电气测试技术第八章光电式传感器

第八章光电式传感器将光量的变化转换为电量变化的装置电量x1x2光量光源光学通路光电元件光量测量电路电量输出光电传感器的组成：工程检测中的光源，可以是各种发光器件产生，也可以是物体的辐射光。1工作原理：光电效应物体吸收了光能后转换为该物体的某些电子能量而产生的电效应。光电效应外光电效应内光电效应2

一、外光电效应

E=hυ在光照下，物体内电子逸出物体表面向外发射的现象。式中：h——普朗克常数=6.626×10-34(J·s)

υ——光的频率（s-1）。当E>时，电子逸出物体表面产生光电子3根据能量守恒定律：结论：1、光电子能否产生取决于光子能量是否大于该物体表面逸出功。对某一特定物质将对应有一个光频率阈值，称红限频率。2、光电流与光强成正比。3、必须加负的截止电压，以保证未工作时光电流为0。4、外光电效应从光照到发射光电子几乎瞬间发生。4真空光电管phototube5光电倍增管（日本）6在各个倍增极上加上一定的电压，阴极K电位最低，从阴极开始，各个倍增极电位依次升高，阳极A电位最高。7

二、内光电效应

在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。光电导效应光生伏特效应1、光电池2、光敏电阻3、光敏二极管和光敏三极管4、CCD几种常见的光电器件88.1常见光电器件一、光敏电阻光敏电阻结构(a)光敏电阻结构；(b)光敏电阻电极；(c)光敏电阻接线图1.光敏电阻的结构和原理

9光敏电阻演示

当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）10(1)暗电阻：2.光敏电阻的主要参数

(3)光电流：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

(2)亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

亮电流与暗电流之差称为光电流。11

Question：那么实际应用中，我们希望暗电阻越大越好？亮电阻呢？Answer：暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，这样灵敏度就越高。3.光敏电阻的特性

1）伏安特性阻值大小与照度有关电压越高，光电流越大，且没有饱和现象。501001502001202040I/mA1：照度10lx2：照度100lxU/V12204060801004008001200160020002400λ/nm312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅2）光谱特性与材料有关意义：应根据实际光源情况选择不同的光敏电阻材料。133）温度特性其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动。2040608010001.02.03.04.0λ/μmI/mA+20ºC-20ºC硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线14CdS（硫化镉gé）光敏电阻100MΏ1KΏCdS光敏电阻可单独或与其他各类传感器配套，广泛应用于照相机光圈控制、光电自动控制、光电耦合、自动灯开关及各类可见光波段光电控制测量场合。1516二、光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管接线

RL

光PN光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态PN光敏二极管符号－+1.结构和原理

光敏二极管在不受光照射时,处于截止状态,受光照射时,处于导通状态。17NPN型光敏晶体管结构简图和基本电路

只有两根引线，基极没有引线182.基本特性

光敏二极(晶体)管的光谱特性19硅光敏管的伏安特性(a)硅光敏二极管;(b)硅光敏晶体管

20光敏晶体管的温度特性21

光控继电器J228.2光电池内电场P（多子为空穴）N（多子为电子）+++－－－－－－+++－－－+++工作原理：直接将光能转化为电能（光生伏特效应）。23光电池的光谱特性

04006008001000120020406080100l/nmS/%硒硅24硅光电池的光照特性

0.30.20.10光生电流/mA0.60.40.2020004000短路电流开路电压光生电压/V照度/lx25硅光电池的温度特性

2040608010001002003004005002.22.01.8开路电压短路电流温度/℃U/mVI/mA2627288.3红外传感器29

只有在绝对零度(-273.16℃)时，一切物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射红外线。换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。例如火焰、轴承、汽车、飞机、动植物甚至人体等都是红外辐射源。物理本质：热辐射30红外探测器：测定物体热辐射能量的传感器。红外辐射电量变化

热探测器：由于吸收红外辐射，使得温度升高，从而进行测量。分类

光子探测器（红外光敏二极管、红外光敏三极管）3132锻造厂自动生产线338.4光电传感器应用a)扫描笔结构b)扫描笔输出的脉冲序列34火焰探测报警器电路图120k120k220k68m＋68mpbs820k3.9MV1V21k32k＋125m150k3.9kV34.7n＋12V中心站放大器358.5光电开关及光电断续器原理：红外线发射＋光敏接收元件一.光电开关可分为遮断型反射型作用：检测物体靠近、通过等状态。36231231(a)(b)光电数字式转速表工作原理图在待测转速的轴上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射率。当转轴转动时，反光与不反光交替出现，光电敏感器件间断地接收光的反射信号，转换为电脉冲信号。