1、1,第八章 光電式傳感器,將光量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置,光電傳感器的組成：,工程檢測中的光源，可以是各種發(fā)光器件產(chǎn)生，也可以是物體的輻射光。,2,工作原理：光電效應(yīng),物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體的某些電子能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。,光電效應(yīng),外光電效應(yīng),內(nèi)光電效應(yīng),3,一、 外光電效應(yīng),E=h,在光照下，物體內(nèi)電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。,式中： h普朗克常數(shù)=6.62610-34(Js) 光的頻率（s-1）。,當(dāng)E 時，電子逸出物體表面產(chǎn)生光電子,4,根據(jù)能量守恒定律：,結(jié)論：,1、光電子能否產(chǎn)生取決于光子能量是否大于該物體表面逸出功 。,對某一特定物質(zhì)將對應(yīng)有一個光頻率閾值，稱紅限頻率。

2、,2、光電流與光強成正比。,3、必須加負(fù)的截止電壓，以保證未工作時光電流為0。,4、外光電效應(yīng)從光照到發(fā)射光電子幾乎瞬間發(fā)生。,5,真空光電管,phototube,6,光電倍增管（日本）,7,在各個倍增極上加上一定的電壓，陰極K電位最低，從陰極開始，各個倍增極電位依次升高，陽極A電位最高。,8,二、 內(nèi)光電效應(yīng),在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。,光電導(dǎo)效應(yīng),光生伏特效應(yīng),1、光電池 2、光敏電阻 3、光敏二極管和光敏三極管 4、CCD,幾種常見的光電器件,9,8.1 常見光電器件,一、光敏電阻,光敏電阻結(jié)構(gòu) (a) 光敏電阻結(jié)構(gòu)； (b) 光敏電阻電極

3、； (c) 光敏電阻接線圖,1. 光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理,10,光敏電阻演示,當(dāng)光敏電阻受到光照時，光生電子空穴對增加，阻值減小，電流增大。,暗電流（越小越好）,11,(1) 暗電阻：,2. 光敏電阻的主要參數(shù),(3) 光電流：,光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻， 此時流過的電流稱為暗電流。,(2) 亮電阻：,光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的 電流稱為亮電流。,亮電流與暗電流之差稱為光電流。,12,Question： 那么實際應(yīng)用中，我們希望暗電阻越大越好？亮電阻呢？,Answer： 暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，這樣靈敏度就越高。,3. 光敏電阻的特性,1）伏安特性,1

4、3,2）光譜特性,與材料有關(guān),意義：應(yīng)根據(jù)實際光源情況選擇不同的光敏電阻材料。,14,3）溫度特性,其性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電 阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動。,15,CdS（硫化鎘g）光敏電阻,100M,1K,CdS光敏電阻可單獨或與其他各類傳感器配套，廣泛應(yīng)用于照相機光圈控制、光電自動控制、光電耦合、自動燈開關(guān)及各類可見光波段光電控制測量場合。,16,17,二、光敏二極管和光敏晶體管,光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài),光敏二極管在不受光照射時, 處于截止?fàn)顟B(tài), 受光照射時, 處于導(dǎo)通狀態(tài)。,18,NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡圖

5、和基本電路,只有兩根引線，基極沒有引線,19,2. 基本特性,光敏二極(晶體)管的光譜特性,20,硅光敏管的伏安特性 (a) 硅光敏二極管; (b) 硅光敏晶體管,21,光敏晶體管的溫度特性,22,光控繼電器,J,23,8.2 光電池,工作原理：直接將光能轉(zhuǎn)化為電能（光生伏特效應(yīng)）。,24,光電池的光譜特性,0,400,600,800,1000,1200,20,40,60,80,100,l,/ nm,S,/ %,硒,硅,25,硅光電池的光照特性,0.3,0.2,0.1,0,光生電流 / mA,0.6,0.4,0.2,0,2 000,4 000,短路電流,開路電壓,光生電壓 / V,照度 / l

6、x,26,硅光電池的溫度特性,27,28,29,8.3 紅外傳感器,30,只有在絕對零度(-273.16)時，一切物體的分子才會停止運動。 所以在絕對零度時，沒有一種物體會發(fā)射紅外線。 換言之，在一般的常溫下，所有的物體都是紅外輻射的發(fā)射源。 例如火焰、軸承、汽車、飛機、動植物甚至人體等都是紅外輻射源。,物理本質(zhì)：熱輻射,31,紅外探測器：測定物體熱輻射能量的傳感器。 紅外輻射 電量變化 熱探測器：由于吸收紅外輻射，使得溫度升高，從而進(jìn)行測量。 分類 光子探測器（紅外光敏二極管、紅外光敏三極管）,32,33,鍛造廠自動生產(chǎn)線,34,8.4 光電傳感器應(yīng)用,a)掃描筆結(jié)構(gòu) b)掃描筆輸出的脈沖序列,35,火焰探測報警器電路圖,36,8.5 光電開關(guān)及光電斷續(xù)器,原理：紅外線發(fā)射光敏接收元件,一. 光電開關(guān),可分為,遮斷型,反射型,作用：檢測物體靠近、通過等狀態(tài)。,37,在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。,38,二. 光電斷續(xù)器,