第五章 光电式传感器

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1、传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校1第五章第五章 光传感器光传感器w 光电效应光电效应w 光电式传感器光电式传感器w 光纤式传感器光纤式传感器w CCD传感器传感器w 趣味小制作报警器趣味小制作报警器传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校2光电效应光电效应-外光电效应外光电效应 w 光线照射在某些物体上，引起电子从这些光线照射在某些物体上，引起电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。称光电发射。 w 光的频率必须高于某一限值，这个光的频率必须高于某一限值，这个能使物能使物体发射光电子的最低光频率称为红限频率体发射

2、光电子的最低光频率称为红限频率。 w 小于红限频率的入射光，光再强也不会激小于红限频率的入射光，光再强也不会激发光电子；大于红限频率的入射光，光再发光电子；大于红限频率的入射光，光再弱也会激发光电子。弱也会激发光电子。 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校3光电效应光电效应-内光电效应内光电效应 w 物体受物体受光照射后光照射后，其内部的原子释放出电，其内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体内部，使子，这些电子仍留在物体内部，使物体的物体的电阻率发生变化电阻率发生变化或或产生光电动势产生光电动势的现象称的现象称为内光电效应。为内光电效应。 w 内光电效应又细分为内光电效应又细分

3、为光电导效应光电导效应和和光电伏光电伏生效应生效应。 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校4光电导光电导效应效应 w 入射光强改变物质导入射光强改变物质导电率的物理现象称光电率的物理现象称光电导效应电导效应 w 基于光电导效应的光基于光电导效应的光电器件有电器件有光敏电阻光敏电阻 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校5光电伏生效应光电伏生效应 w 光生伏特效应是半导体材料光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在吸收光能后，在PN结上产结上产生电动势的效应。生电动势的效应。 w 处于反偏的处于反偏的PN结结 ，当有光当有光照时，形成光电流照时，形成光电流I，并且，并且光

4、照越大，光电流越大。光照越大，光电流越大。 w 基于此效应的光电元件有光基于此效应的光电元件有光敏二极管敏二极管、光敏三极管光敏三极管。电子空穴IPNE光照传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校6光电管光电管 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校7光电管结构光电管结构 w 光电管由一个光电管由一个光电阴光电阴极极和和阳极阳极封装在封装在玻璃玻璃壳内壳内组成，光电阴极组成，光电阴极涂有涂有光敏材料光敏材料。 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校8原理原理 w 无光无光照射照射时时，电路不通电路不通w 有光线有光线照射照射时时，如果光子，如果光子能量大于电子

5、的逸出功，能量大于电子的逸出功，会有电子逸出，产生电子会有电子逸出，产生电子发射发射w 电子被带有正电的阳极吸电子被带有正电的阳极吸引，引，在光电管内形成光电在光电管内形成光电流流w 根据电流大小可知光量的根据电流大小可知光量的大小大小光A（阳极）K（阴极）REU0I传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校9光电倍增管光电倍增管 w 在光电管的阴极与阳极之间（光电子飞跃在光电管的阴极与阳极之间（光电子飞跃的路程上）安装若干个倍增极，就构成了的路程上）安装若干个倍增极，就构成了光电倍增管，光电倍增管， 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校10光敏电阻光敏电阻 w 光敏电阻

6、的工作原理是基于光电导效应，光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，由掺杂的由掺杂的光导体薄膜光导体薄膜（光导体）（光导体）沉积在绝沉积在绝缘基片上缘基片上而成，纯粹是个电阻，没有极性而成，纯粹是个电阻，没有极性 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校11光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电当光敏电阻受到光照阻受到光照时，光生电时，光生电子子空穴对空穴对增加，阻值增加，阻值减小，电流减小，电流增大。增大。传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校12测量电路测量电路 w 当当无光照时无光照时，由于光敏电，由于光敏电阻的阻值太大，阻的阻值太大，电路中电电路中电流很小流很小；w 当当

7、有有适当波长范围内的适当波长范围内的光光线照射时线照射时，因其阻值变得，因其阻值变得很小，很小，电路中电流增加电路中电流增加w 根据电流表测出的电流值根据电流表测出的电流值的变化，即可推算出照射的变化，即可推算出照射光强的大小光强的大小 A电极光E传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校13光敏二极管光敏二极管 w 光敏二极管封装在透光敏二极管封装在透明玻璃外壳中，明玻璃外壳中，PN结结在管子的顶部，可以在管子的顶部，可以直接受到光照，为了直接受到光照，为了提高转换效率大面积提高转换效率大面积受光，受光，PN结面积比一结面积比一般二极管大。般二极管大。 传感器原理及应用2022-5-

8、30沈阳铁路机械学校14光敏二极管光敏二极管 w 当当无光照射无光照射时，与普通二极管一时，与普通二极管一样，样，电路电路中仅中仅有很小的有很小的暗暗电流电流，此时相当于光敏二极管截止此时相当于光敏二极管截止w 当当有光照射时有光照射时，在反向电压作用，在反向电压作用下，反向饱和电流大大增加，下，反向饱和电流大大增加，形形成光电流成光电流，这时相当于光敏二极，这时相当于光敏二极管导通。管导通。传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校15光敏三极管光敏三极管 NPNce基区光Ece光基区发射区PNNNPNceERL光结构结构 平面和剖平面和剖面结构面结构 电路电路 传感器原理及应用20

9、22-5-30沈阳铁路机械学校16应用应用 光电转速传感器光电转速传感器 w 当被测物体旋转起来，当被测物体旋转起来，每相邻一对黑、白标每相邻一对黑、白标志，使光电元件由导志，使光电元件由导通变为不导通，对应通变为不导通，对应输出一个电脉冲。输出一个电脉冲。w 被测体每转一周，产被测体每转一周，产生生6个电脉冲，通过频个电脉冲，通过频率计对脉冲计数，即率计对脉冲计数，即可得到旋转物体转速。可得到旋转物体转速。 1-光源光源 2-透镜透镜 3-半透半透明膜明膜 4-透镜透镜 5-转盘转盘 6-透镜透镜 7-光电元件光电元件 传感器原理及应用2022-5-30沈阳铁路机械学校17表面缺陷光电传感器