第7章光电式传感器

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1、传感器原理与应用传感器原理与应用被测量被测量被测量被测量光源光源光电光电器件器件光电式位移传感器光电式位移传感器光电式扭矩传感器光电式扭矩传感器光电式水浸开关传感器光电式水浸开关传感器光电式转速传感器光电式转速传感器光电式烟雾探测器光电式烟雾探测器) 1 . 7(2102AmhE上式称为上式称为爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程。)2 . 7(/00hA 若若 0，入射光强再大也不会产生光电发射；，入射光强再大也不会产生光电发射；若若 0，即使光强微弱也会，即使光强微弱也会产生产生光电发射。光电发射。) 1 . 7(2102AmhE) 1 . 7(2102AmhE)3 . 7(nm124

2、0/gg00EhEcc例如，锗例如，锗 Eg0.75 eV，硅，硅 Eg1.2 eV。+-PN-+-PN+-+-PN 当光照射阴极时，电子从阴极当光照射阴极时，电子从阴极逸出，在电场作用下被阳极收集，逸出，在电场作用下被阳极收集，形成电流，该电流引起负载上的压形成电流，该电流引起负载上的压降随光照强弱而变化，从而实现了降随光照强弱而变化，从而实现了将光信号转换为电信号的目的。将光信号转换为电信号的目的。)4 . 7(niM 一般一般M在在105108之间。设光电阴极的光电流为之间。设光电阴极的光电流为I0 ，则到达阳极的电流为，则到达阳极的电流为：)5 . 7(0niII 1. .光敏电阻光敏

3、电阻 光敏电阻又称光敏电阻又称光导管光导管，是一种均质半导体光电，是一种均质半导体光电器件。如图所示，在玻璃底板上均匀地涂上一层薄器件。如图所示，在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体材料，两端装上金属电极，然后压入塑薄的半导体材料，两端装上金属电极，然后压入塑料封装体内。料封装体内。太阳能应急灯太阳能应急灯编码器用硅光电池编码器用硅光电池)6 . 7()()()(maxrSSS 硫化镉硫化镉光敏电阻的伏安特性如图所示。照度不同光敏电阻的伏安特性如图所示。照度不同时，曲线斜率不同，表明电阻值随照度而改变。时，曲线斜率不同，表明电阻值随照度而改变。)e1 ()(/titii( (t) )上升到稳

4、态值上升到稳态值i的的0.63倍时所需的时间倍时所需的时间( (即即t 时时) )称为探测器响应时间。称为探测器响应时间。20)(1)(DD式中，式中，D0为调制角频率为调制角频率 0时的响应度；时的响应度； 为响应为响应时间。时间。 雪崩二极管具有很高雪崩二极管具有很高的灵敏度和响应速度，但的灵敏度和响应速度，但输出线性差，在光通信中输出线性差，在光通信中占有重要地位。雪崩二极占有重要地位。雪崩二极管实物图如图所示。管实物图如图所示。 其其P+ +N结为浅结，结为浅结，NP结为深结。当光线照射时，结为深结。当光线照射时，紫外光吸收系数大，经过很短距离就被紫外光吸收系数大，经过很短距离就被P+

5、 +N结吸收完结吸收完毕。而红外光吸收系数小，主要在毕。而红外光吸收系数小，主要在NP结处被吸收。结处被吸收。因此，浅结对紫外光有较高的灵敏度，而深结对红外因此，浅结对紫外光有较高的灵敏度，而深结对红外光有较高的灵敏度。光有较高的灵敏度。 到达到达P层的空穴分成两路：层的空穴分成两路：一路沿表面电阻一路沿表面电阻Rl流向流向1端形成端形成光电流光电流Il；另一路沿；另一路沿R2流向流向2端端形成形成I2；当电阻层均匀的时候，；当电阻层均匀的时候，R2/ /Rlx2/ /xl，则，则Il/ /I2R2/ /Rlx2/ /xl。ERLUoIoOG321P SiN Si 这种转移方式有效光敏面这种转