第8章光电传感器

1、第八章光电传感器第八章第八章 光传感器光传感器 光电光电传感器传感器测量测量电路电路光光光光X XU或IU或I输出输出 光传感器的精度高，分辩力高、可靠性高、抗干扰能光传感器的精度高，分辩力高、可靠性高、抗干扰能力强、并可进行非接触测量。除可直接检测光信号外，还力强、并可进行非接触测量。除可直接检测光信号外，还可间接测量位移、速度、加速度、温度、压力等物理量，可间接测量位移、速度、加速度、温度、压力等物理量，所以它的发展很快，获得广泛应用。所以它的发展很快，获得广泛应用。 第八章光电传感器光电效应光电效应外光电效应外光电效应内光电效应内光电效应光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管光导效应光导效

2、应光生伏特效应光生伏特效应光敏电阻光敏电阻光敏二极管光敏二极管光敏三极管光敏三极管光电池光电池第八章光电传感器8.1 光电管和光电倍增管光电管和光电倍增管A AK K光光A AK KI IR RE E第八章光电传感器光光K KD D1 1D D3 3A AD D4 4D D2 2第八章光电传感器8.2 内光电效应及相应器件内光电效应及相应器件一一. .光导效应及光敏电阻光导效应及光敏电阻 半导体材料受到光照射时，吸收入射光子能量，若半导体材料受到光照射时，吸收入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子电子空穴对，使载流子

3、浓度增加，半导体的导电性增空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值降低，这种光电效应称光导效应。基于这种效加，阻值降低，这种光电效应称光导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻（或称光导管）应的光电器件有光敏电阻（或称光导管） 第八章光电传感器EIRGRUo光缺点是：暗电流较大，而且随温度变化。缺点是：暗电流较大，而且随温度变化。第八章光电传感器二二. .光生伏特效应及光电池、光敏二极管、光敏三极管光生伏特效应及光电池、光敏二极管、光敏三极管 当光照射当光照射 PN PN 结时，使一些电子的能量大于半导体材结时，使一些电子的能量大于半导体材料的禁带宽度，激发出电子空穴对，在料的禁带宽

4、度，激发出电子空穴对，在 PN PN 结内电场作用结内电场作用下，空穴移向下，空穴移向 P P 区，电子移向区，电子移向 N N 区，于是区，于是 P P 区和区和 N N 区区之间产生附加电压，称光生电动势。这种因光照而产生电之间产生附加电压，称光生电动势。这种因光照而产生电动势的现象称光生伏特效应，动势的现象称光生伏特效应， 1.1.光生伏特效应光生伏特效应 2. .光电池光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的器件。有硅光光电池是一种直接将光能转换为电能的器件。有硅光电池、硒光电池、硫化镉光电池等等，其中硅光电池和硒电池、硒光电池、硫化镉光电池等等，其中硅光电池和硒光电池用得较多。光电

5、池用得较多。 第八章光电传感器第八章光电传感器光电池的主要特性光电池的主要特性 第八章光电传感器第八章光电传感器第八章光电传感器第八章光电传感器3. .光敏二极管光敏二极管 无光照射无光照射 PN PN 结时，少数载流子数目非常少，由少数结时，少数载流子数目非常少，由少数载流子漂移形成的反向电流也非常小。载流子漂移形成的反向电流也非常小。 有光照射有光照射 PN PN 结时，使一些电子的能量大于半导体材结时，使一些电子的能量大于半导体材料的禁带宽度，激发出电子空穴对，料的禁带宽度，激发出电子空穴对，少数载流子数目快速少数载流子数目快速增加，从而反向电流也快速增加。增加，从而反向电流也快速增加。

6、 第八章光电传感器 光敏二极管体积小，响应速度快，稳定性好，因此在光敏二极管体积小，响应速度快，稳定性好，因此在检测和自动控制中用得较多。检测和自动控制中用得较多。第八章光电传感器4. .光敏三极管光敏三极管 光敏三极管的灵敏度远高于光敏二极管，相应速度光敏三极管的灵敏度远高于光敏二极管，相应速度低于光敏二极管。低于光敏二极管。第八章光电传感器8.3 光电传感器的类型及应用光电传感器的类型及应用一一. .类型类型 按光电传感器的输出量性质可分为两类：按光电传感器的输出量性质可分为两类：（一）把被测量转换成连续变化的光电流。（一）把被测量转换成连续变化的光电流。 （1）用光电器件测量物体温度，如

7、光电高温计）用光电器件测量物体温度，如光电高温计 （2）用光电器件测量物体的透光能力。如测量液体、）用光电器件测量物体的透光能力。如测量液体、气体的透明度、混浊度的光电比色计，预防火警的光电报气体的透明度、混浊度的光电比色计，预防火警的光电报警器等。警器等。 （3）用光电器件测量物体表面的反射能力。如测量表）用光电器件测量物体表面的反射能力。如测量表面光洁度、粗糙度等仪器的传感器。面光洁度、粗糙度等仪器的传感器。 （4）用光电器件测量物体的位移。如用以检查加工零）用光电器件测量物体的位移。如用以检查加工零件的直径、长度、宽度、椭园度等尺寸的自动检测装置。件的直径、长度、宽度、椭园度等尺寸的自动

8、检测装置。第八章光电传感器（二）把被测量转换成断续变化的光电流。（二）把被测量转换成断续变化的光电流。 利用光电器件在受光照或无光照时利用光电器件在受光照或无光照时“有有”或或“无无”电电信号输出的特性，用作开关式光电转换元件。如开关式温信号输出的特性，用作开关式光电转换元件。如开关式温度调节装置及转速测量中的光电传感器等。度调节装置及转速测量中的光电传感器等。1光电测微计光电测微计2烟尘浊度连续监测仪烟尘浊度连续监测仪3光电式转速传感器光电式转速传感器4路灯自动控制器路灯自动控制器二应用举例二应用举例第八章光电传感器8.5 光纤传感器光纤传感器1光纤的结构光纤的结构纤芯纤芯-光密介质（折射率

9、光密介质（折射率n1较大）较大）包层包层-光疏介质（折射率光疏介质（折射率n2较小）较小）保护层保护层-为了增加机械强度为了增加机械强度一光线的结构及工作原理一光线的结构及工作原理第八章光电传感器2光纤的传光原理光纤的传光原理光纤的临界入射角光纤的临界入射角 )arcsin()1arcsin(222122210nnnnnc第八章光电传感器3光纤的性能光纤的性能a . 数值孔径（数值孔径（NA） 222101sinnnnNACb. 光纤的模式光纤的模式 c. 色散色散 d. 传输损耗传输损耗 第八章光电传感器二光纤传感器的的工作原理及其组成二光纤传感器的的工作原理及其组成按照光纤在传感器中的作用

10、可分为功能型和非功能型两类按照光纤在传感器中的作用可分为功能型和非功能型两类 第八章光电传感器 按光在光纤中被调制的原理，光纤传感器又分为：按光在光纤中被调制的原理，光纤传感器又分为：强度调制型、相位调制型、频率调制型、波长调制型强度调制型、相位调制型、频率调制型、波长调制型和偏振态调制型等和偏振态调制型等 按测量对象分为光纤位移传感器、光纤温度传感器、按测量对象分为光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤流量传感器、光纤图象传感器、光纤压力传感器、光纤流量传感器、光纤图象传感器、光纤压力传感器、光纤电流传感器等光纤电流传感器等 第八章光电传感器三光纤传感器应用举例三光纤传感器应用举例 1.光纤温度传感器光纤温度传感器第八章光电传感器2.光纤位移传感器光纤位移传感器第八章光电传感器第八章光电传感器3.光纤电压互感器光纤电压互感器第八章光电传感器4.光纤电流互感器光纤