光电流与光通量呈线性关系。 曲线2为锑铯阴极的光电管光照特性，它呈非线性关系 9.2 光电效应与光