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第9章光电式传感器9.1概述光电式传感器是将光能转化为电能的传感器,称为光电器件,它的物理基础是光电效应;用光电式传感器测量非电物理量时,先将非电物理量的变化转换为光量的变化,再用光电式传感器进行测量;外光电效应:它是物体表面在光照时,有电子逸出物体表面的现象,其光电器件有光电管和光电倍增管;内光电效应:它是物体在光照时,其电阻发生变化的现象,其光电器件有光敏电阻;阻挡层光电效应(光伏效应):它是物体在光照时,将产生一定方向电动势的现象,其光电器件有光电池、光敏晶体管;光电器件具有响应快、结构简单、可靠性高等特点。9.2光电管真空光电管原理:阴极:光照时表面逸出电子阳极:正电位吸引阴极逸出的全部电子IU光照真空真空光电管伏安特性:充气光电管原理:充气光电管伏安特性:阴极:光照时表面逸出电子阳极:正电位吸引电离负电粒子,排斥正电粒子IU电子轰击惰性气体电离产生大量正负带点粒子惰性气体光照IU光通量电流只与光通量有关与电压无关电流与光通量和电压都有关IU光通量电流只与光通量有关与电压无关光电倍增管原理:光电倍增管伏安特性与光电管的伏安特性基本相同。9.3光敏电阻光敏电阻原理:光敏电阻结构原理:光电效应二次电子效应二次电子效应二次电子效应微弱光光电导体(半导体)光照下载流子增加电阻率下降I光电导体电极1电极2光敏电阻特点:光电阻无极性、灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定(老化以后)、光谱特性好(从紫外直到红外)、但性能受潮湿影响大,可以用玻璃密封解决。光敏电阻的主要参数:暗电阻:室温和无光照条件下的电阻值,越大越好,一般为MM100~1;亮电阻:室温和某一光照条件下的电阻值;越小越好,一般白昼约为k1;暗电流:室温和无光照条件下通过的电流,与外加电压有关;光电流:亮电流减去暗电流,与外加电压有关,越大越好,它越大灵敏度越高。光敏电阻的伏安特性:线性无饱和,但有功耗限制。mAIVU功耗mW5001002004020lx1000lx100lx10光敏电阻的光照特性:光敏电阻的光谱特性:光敏电阻对不同波长的光有不同的灵敏度。光敏电阻的响应时间和频率特性:光敏电阻的响应时间一般为ms100~10,它与材料和光照强度有关,光照越强响应时间越短,频率特性越好。I光通量特性为非线性,一般只作开关式光电信号传感器无光时电阻很大,电流很小相对灵敏度%A硫化镉150003000010050硫化铊硫化铅相对灵敏度%t10063上升时间37下降时间温度对光敏电阻值的影响:温度对光敏电阻的光谱特性的影响:9.4光敏二极管和晶体管光敏二极管原理:光敏晶体管原理:NPIUPn结无光照时反向电流很小,Pn结有光照时产生大量载流子,反向电流随光通量变化而变化。NPU无光照时无基极电流,有光照时相当于有基极电流,放大倍产生集电极电流。NmAI温度C007015.01硫化镉光照一定05.070相对灵敏度%AC0204000010050硫化铅C0209.5光电池光电池原理:9.6光电式传感器的应用模拟式光电传感器的应用NPIU热运动作用多子扩散光子能量在结区激发电子-空穴对电子-空穴对在结电场作用下产生漂移电子-空穴漂移积累产生电动势电动势在外电路形成电流扩散产生结电场结电场阻止扩散结电场作用少子漂移接差动放大器温度补偿光电池光照接受光电池光源,通过光学系统设计可以改变光源位置透镜工件位置变化透镜光电池脉冲式光电传感器的应用电机数字频率计光源光电器件放大整形电路调制齿轮盘
本文标题:09第九章光电式传感器
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