傳感器技術(shù)光電式傳感器

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1、傳感器技術(shù)光電式傳感器1它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。被測(cè)信息被測(cè)信息敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路輸出信息輸出信息壓電元件壓電元件光電傳感器光電傳感器光電傳感器光電傳感器一般由一般由光源光源、光學(xué)通路光學(xué)通路和和光電元件光電元件三部分組成。三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器數(shù)多，傳感器的

2、結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。傳感器技術(shù)光電式傳感器2鎢絲通電加熱作為光輻射源鎢絲通電加熱作為光輻射源u 光源（發(fā)光器件）光源（發(fā)光器件）最為普通，一般白熾燈的輻射光譜是最為普通，一般白熾燈的輻射光譜是連續(xù)的連續(xù)的發(fā)光范圍發(fā)光范圍：可見光外、大量紅外線和紫外線，所以任何光敏元件都能：可見光外、大量紅外線和紫外線，所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信號(hào)。和它配合接收到光信號(hào)。特點(diǎn)特點(diǎn)：壽命短而且發(fā)熱大、效率低、動(dòng)態(tài)特性差，但對(duì)接收光敏元件：壽命短而且發(fā)熱大、效率低、動(dòng)態(tài)特性差，但對(duì)接收光敏元件的光譜特性要求不高，是可取之處。的

3、光譜特性要求不高，是可取之處。 在普通白熾燈基礎(chǔ)上制作的發(fā)光器件有溴鎢燈和碘鎢燈，其體積較小，在普通白熾燈基礎(chǔ)上制作的發(fā)光器件有溴鎢燈和碘鎢燈，其體積較小，光效高，壽命也較長。光效高，壽命也較長。1 1、鎢絲白熾燈、鎢絲白熾燈傳感器技術(shù)光電式傳感器32 2、氣體放電燈、氣體放電燈氣體放電燈消耗的能量僅為白熾燈氣體放電燈消耗的能量僅為白熾燈1/21/3。如：低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈，是光譜儀器中常用的光源，如：低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈，是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。統(tǒng)稱為光譜燈。定義定義：利用電流通過氣體產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象制成的燈。：利用電流通過氣體產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象制成的燈。例如低

4、壓汞燈的輻射波長為例如低壓汞燈的輻射波長為254nm，鈉燈的輻射波長為，鈉燈的輻射波長為589nm，它們經(jīng)，它們經(jīng)常用作光電檢測(cè)儀器的常用作光電檢測(cè)儀器的單色光源單色光源。如果光譜燈涂以如果光譜燈涂以熒光劑熒光劑，由于光線與涂層材料的作用，熒光劑可以將氣，由于光線與涂層材料的作用，熒光劑可以將氣體放電譜線轉(zhuǎn)化為體放電譜線轉(zhuǎn)化為更長的波長更長的波長，目前熒光劑的選擇范圍很廣，通過對(duì)熒，目前熒光劑的選擇范圍很廣，通過對(duì)熒光劑的選擇可以使氣體放電發(fā)出某一范圍的波長，如，照明日光燈。光劑的選擇可以使氣體放電發(fā)出某一范圍的波長，如，照明日光燈。傳感器技術(shù)光電式傳感器43 3、發(fā)光二極管、發(fā)光二極管LED

5、（Light Emitting Diode）由半導(dǎo)體由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成，其工作電壓低、響應(yīng)速度快、壽命長、體積小、重結(jié)構(gòu)成，其工作電壓低、響應(yīng)速度快、壽命長、體積小、重量輕，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。量輕，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。 在半導(dǎo)體在半導(dǎo)體PN結(jié)中，結(jié)中，P區(qū)的空穴由于擴(kuò)散而移動(dòng)到區(qū)的空穴由于擴(kuò)散而移動(dòng)到N區(qū)，區(qū)，N區(qū)的電子則擴(kuò)散區(qū)的電子則擴(kuò)散到到P區(qū)，在區(qū)，在PN結(jié)處形成勢(shì)壘，從而抑制了空穴和電子的繼續(xù)擴(kuò)散。結(jié)處形成勢(shì)壘，從而抑制了空穴和電子的繼續(xù)擴(kuò)散。當(dāng)當(dāng)PN結(jié)上加有正向電壓時(shí)，勢(shì)壘降低，電子由結(jié)上加有正向電壓時(shí)，勢(shì)壘降低，電子由N區(qū)注入到區(qū)注入到P區(qū)，空穴則由區(qū)，空穴則由P區(qū)注入到區(qū)注

6、入到N區(qū)，稱為少數(shù)載流子注入。所注入到區(qū)，稱為少數(shù)載流子注入。所注入到P區(qū)里的電子和區(qū)里的電子和P區(qū)里的區(qū)里的空穴復(fù)合，注入到空穴復(fù)合，注入到N區(qū)里的空穴和區(qū)里的空穴和N區(qū)里的電子復(fù)合，這種復(fù)合同時(shí)伴隨區(qū)里的電子復(fù)合，這種復(fù)合同時(shí)伴隨著以光子形式放出能量，因而有發(fā)光現(xiàn)象。著以光子形式放出能量，因而有發(fā)光現(xiàn)象。不同材料發(fā)光二極管有不同的光譜特性。不同材料發(fā)光二極管有不同的光譜特性。傳感器技術(shù)光電式傳感器54 4、激光器、激光器激光是激光是20世紀(jì)世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大科技成就之一，具有高方向性、高單色年代出現(xiàn)的最重大科技成就之一，具有高方向性、高單色性和高亮度三個(gè)重要特性。激光波長從性和高亮度

7、三個(gè)重要特性。激光波長從0.24m到遠(yuǎn)紅外整個(gè)光頻波段范到遠(yuǎn)紅外整個(gè)光頻波段范圍。圍。激光器種類激光器種類繁多，按工作物質(zhì)分類：繁多，按工作物質(zhì)分類：u 固體固體激光器（如紅寶石激光器）激光器（如紅寶石激光器）u 氣體氣體激光器（如氦激光器（如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器）氖氣體激光器、二氧化碳激光器）u 半導(dǎo)體半導(dǎo)體激光器（如砷化鎵激光器）激光器（如砷化鎵激光器）u 液體液體激光器激光器傳感器技術(shù)光電式傳感器6 外光電效應(yīng)及其器件外光電效應(yīng)及其器件 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 光生伏特效應(yīng)及其器件光生伏特效應(yīng)及其器件光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)光電效應(yīng)。

8、當(dāng)光照射到某些物質(zhì)上時(shí)，使該物質(zhì)的。當(dāng)光照射到某些物質(zhì)上時(shí)，使該物質(zhì)的電特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象就是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為電特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象就是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)和和光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)。傳感器技術(shù)光電式傳感器71) 1) 外光電效應(yīng)及其器件外光電效應(yīng)及其器件n當(dāng)光照射到當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)，光子的光電材料上時(shí)，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會(huì)克服正離子對(duì)它光能使電子獲得足夠的能量，電子會(huì)克服正離子對(duì)它

9、的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。稱為外光電效應(yīng)。n即外光電效應(yīng)是在光線作用下，電子逸出物體表面的即外光電效應(yīng)是在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。現(xiàn)象。n根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有光電管光電管和和光電倍增光電倍增管管。傳感器技術(shù)光電式傳感器8光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量：光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量：E=hh普朗克常數(shù)，6.62610-34Js；光的頻率（s-1）光的波長與頻率的關(guān)系由光速確定，真空中的光速光的波長與頻率的關(guān)系由光速確定，真空中的光速c=2.99793

10、1010cm/s，通常通常c31010cm/s。光的波長光的波長和頻率和頻率的關(guān)系為的關(guān)系為 =31010cm / s的單位為Hz，的單位為cm。 傳感器技術(shù)光電式傳感器9根據(jù)能量守恒定理根據(jù)能量守恒定理 式中式中 m電子質(zhì)量；電子質(zhì)量；v0電子逸出速度。電子逸出速度。 根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量，所以要使一個(gè)電子，所以要使一個(gè)電子從物體表面逸出，必須使從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功光子的能量大于該物體的表面逸出功A，超過部分，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。的能量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。外光電效應(yīng)

11、多發(fā)生于金屬和金屬氧化物外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從，從光開始照射至金屬釋放電子所需時(shí)間不超過光開始照射至金屬釋放電子所需時(shí)間不超過10- -9s。2012hmA該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程?？梢姡汗怆娮幽芊癞a(chǎn)生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面逸出功?？梢姡汗怆娮幽芊癞a(chǎn)生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面逸出功。hA01.239hcmAA即入射光波長小于波長限即入射光波長小于波長限01.239mA時(shí)才能產(chǎn)生外光電效應(yīng)時(shí)才能產(chǎn)生外光電效應(yīng)傳感器技術(shù)光電式傳感器10根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有根據(jù)外光電效應(yīng)做出的光電器件有光電管光電管和和光電倍

12、增管光電倍增管。光電管光電管光電管是裝有光陰極和陽極的真空玻璃管，其陰極受到適當(dāng)?shù)墓庹蘸蟀l(fā)光電管是裝有光陰極和陽極的真空玻璃管，其陰極受到適當(dāng)?shù)墓庹蘸蟀l(fā)射光電子，這些光電子被具有一定電位的陽極吸引，并在管內(nèi)形成空間射光電子，這些光電子被具有一定電位的陽極吸引，并在管內(nèi)形成空間電子流，稱為光電流。電子流，稱為光電流。此時(shí)若光強(qiáng)增大，轟擊陰極的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)此時(shí)若光強(qiáng)增大，轟擊陰極的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)也就增多，光電流變大。也就增多，光電流變大。在光電管的外電路上接適當(dāng)電阻，電阻上的電壓降將和管內(nèi)空間電流成在光電管的外電路上接適當(dāng)電阻，電阻上的電壓降將和管內(nèi)空

13、間電流成正比，或與照射到光電管陰極上的光有函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。正比，或與照射到光電管陰極上的光有函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 傳感器技術(shù)光電式傳感器11光電倍增管光電倍增管光電倍增管主要由光陰極K、倍增極D和陽極A組成。由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的光電倍增管。光電倍增管。因此，光電倍增管有極高的靈敏度。在輸出電流小于因此，光電倍增管有極高的靈敏度。在輸出電流小于1mA的情況下的情況下，它的光電特性在很寬的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。光電倍增管的，它的光電特性在很寬的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。光電倍

14、增管的這個(gè)特點(diǎn)，使它多用于微光測(cè)量。若將靈敏檢流計(jì)串接在陽極回路中這個(gè)特點(diǎn)，使它多用于微光測(cè)量。若將靈敏檢流計(jì)串接在陽極回路中，則可直接測(cè)量陽極輸出電流。，則可直接測(cè)量陽極輸出電流。傳感器技術(shù)光電式傳感器12Siemens原裝光電管QRA2 傳感器技術(shù)光電式傳感器132 2）內(nèi)光電效應(yīng)及其器件）內(nèi)光電效應(yīng)及其器件當(dāng)光照射在物體上，使物體的導(dǎo)電率發(fā)生變化當(dāng)光照射在物體上，使物體的導(dǎo)電率發(fā)生變化叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于于半導(dǎo)體半導(dǎo)體內(nèi)。內(nèi)。基于內(nèi)光電效應(yīng)的主要有：光敏電阻、光敏晶體管（光敏二極管、光基于內(nèi)光電效應(yīng)的主要有：光敏電阻、光敏晶體管（光敏二極管、光敏三極管）敏三

15、極管）傳感器技術(shù)光電式傳感器14光敏電阻光敏電阻 當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)， 阻值減小。阻值減小。內(nèi)光電效應(yīng)：在光線內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下能使物體的電作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象阻率改變的現(xiàn)象. .傳感器技術(shù)光電式傳感器15優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等。耐振動(dòng)、抗過載能力強(qiáng)和壽命長等。不足不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。 光敏電阻光敏電阻傳感器技術(shù)光電式傳感器16u 光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻的結(jié)構(gòu) 金

16、屬封裝的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖ACdS光導(dǎo)電材料絕緣襯底引線電極引線光電導(dǎo)體1234567(a)結(jié)構(gòu)1-光導(dǎo)層; 2-玻璃窗口; 3-金屬外殼; 4-電極;5-陶瓷基座; 6-黑色絕緣玻璃; 7-電極引線。由一兩邊帶有金屬電極的光電半導(dǎo)體組成，電極與半導(dǎo)體之間呈歐姆接觸，由一兩邊帶有金屬電極的光電半導(dǎo)體組成，電極與半導(dǎo)體之間呈歐姆接觸，使用時(shí)在兩電極上加直流或交流工作電壓。使用時(shí)在兩電極上加直流或交流工作電壓。傳感器技術(shù)光電式傳感器17傳感器技術(shù)光電式傳感器18u 光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的光敏電阻的暗電阻越大暗電阻越大，而，而亮電阻越小亮電阻越小，則則性能越好性能越好。也就

17、是說，。也就是說，暗電流越暗電流越小小，光電流越大光電流越大，這樣的光敏電阻的，這樣的光敏電阻的靈敏度越高靈敏度越高。（1 1）暗電流、亮電流、光電流）暗電流、亮電流、光電流暗電流：暗電流：光敏電阻在室溫條件下，全暗（無光照射）后經(jīng)過一定時(shí)間測(cè)量的光敏電阻在室溫條件下，全暗（無光照射）后經(jīng)過一定時(shí)間測(cè)量的電阻值，稱為電阻值，稱為暗電阻暗電阻。此時(shí)在給定電壓下流過的電流稱為。此時(shí)在給定電壓下流過的電流稱為暗電流暗電流。亮電流：亮電流：光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻亮電阻。此時(shí)流過。此時(shí)流過的電流稱為的電流稱為亮電流亮電流。光電流：光電流

18、：亮電流與暗電流之差亮電流與暗電流之差。實(shí)用的光敏電阻的暗電阻往往超過實(shí)用的光敏電阻的暗電阻往往超過1M,甚至高達(dá)甚至高達(dá)100M，而亮電阻則在幾，而亮電阻則在幾k以下，暗電阻與亮電阻之比在以下，暗電阻與亮電阻之比在102106之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。 傳感器技術(shù)光電式傳感器19u 光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的主要參數(shù)（2 2）光譜響應(yīng)范圍與峰值波長）光譜響應(yīng)范圍與峰值波長光譜響應(yīng)特性表示光敏電阻對(duì)各種單色光的敏感程度。對(duì)應(yīng)于一定敏感程度光譜響應(yīng)特性表示光敏電阻對(duì)各種單色光的敏感程度。對(duì)應(yīng)于一定敏感程度的波長區(qū)間稱為的波長區(qū)間稱為光譜響應(yīng)范圍光譜響應(yīng)范圍

19、。對(duì)光譜響應(yīng)最敏感的波長數(shù)值稱為。對(duì)光譜響應(yīng)最敏感的波長數(shù)值稱為光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)峰值波長峰值波長。（3 3）時(shí)間常數(shù)）時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)是指光敏電阻自停止光照起，到電流下降到原來值的時(shí)間常數(shù)是指光敏電阻自停止光照起，到電流下降到原來值的63%所需的時(shí)所需的時(shí)間。不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)。間。不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)。傳感器技術(shù)光電式傳感器20l 伏安特性伏安特性l 光照特性光照特性l 光譜特性光譜特性l 頻率特性頻率特性l 溫度特性溫度特性u(píng) 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性傳感器技術(shù)光電式傳感器21（1 1） 伏安特性伏安特性 5010015020012U/V020

20、40I/ A在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。圖中曲線圖中曲線1、2分別表示分別表示照度為零照度為零及及照度為某值照度為某值時(shí)的伏安特性。時(shí)的伏安特性。由曲線可知：由曲線可知：但是電壓不能無限地增大，因?yàn)槿魏喂獾请妷翰荒軣o限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际苊綦娮瓒际茴~定功率額定功率、最高工作電壓最高工作電壓和和額定電流額定電流的限制。超過最高工作電壓和的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞。性損壞。照度為零照度為零照度為某值照度為某值在給

21、定偏壓下在給定偏壓下,光照度越大，光電流也越大。光照度越大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。伏安特性是傳感器設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的伏安特性是傳感器設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的依據(jù)，實(shí)際使用時(shí)要注意不超過器件的依據(jù)，實(shí)際使用時(shí)要注意不超過器件的允許功耗限。允許功耗限。傳感器技術(shù)光電式傳感器22（2 2）光照特性）光照特性012345I/mA L/lm10002000在一定的外加電壓作用下，光敏電阻的光電流與光通量之間的關(guān)系。在一定的外加電壓作用下，光敏電阻的光電流與光通量之間的關(guān)系。不同類型光敏電阻光照特性

22、不同，但光照特性曲線均呈非線性。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不因此它不宜作定量檢測(cè)元件宜作定量檢測(cè)元件，這是光敏電阻的不足之處。，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。作光電開關(guān)。傳感器技術(shù)光電式傳感器23（3 3）光譜特性）光譜特性 204060801000.40.81.21.622.4/m312相對(duì)靈敏度1硫化鎘（CdS）2硒化鎘（CdSe）3硫化鉛（PbS）光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)。從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬

23、的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時(shí)，紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。光敏電阻對(duì)不同波長的光，其靈敏度不同，該特性稱為光譜特性。光敏電阻對(duì)不同波長的光，其靈敏度不同，該特性稱為光譜特性。傳感器技術(shù)光電式傳感器24（4 4）頻率特性（反映時(shí)延特性）頻率特性（反映時(shí)延特性）當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)

24、過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時(shí)延特性時(shí)延特性。由于。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。下圖給出相對(duì)靈敏度與光強(qiáng)變化頻率之間的關(guān)系曲線，可以看出硫化鉛的下圖給出相對(duì)靈敏度與光強(qiáng)變化頻率之間的關(guān)系曲線，可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鉈高的多。使用頻率比硫化鉈高的多。但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都較大，因此不能用在但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都較大，因此不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)缺陷。要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，這是

25、光敏電阻的一個(gè)缺陷。 100806040200101001 00010 000硫化鎘硫化鉛S /( %)f / Hz常用響應(yīng)時(shí)間來表示器常用響應(yīng)時(shí)間來表示器件動(dòng)態(tài)特性的好壞，響件動(dòng)態(tài)特性的好壞，響應(yīng)時(shí)間越小，動(dòng)態(tài)特性應(yīng)時(shí)間越小，動(dòng)態(tài)特性越好。越好。傳感器技術(shù)光電式傳感器25（5 5）溫度特性）溫度特性2040608010001.02.03.04.0/mI/mA+20 C-20 C光敏電阻的性能光敏電阻的性能(靈敏度、暗電阻靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，同時(shí)光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動(dòng)。暗電阻和靈敏度下降，同時(shí)

26、光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動(dòng)。有時(shí)為為了能夠接收較長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，紅外探測(cè)有時(shí)為為了能夠接收較長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，紅外探測(cè)器往往采取制冷措施器往往采取制冷措施 。傳感器技術(shù)光電式傳感器26 光敏晶體管光敏晶體管廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、光電讀出裝置等場(chǎng)合。機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、光電讀出裝置等場(chǎng)合。PN光光敏二極管符號(hào)光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，其光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，其PN結(jié)裝在管頂，以便接受光照，結(jié)裝在管頂，以便接受光照，上面有一個(gè)透鏡制成

27、的窗口，可使光線集中在敏感面上。上面有一個(gè)透鏡制成的窗口，可使光線集中在敏感面上。 光敏二極管光敏二極管傳感器技術(shù)光電式傳感器27紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形 紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管紅外接收管紅外接收管傳感器技術(shù)光電式傳感器28當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管反偏，處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管反偏，處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層，形只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層，形成微小的反向電流，即成微小的反向電流，即暗電流暗電流；光敏二極管的光電流光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈近似線性關(guān)系。與照度之間呈近似線性關(guān)系。受光照射時(shí)，受光照

28、射時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)，從而使空穴對(duì)，從而使P區(qū)和區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下，下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入?yún)^(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入N區(qū)，區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入入P區(qū)，從而使通過區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流光電流。光敏二極管的光照特性是近似線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。光敏二極管的光照特性是近似線性的，所以

29、適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。RL PN光敏二極管接線 光敏二極管在電路中通常工作在反向偏壓的狀態(tài)下。光敏二極管在電路中通常工作在反向偏壓的狀態(tài)下。傳感器技術(shù)光電式傳感器29 光敏二極管的反向偏置接線（及光敏二極管的反向偏置接線（及光電特性演示光電特性演示 在沒有光照時(shí)，由于二在沒有光照時(shí)，由于二極管反向偏置，反向電流極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。（暗電流）很小。 當(dāng)當(dāng)光照增加光照增加時(shí)，時(shí)，光電流光電流I與與光照度成正比關(guān)光照度成正比關(guān)系。系。 光敏光敏二極二極管的反向管的反向偏置接法偏置接法光照光照傳感器技術(shù)光電式傳感器30光敏二極管的優(yōu)點(diǎn)：光敏二極管的優(yōu)點(diǎn)：線性好，響應(yīng)速度快，對(duì)寬范圍波

30、長的光具有較高線性好，響應(yīng)速度快，對(duì)寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低，小型輕量以及耐振動(dòng)和沖擊等。的靈敏度，噪聲低，小型輕量以及耐振動(dòng)和沖擊等。光敏二極管的缺點(diǎn)：光敏二極管的缺點(diǎn)：輸出電流小。輸出電流小。 光敏二極管主要參數(shù)：光敏二極管主要參數(shù)：最高工作電壓最高工作電壓：是指光敏二極管在無光照條件下，反向漏電流不超過一：是指光敏二極管在無光照條件下，反向漏電流不超過一定值時(shí)（一般不超過定值時(shí)（一般不超過0.1uA）所能承受的最高反向電壓，此值越高，光敏）所能承受的最高反向電壓，此值越高，光敏二極管性能越穩(wěn)定。二極管性能越穩(wěn)定。暗電流暗電流：是指光敏二極管在無光照時(shí)和最高工作電壓下通過光敏

31、二極管：是指光敏二極管在無光照時(shí)和最高工作電壓下通過光敏二極管PN結(jié)測(cè)得的反向漏電流，暗電流小的光敏二極管工作性能穩(wěn)定，檢測(cè)弱結(jié)測(cè)得的反向漏電流，暗電流小的光敏二極管工作性能穩(wěn)定，檢測(cè)弱光信號(hào)的能力強(qiáng)。光信號(hào)的能力強(qiáng)。光電流光電流：是指光敏二極管在最高工作電壓下受一定光照射所產(chǎn)生的電流，：是指光敏二極管在最高工作電壓下受一定光照射所產(chǎn)生的電流，一般希望此值越大越好。一般希望此值越大越好。傳感器技術(shù)光電式傳感器31 光敏三極管光敏三極管光敏三極管（晶體管）是光電傳感器中光敏三極管（晶體管）是光電傳感器中響應(yīng)特性良好響應(yīng)特性良好、測(cè)量范圍最廣測(cè)量范圍最廣、利用利用價(jià)值最高價(jià)值最高的一種傳感器。的一

32、種傳感器。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益，且其基極不接引線（少數(shù)基極其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益，且其基極不接引線（少數(shù)基極有引線）。有引線）。當(dāng)集電極加上正電壓（當(dāng)集電極加上正電壓（ NPN型），基極開路時(shí)，集電極處于型），基極開路時(shí)，集電極處于反向偏置反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。當(dāng)光線照射在當(dāng)光線照射在PN結(jié)附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子結(jié)附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，便會(huì)有空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，便會(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，大量的電子流向集電極，形成輸出電流，PPNNNPe b bc RL Eec由于光照射集電結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于一般三極管的集電極電流，因此

33、集電極由于光照射集電結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于一般三極管的集電極電流，因此集電極電流為光電流的電流為光電流的倍，從而使光敏三極管具有比二極管更高的靈敏度。倍，從而使光敏三極管具有比二極管更高的靈敏度。傳感器技術(shù)光電式傳感器32光敏三極管的檢測(cè)方法如下：光敏三極管的檢測(cè)方法如下：光敏晶體管與光敏二極管外殼形狀基本相同，管腳較長的是發(fā)射極，另一管光敏晶體管與光敏二極管外殼形狀基本相同，管腳較長的是發(fā)射極，另一管腳是集電極。腳是集電極。判別時(shí)，用黑布遮住窗口，選用萬用表判別時(shí)，用黑布遮住窗口，選用萬用表R*1k檔，測(cè)兩管腳引線間正反向電檔，測(cè)兩管腳引線間正反向電阻，均為無限大的為光敏三極管。阻，均為無限大

34、的為光敏三極管。拿走黑布，萬用表指針向右偏轉(zhuǎn)至拿走黑布，萬用表指針向右偏轉(zhuǎn)至15k歐歐35k歐，偏轉(zhuǎn)角度越大說明其靈歐，偏轉(zhuǎn)角度越大說明其靈敏度越高。敏度越高。傳感器技術(shù)光電式傳感器33 光敏管的基本特性光敏管的基本特性l 伏安特性伏安特性l 光照特性光照特性l 光譜特性光譜特性l 頻率特性頻率特性l 溫度特性溫度特性傳感器技術(shù)光電式傳感器34（1 1）伏安特性）伏安特性光敏二（三）極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏二（三）極管的伏安特性曲線如圖所示。只要將入射產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體只要將入射產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。管。光敏三

35、極管的光電流比相同管型的二極管的光電流大上百倍。光敏三極管的光電流比相同管型的二極管的光電流大上百倍。傳感器技術(shù)光電式傳感器35（2 2）光照特性）光照特性 光敏二（三）極管的光照特性如圖所示。它給出了輸出電流光敏二（三）極管的光照特性如圖所示。它給出了輸出電流 I 和照度之間的和照度之間的關(guān)系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。關(guān)系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。光敏三極管當(dāng)光照足夠大光敏三極管當(dāng)光照足夠大(幾幾Klx)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。光敏二極管的光照特性曲線的線性較好

36、。光敏二極管的光照特性曲線的線性較好。傳感器技術(shù)光電式傳感器36（3 3）光譜特性）光譜特性（兩者相同）（兩者相同）光敏二（三）極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長。當(dāng)入射光的波長增加時(shí)，光敏二（三）極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長。當(dāng)入射光的波長增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻。蛔阋约ぐl(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻。蛔阋约ぐl(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的波長縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，波長縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá)并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá)PN結(jié)，

37、因而使相對(duì)靈敏度下降。結(jié)，因而使相對(duì)靈敏度下降。故在可見光或探測(cè)赤熱狀故在可見光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般選用硅管；態(tài)物體時(shí)，一般選用硅管；但對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)時(shí)但對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)時(shí),則則采用鍺管較合適。采用鍺管較合適。在照度一定時(shí)，輸出的光電流（或相對(duì)光譜靈敏度）隨光波波長的變化而變?cè)谡斩纫欢〞r(shí)，輸出的光電流（或相對(duì)光譜靈敏度）隨光波波長的變化而變化，這就是光敏管的光譜特性。化，這就是光敏管的光譜特性。傳感器技術(shù)光電式傳感器37（4 4）頻率特性）頻率特性光敏管的頻率特性與本身光敏管的頻率特性與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長等因負(fù)載以及入射光波長等因素有關(guān)。

38、素有關(guān)。硅光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電硅光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)，但同時(shí)卻使輸出降低。阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)，但同時(shí)卻使輸出降低。一般來說，光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差，光敏三極管的響應(yīng)時(shí)一般來說，光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差，光敏三極管的響應(yīng)時(shí)間為間為210-5s，光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間為比它小一個(gè)數(shù)量級(jí)，光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間為比它小一個(gè)數(shù)量級(jí) 。對(duì)于鍺管，。對(duì)于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在入射光的調(diào)制頻率要求在5kHz以下。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好，響應(yīng)時(shí)

39、以下。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好，響應(yīng)時(shí)間要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。間要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。傳感器技術(shù)光電式傳感器38（5 5）溫度特性）溫度特性溫度特性曲線反映的是光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。溫度特性曲線反映的是光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響較小，而對(duì)暗電流的影響很從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響較小，而對(duì)暗電流的影響很大光敏管的暗電流是一種噪聲電流。大光敏管的暗電流是一種噪聲電流。減小方法：減小方法：1. 選用硅光敏管，因?yàn)楣韫艿陌惦娏鞅孺N管小幾個(gè)數(shù)量級(jí)；選用硅光敏管，因?yàn)楣韫艿陌惦娏鞅孺N管小幾個(gè)數(shù)量級(jí)；2. 電電路中采用溫度補(bǔ)償措施；路中采

40、用溫度補(bǔ)償措施；3.將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放大，利用電路中隔直電容的作用，阻斷暗電流。大，利用電路中隔直電容的作用，阻斷暗電流。傳感器技術(shù)光電式傳感器39光敏二極管的應(yīng)用光敏二極管的應(yīng)用1. 光電控制電路光電控制電路如右圖，一個(gè)路燈的自動(dòng)控制電路。從圖可知，在無光照射時(shí)，光敏二極如右圖，一個(gè)路燈的自動(dòng)控制電路。從圖可知，在無光照射時(shí)，光敏二極管（反向）截止，電阻管（反向）截止，電阻R1上的壓降上的壓降VA很小，則晶體管很小，則晶體管T1截止，截止，T2截止，繼截止，繼電器電器J不動(dòng)作，路燈保持亮。有光照時(shí)，光敏管產(chǎn)生光電流不動(dòng)作，路燈

41、保持亮。有光照時(shí)，光敏管產(chǎn)生光電流IL，R1電壓升高，電壓升高，VA上升，光強(qiáng)達(dá)到某一值時(shí)上升，光強(qiáng)達(dá)到某一值時(shí)T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，J動(dòng)作，常閉端打開，使路燈動(dòng)作，常閉端打開，使路燈滅。即白天燈滅，晚上燈亮，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的作用。滅。即白天燈滅，晚上燈亮，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的作用。傳感器技術(shù)光電式傳感器402. 光強(qiáng)測(cè)量電路光強(qiáng)測(cè)量電路右圖為穩(wěn)壓管、光敏二極管和電橋組成的測(cè)量電路。無光照時(shí)，右圖為穩(wěn)壓管、光敏二極管和電橋組成的測(cè)量電路。無光照時(shí)，VA很大，很大，F(xiàn)ET導(dǎo)通，調(diào)整導(dǎo)通，調(diào)整RW，使電橋平衡，即指針為，使電橋平衡，即指針為0。有光照時(shí)，光敏管產(chǎn)生。有光照時(shí)，光敏管產(chǎn)生IL，

42、A點(diǎn)電位點(diǎn)電位VA下降，下降，R2上電流下降，上電流下降，VB減小，光照不同，減小，光照不同，IL不同，不同，VA不同，不同，R2上壓降不同，光強(qiáng)可以通過電流計(jì)讀數(shù)顯示出來。上壓降不同，光強(qiáng)可以通過電流計(jì)讀數(shù)顯示出來。傳感器技術(shù)光電式傳感器41光敏三極管的應(yīng)用光敏三極管的應(yīng)用1. 脈沖編碼器脈沖編碼器Vi為為24V電源電壓，電源電壓，V0為輸出電壓，為輸出電壓，N為光柵轉(zhuǎn)盤上的總的光柵輻條數(shù)，為光柵轉(zhuǎn)盤上的總的光柵輻條數(shù)，R1和和R2為限流電阻器，而為限流電阻器，而A和和B則分別是發(fā)光二極管和光敏三極管。則分別是發(fā)光二極管和光敏三極管。所以，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間內(nèi)，接收端將接收到所以，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)

43、動(dòng)一圈的時(shí)間內(nèi)，接收端將接收到N個(gè)光信號(hào)，從而在個(gè)光信號(hào)，從而在其輸出端輸出其輸出端輸出N個(gè)電脈沖信號(hào)。個(gè)電脈沖信號(hào)。由此可知，脈沖編碼器輸出的電信號(hào)由此可知，脈沖編碼器輸出的電信號(hào)V0的頻率的頻率f是由轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n確定的。確定的。于是有：于是有： ，上式?jīng)Q定了脈沖編碼器輸出信號(hào)的頻率，上式?jīng)Q定了脈沖編碼器輸出信號(hào)的頻率f與轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。/60fnN傳感器技術(shù)光電式傳感器422. 光電轉(zhuǎn)速傳感器光電轉(zhuǎn)速傳感器圖圖a是透光式，在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的調(diào)置盤，在調(diào)置盤一邊由是透光式，在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的調(diào)置盤，在調(diào)置盤一邊由白識(shí)燈產(chǎn)生恒定光，透

44、過盤上的小孔到達(dá)光敏二極管組成光電轉(zhuǎn)換器上，白識(shí)燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上的小孔到達(dá)光敏二極管組成光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速通過該脈沖頻率測(cè)定。速通過該脈沖頻率測(cè)定。圖圖b是反光式，在待測(cè)轉(zhuǎn)速的盤上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤，是反光式，在待測(cè)轉(zhuǎn)速的盤上固定一個(gè)涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。它們具有不同的反射信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。傳感器技術(shù)光電式傳感器43光電轉(zhuǎn)換電路如下圖所示。光電轉(zhuǎn)換電路如下圖所示。BG1為光敏三極管，當(dāng)光線照射為光敏三極管，

45、當(dāng)光線照射BG1時(shí)，產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生光電流，使光電流，使R1上壓降增大，導(dǎo)致晶體管上壓降增大，導(dǎo)致晶體管BG2導(dǎo)通，觸發(fā)由晶體管導(dǎo)通，觸發(fā)由晶體管BG3和和BG4組成的射極耦合觸發(fā)器，使組成的射極耦合觸發(fā)器，使U0為高電位。反之為高電位。反之U0為低電位。該脈沖為低電位。該脈沖信號(hào)信號(hào)U可送到計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。可送到計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。每分鐘轉(zhuǎn)速每分鐘轉(zhuǎn)速n與脈沖頻率與脈沖頻率f的關(guān)系式為：的關(guān)系式為：頻率可用一般的頻率計(jì)測(cè)量。光電元件多采用光電池、光敏二極管和光敏頻率可用一般的頻率計(jì)測(cè)量。光電元件多采用光電池、光敏二極管和光敏三極管以提高壽命、減小體積、減小功耗和提高可靠性。三極管以提高壽命、減小體積、減

46、小功耗和提高可靠性。式中式中N為孔數(shù)或黑白條紋數(shù)目。為孔數(shù)或黑白條紋數(shù)目。60Nfn傳感器技術(shù)光電式傳感器44 3 3） 光生伏特效應(yīng)及其器件光生伏特效應(yīng)及其器件 在光線作用下能夠在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池。基于該效應(yīng)的光電器件有光電池。傳感器技術(shù)光電式傳感器45光電池光電池 l 硅光電池硅光電池價(jià)格便宜，價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光。l 硒光電池硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低光電轉(zhuǎn)換效率低(0.02)、壽命短，適于接收可見光、壽命短，適

47、于接收可見光(響應(yīng)峰值響應(yīng)峰值波長波長0.56m)，最適宜制造照度計(jì)。，最適宜制造照度計(jì)。l 砷化鎵光電池砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽能。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為直接

48、變電能，因此又稱為太陽能電池太陽能電池。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的電式有源元件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。命名方式：命名方式：把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池(或太陽能電池或太陽能電池)之前。之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是途的是硅光電池硅光電池。傳感器技術(shù)光電式傳感器46光電池的表示符號(hào)、基本

49、電路及等效電路如圖所示。光電池的表示符號(hào)、基本電路及等效電路如圖所示。IU(a)(b)圖 光電池符號(hào)和基本工作電路傳感器技術(shù)光電式傳感器47光電池光電池外形外形光敏面光敏面光生伏特效應(yīng)：在光線的作用下光生伏特效應(yīng)：在光線的作用下, ,物體產(chǎn)生一定方向物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象. .傳感器技術(shù)光電式傳感器48能提供較大電流的大能提供較大電流的大面積光電池面積光電池外形外形傳感器技術(shù)光電式傳感器49 4 4） 新型光電器件（主要為光敏二極管）新型光電器件（主要為光敏二極管）高速光電二極管高速光電二極管：主要用于光纖通信和光電自動(dòng)控制：主要用于光纖通信和光電自動(dòng)控制的快速接受器件。的快

50、速接受器件。u PIN PIN結(jié)光電二極管結(jié)光電二極管u 雪崩式光電二極管雪崩式光電二極管色敏光電傳感器色敏光電傳感器：用來直接測(cè)量從可見光到紅外光波：用來直接測(cè)量從可見光到紅外光波段內(nèi)的單色輻射的波長（原檢測(cè)在一定波長范圍內(nèi)的段內(nèi)的單色輻射的波長（原檢測(cè)在一定波長范圍內(nèi)的光的強(qiáng)度）（如光的強(qiáng)度）（如CS-1CS-1型）型）光位置傳感器（光位置傳感器（PSDPSD）：用于機(jī)器人的眼睛及其它位：用于機(jī)器人的眼睛及其它位置檢測(cè)置檢測(cè)傳感器技術(shù)光電式傳感器50光電式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、隔離性能好、可靠性高、體積小、重量輕、光電式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、隔離性能好、可靠性高、體積小、重量輕、價(jià)格低廉、靈敏

51、度高和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。價(jià)格低廉、靈敏度高和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)化、檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳感器技術(shù)光電式傳感器51n光電傳感器的分類光電傳感器的分類傳感器技術(shù)光電式傳感器52n1）模擬式光電傳感器傳感器技術(shù)光電式傳感器53傳感器技術(shù)光電式傳感器54傳感器技術(shù)光電式傳感器55傳感器技術(shù)光電式傳感器56平行平行光源光源光電光電探測(cè)探測(cè)放大放大顯示顯示刻度刻度 校正校正報(bào)警器報(bào)警器吸收式煙塵濁度檢測(cè)系統(tǒng)原理圖吸收式煙塵濁度檢測(cè)系統(tǒng)原理圖煙道煙道傳感器技術(shù)光電式傳感器57傳感器技術(shù)光電式傳感器58在自動(dòng)計(jì)數(shù)、光控開關(guān)、光電編碼器、光電報(bào)警裝置及其在自動(dòng)計(jì)數(shù)、光控開關(guān)、光電編碼器、光電報(bào)警裝置及其它光電輸入設(shè)備場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。它光電輸入設(shè)備場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。n2）開關(guān)式光電傳感器傳感器技術(shù)光電式傳感器59R1R2信號(hào)處信號(hào)處理系統(tǒng)理系統(tǒng)光電計(jì)數(shù)器光電計(jì)數(shù)器傳感器技術(shù)光電式傳感器60總總 結(jié)結(jié)n 光電式傳感器光電式傳感器：1.掌握光電效應(yīng)分類及各分類主要光電器件；掌握光電效應(yīng)分類及各分類主要光電器件；2.了解光電傳感器的應(yīng)用了解光電傳感器的應(yīng)用