第8章 光电式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2021）

传感器与检测技术 工程检测技术 光电式传感器 内容： 光电效应 光电器件 测量电路 工程检测技术 光电效应 物体受到一串具有较大能量的光子打击，光子能量转换为物体中某些电子能量，该物质的电子就易于逸出，离开质子而产生光电发射。 工程检测技术 光电效应 电子的动能与光子能量关系为： （1）光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体表面的逸出功； （2）入射光频谱成分不变情况下，产生的光电子数与光强成正比； （3）光子逸出物体表面时具有初始动能。 光强I 频率ν 金属板 电子 动能Ek 工程检测技术 光电效应 外光电效应——在光线作用下，电子从物体表面 逸出。 内光电效应——在光线作用下，物体电阻率发生 变化。 光生伏特效应——在光线作用下，物体产生一定 方向的电动势。 工程检测技术 光电效应 光电元件： 光电管 光敏电阻 光敏二极管、三极管 光电池 特性： 光电特性 伏安特性 光谱特性 频率特性 温度特性 工程检测技术 一、光电管 工程检测技术 光电倍增管 对光电流进行放大 工程检测技术 光电管特性 1. 光通量与光电流之间为线性关系； 2. 电压一定时，转换灵敏度为常数；灵敏度随极间电压的提 高而增大； 3. 充气光电管灵敏度比真空管高一个数量级；但惰性较大。 光电特性 工程检测技术 光电管特性 入射光的频谱及光通量一定，阳极与阴极之间的电压与光电流之间关系 伏安特性 工程检测技术 光电管特性 Ⅰ——铯氧银； Ⅱ——锑化铯； Ⅲ——人眼视觉特性。 光通量、阳极电压一定，阳极电流与入射光波长之间关系 光谱特性 工程检测技术 二、光敏电阻 材料：均质的半导体。 无光照时——电阻值很大，电流很小。 有光照时——电阻值急剧减小，电流增加。 工程检测技术 光敏电阻 工程检测技术 光敏二极管和光敏三级管 无光照时——二极管反向偏置，反向电阻值很大，电流很小。 有光照时——PN结附近产生电子空穴对，电流增加，电流强 度随光强变化。 工程检测技术 光敏二极管和光敏三级管 工程检测技术 光电池 工程检测技术 光电特性 光电流与光照之间的关系。 硒电阻 光敏晶体管 硅光电池 工程检测技术 伏安特性 一定照度下，光电元件两端电压和电流之间的关系。 工程检测技术 伏安特性 一定照度下，光电元件两端电压和电流之间的关系。 工程检测技术 光谱特性 灵敏度K和入射光波长之间的关系。 工程检测技术 光谱特性 灵敏度K和入射光波长之间的关系。 工程检测技术 频率特性 入射光受到一定频率调制时，输出电流随频率变化的关系。 工程检测技术 温度特性 灵敏度随温度变化的关系。 光敏电阻： 暗电阻——光敏电阻不受光时照时的电阻值。 暗电流——电压一定时，不受光时照时的电流。 亮电阻——受光时照时的电阻值。 亮电流——电压一定时，受光时照时的电流。 工程检测技术 温度特性 光敏电阻温度特性： 暗电阻 灵敏度 温度升高—— 频谱特性向短波方向移动 ——下降 工程检测技术 温度特性 光敏晶体管、光电池温度特性： 工程检测技术 测量电路 光源： 发光二极管 钨丝灯泡 电弧灯或石英灯 激光 工程检测技术 测量电路 图7-16 光敏电阻开关电路 施密特触发电路 工程检测技术 测量电路 施密特触发电路 工程检测技术 测量电路 工程检测技术 测量电路 图7-18 具有温度补偿的光敏二极管测量电路 工程检测技术 测量电路 工程检测技术 光电传感器应用 图8-20 光电元件的测量方式 工程检测技术 光电传感器应用 图7-22 WDS型光电比色高温计原理图 测温范围800～2000℃，精度0.5% 反射镜 倒像镜 目镜 物镜 视场光栏 分光镜 滤光片 硅光电池 工程检测技术 光电转速传感器应用 转速为n f∝n 工程检测技术 光电转速传感器应用 转速为n f∝n 工程检测技术 光电传感器应用 图8-24 天幕靶 工程检测技术 光电耦合器 工程检测技术 光电耦合器 工程检测技术 光电耦合器 工程检测技术 光纤传感器特点 灵敏度高，测量精度高； 结构简单，体积小； 耗电量少； 耐腐蚀，绝缘性好； 可弯曲，不受电磁场干扰； 适合远距离测量。 工程检测技术 光纤结构