现代传感新技术及应用光电传感器Word格式文档下载.docx

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向外发射的电子叫光电子。

按照能量守恒与转换定律有:

爱因斯坦光电效应方程

其中:

h——普朗克常数=6.626×

10-34（J·

s　

υ—光的频率（s-1。

m—电子质量;

2.1.2内光电效应

（光电导效应和光生伏特效应

当光照射到半导体材料上时,价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击,并使其由价带越过禁带跃入导带,如图所示,使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度→电子-空穴对→电导率增大。

内光电效应---按其工作原理可分为,光电导效应和

光生伏特效应（2在光照射下,能够使物体产生一定方向的电动势的现象称谓光生伏特效应。

（1在光照射下,材料电阻率变化的现象称为光电导效应;

+++---P

N+-光

+-

光生电子—空穴对

光线照射PN结时,设光子能量大于禁带宽度Eg,使价带中的电子跃迁到导带,产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下,被光激发的电子移向N区外侧,被光激发的空穴移向P区外侧,从而使P区带正电,N区带负电,形成光电动势。

原理:

光→PN结→电子→N,空穴→P→电动势

2.1.3热释电效应

（1结构和工作原理

2.1.4外光电效应器件

光电管可分为两大类:

真空光电管和充气光电管。

它们的结构类似,都是装有光阴极和阳极的真空玻璃管,如图所示。

内形成空间电子流,在外电路就产生电流。

光电倍增管

停止光照,外电路将无电流输。

当入射光的频率和光通量确定时,阳极电压与电流之间的关系称阳极电压增高:

光电流随之增大。

当阴极发射的电子能全

部到达阳极时,阳极电流便很稳定,称为饱和状态。

充气光电管

充气光电管:

构造和真空光电管基本相同,特性

特性

分别给出了它们的光谱特性曲线。

特性2.1.4外光电效应器件

结构和工作原理

聚焦光栅

光电层

光

云母屏蔽板

阳极

玻璃真空管

阴极倍增极阳极

聚焦电极

倍增极

导电层

端窗

聚焦环

光阴极

入射光

2.1.4.2光电倍增管结构和工作原理

几种光电倍增管的外形

在入射光通量小于10-4

较好的线性关系,当光通量再增大时

呈现非线性特性

2.1.5内光电效应器件

黑色绝缘玻璃

2.1.5内光电效应器件2.1.5内光电效应器件

光敏电阻工作过程I

空穴对越多,电阻值越低;

2.1.5内光电效应器件2.1.5内光电效应器件2.1.5内光电效应器件

x2.1.5内光电效应器件

20

406080100硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线波长短的方向移动。

2.1.5.1光敏电阻

每一光敏电阻都有允许的最大耗散功率过这一数值,则光敏电阻容易损坏。

因此,光敏电阻工作在任何照度下都必须满足

IU≤Pmax和U分别为通过光敏电阻的电流和它两端的电压。

因Pmax数值一定,满足（8-39式的图形为PU

光敏电阻的测量电路及伏安特性

max双曲线在左下部分为允许的工作区域。

工作区域

（3光敏电阻与负载的匹配

•图中绘出光敏电阻的负载线NBQA及伏安特性OB、OQ、OA,对应的照度为L′、LQ、L″。

•设光敏电阻工作在LQ照度下,当照度变化时,工作点Q将变至A或B,它的电流和电压都改变。

•设照度变化时,光敏电阻值的变化为ΔRG,•则此时电流为

LGG

E

IIRRR+Δ=

++Δ（2-3

为

（2-5

光敏电阻与负载的匹配

]0=2.1.5.1光敏电阻

常用材料光敏电阻的典型参数

常见光敏电阻

光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使

用寿命长、体积小等优点,所以应用广泛。

此外许多光敏电阻对光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐,并且

由于光照特性的非线性,不适宜于测量要求线性的场合,常用作

L

R2.1.5内光电效应器件

1结构和工作原理

2.1.5.2光电池

太阳能手机充电器

志牌

太阳能电池

（2.1.5.2光电池

（3光电池应用（a光电追踪电路

+12V

R4

R3

R6

R5

R2

R1

W

BG1

BG2

图（a为光电池构成的光电跟踪电路,用两只性能相似的同类光电池作为光电接收器件。

当入射光通量相同时,执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。

当系统略有偏差时,电路输出差动信号带动执行机构进行纠正,以此达到跟踪的目的。

（3光电池应用

光电池应用

设计选型:

太阳能电池板功率2.1.5内光电效应器件

凝析天然气气液两相流量计量系统的太阳能发电系

天阴雨可持续工作。

及蓄电池容量

负载功率每天工作时数（17/12/当地峰值日

照时数/（0.85*0.85

五路变送器最大功率:

24V*0.02A*5=2.4W。

ARM功率:

12V*0.33A=4W;

太阳能发电系统设计实例

系统构成:

由太阳能电池组、控制器、蓄电池（组组成。

太阳能电池板

a光敏二极管

当光照增加时,光电流IUO

+

a光敏二极管

bPIN光敏二极管

2.1.5.3光敏管（1结构和工作原理

c雪崩光敏二极管

2.1.5.3光敏管

d光敏三极管

d光敏三极管2.1.5.3光敏管（2特性

2.1.5.3光敏管（2特性

2.1.5内光电效应器件2.1.5内光电效应器件

光敏二极管和三极管特性的主要差别

光敏二极管的线性较好。

光线波长和相对光谱灵敏度之间的关系。

性也有很大影响

光电流变化

照度不变时,光电流随温度变化

光电效应器件的选择

硅PIN光电二极管

硅光电

二极管

几种硅（锗光电三极管的特性参数

2.1.6光电传感器应用待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘,在调2.1.6光电传感器应用防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。

为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。

烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。

如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

烟尘浊度监测仪

2.1.6光电传感器应用食品温度测量

集成IC温度测量

2.1.6光电传感器应用成若干个不同的规格,可根据需要选择适合的型号。

—光、机、电一体化的红外测温系统

红外辐射温度计

2.1.6光电传感器应用

如图示是目前常见的红外测温仪方框图。

它是一个包括光、机、电一体化的红外测温系统,图中的光学系统是一个固定焦距的透射系统。

发射率ε调节

被测物体

2.1.6光电传感器应用红外辐射温度计2.1.6光电传感器应用红外辐射温度计红外测温仪电路比较复杂,包括前置放大,选频放大,温度补偿,线性化,发射率ε（比辐射率）调节等。

目前已有一种带单片机的智能红外测温仪,利用单片机与软件的功能,大大简化了硬件电路,提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。

　滤光片一般采用只允许8~14μm的红外辐射能通过的材料。

步进电机带动调制盘转动,将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线。

红外探测器一般为（钽酸锂）热释电探测器,透镜的焦点落在其光敏面上。

被测目标的红外辐射通过透镜聚焦在红外探测器上,红外探测器将红外辐射变换为电信号输出。

红外测温仪的光学系统可以是透射式,也可以是反射式。

反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜,并在镜的表面镀金、铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。

2.1.6光电传感器应用红外辐射温度计WFHX-632.1.6光电传感器应用红外辐射温度计红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用温度采集系统利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）2.1.6光电传感器应用红外辐射温度计利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用2.1.6光电传感器应用通过测量热辐射体在两个波长的光谱辐射两个波长的光谱辐射光电高温比色计被测对象经物镜1成像与光栏3,经光导棒4投射到分光镜6上,它使长波（红外线辐射线透过,而使短波（可见光部分反射。

透过分光镜的辐射线再经滤光片9将残余的短波滤去,尔后被红外光电元件硅光电池10接收,转换成电量输出；

由分光镜反射的短波辐射线经滤波片7将长波滤去,而被可见光硅光电池8接收；

转换成与波长亮度成函数关系的电量输出。

将这两个电信号输入自动