第9章 光电 传 感 器 第第9章章 光电传感器光电传感器本章要求： 1、掌握光电效应及其光电器件； 2、了解新型光电传感器； 3、熟悉光电传感器的应用。本章重点： 外光电效应、内光电效应及其光电器件。本章难点： 光电位置传感器和光图像传感器。第9章 光电 传 感 器 光电传感器的组成光电传感器的的转换原理是基于光电效应。光电效应分为：1、外光电效应；2、内光电效应；光电传感器由四部分组成：光源、光通路、光电元件和测量电路。第9章 光电 传 感 器 9.1 光源光源9.1.1 光的特性光的特性光具有波粒二重性，既具有波动的本性，又具有粒子的特性。 光的粒子说可知，光是由具有一定能量、动量和质量的粒子所组成，这种粒子称为光子。每个光子都具有一定的能量，其大小与它的频率成正比，即 E=h=hc/式中h为普朗克常数，h=6.62610-34（J.S）；为光子的频率（S-1）；C为光速，C=3108（m/S）；为光的波长（m）。第9章 光电 传 感 器 9.1.2 常用光源及特性常用光源及特性1、热辐射光源热辐射光源 热辐射光源输出功率大，但电源的响应速度慢，调制频率一 般低于1KHz，不能用于快速的正弦和脉冲调制。2、气体放电光源气体放电光源 气体放电光源发出的热量少，对检测对象和光电探测器件 温度影响小，对电压恒定要求也比白炽灯低。 3、电致发光器件电致发光器件 具有体积小、功耗低、寿命长（106109h）、工作电压低 （12V）、响应速度快（几个纳秒至几十纳秒），便于与集 成电路相匹配等优点，因此得到广泛应用。4、激光器激光器 按工作物质来分：（1）固体激光器； （2）气体激光器； （3）半导体激光器；（4）液体激光器 。第9章 光电 传 感 器 9.2 光电效应光电效应光电效应光电效应物质在光的照射下释放电子的现象称为光电效应。光电效应的实验规律：（1）光电流的大小与入射光的强度成正比；（2）光电子的初动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强 度无关；（3）当入射光的频率低于某一极限频率时，不论光的强弱，照 射时间的长短，均无光电流产生；（4）从光照开始到光电子被被释放出来。整个过程所需的时间 小于10-9S。光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。 第9章 光电 传 感 器 9.3 外光电效应外光电效应9.3.1 外光电效应外光电效应1.外光电效应外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表 面向外发射的现象称为外光电效应，又称光电子发射效应。2.爱因斯坦光电效应方程式爱因斯坦光电效应方程式由方程式知：由方程式知：1)光电子能否产生，取决于光子能量是否大于该物体的表 面逸出功A0。 2)当入光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比 3)光电子逸出物体表面具有初始动能mv02/2， 第9章 光电 传 感 器 9.3.2 外光电效应光电器件外光电效应光电器件（3）光电管的主要特性）光电管的主要特性光电特性光电特性 暗电流暗电流 伏安特性伏安特性 I=f（UAK）光谱特性光谱特性 K=f（）UA=C1 1 光电管光电管光电管光电管（1 1）光电管的结构）光电管的结构）光电管的结构）光电管的结构（2 2）光电管的工作原理）光电管的工作原理）光电管的工作原理）光电管的工作原理第9章 光电 传 感 器 9.4 内光电效应内光电效应内光电效应有两种：内光电效应有两种：光电导效应光电导效应和光生伏特效应光生伏特效应。1、光电导效应、光电导效应 ：物体受光照后，物质吸收入射光子的能物体受光照后，物质吸收入射光子的能量使其内部载流子被激发而使其导电率增加，电阻值下降量使其内部载流子被激发而使其导电率增加，电阻值下降的现象称为光电导效应的现象称为光电导效应2、光生伏特效应：、光生伏特效应：在光线作用下，能够使物体在一定方在光线作用下，能够使物体在一定方向上产生电动势的现象称为光生伏效应。向上产生电动势的现象称为光生伏效应。光生伏特效应根据其产生电势的机理又可分为：光生伏特效应根据其产生电势的机理又可分为：（1）、侧向光生伏特效应）、侧向光生伏特效应（2）、）、PN结光生伏特效应结光生伏特效应（3）、光电磁效应（简称）、光电磁效应（简称PEM效应）效应）（4）、贝克勒尔（）、贝克勒尔（Bcquerl）效应）效应第9章 光电 传 感 器 9.4.1 内光电效应器件内光电效应器件 （一）光敏电阻：（一）光敏电阻：光敏电阻是基于光敏电阻是基于半导体光电导效应制成的光电器半导体光电导效应制成的光电器件，又称光导管。件，又称光导管。1、光敏电阻的结构和工作原理、光敏电阻的结构和工作原理2 光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数 暗电阻与暗电流暗电阻与暗电流 亮电阻与亮电流亮电阻与亮电流 光电流光电流第9章 光电 传 感 器 3、光敏电阻的基本特性、光敏电阻的基本特性光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光谱特性光敏电阻的光谱特性光敏电阻的温度特性光敏电阻的温度特性 响应时间和频率特性响应时间和频率特性稳定性稳定性 第9章 光电 传 感 器 （二） 光电池光电池1 光电池的结构与工作原理光电池的结构与工作原理2 2 光电池的主要特性光电池的主要特性光电池的主要特性光电池的主要特性(1) (1) 光电池的光谱特性光电池的光谱特性光电池的光谱特性光电池的光谱特性(2) (2) 光电池的光照特性光电池的光照特性光电池的光照特性光电池的光照特性(3) (3) 光电池的频率特性光电池的频率特性光电池的频率特性光电池的频率特性(4) (4) 光电池的温度特性光电池的温度特性光电池的温度特性光电池的温度特性(5) (5) 稳定性稳定性稳定性稳定性第9章 光电 传 感 器 2 光电池的主要特性光电池的主要特性第9章 光电 传 感 器 （三） 光光敏敏二二极极管管 n n1 1、光敏二极管的结构与工作原理、光敏二极管的结构与工作原理、光敏二极管的结构与工作原理、光敏二极管的结构与工作原理n n2 2 光敏二极管的主要技术参数光敏二极管的主要技术参数光敏二极管的主要技术参数光敏二极管的主要技术参数n n(1)(1)、最高反向工作电压、最高反向工作电压、最高反向工作电压、最高反向工作电压 (2)、暗电流、暗电流 (3)、光电流、光电流 (4)、灵敏度、灵敏度 (5)、响应时间、响应时间 第9章 光电 传 感 器 （四）光敏三极管（四）光敏三极管1光敏三极管的结构和工作原理光敏三极管的结构和工作原理2、光敏三极管的主要技术特性、光敏三极管的主要技术特性（1）、光谱特性）、光谱特性 （2）、伏安特性）、伏安特性 （3）、光电特性）、光电特性 （4）、温度特性）、温度特性 （5）、时间常数）、时间常数 （5）、时间常数）、时间常数 （6）、频率特性）、频率特性 第9章 光电 传 感 器 （五）光敏晶闸管（五）光敏晶闸管 （六）光敏集成器件（六）光敏集成器件1、达林顿光电管、达林顿光电管2、光电耦合器件、光电耦合器件 独具下列特点： （1）光电耦合器件实现了以光为媒介的传输，具有优良的隔离性。 （2）具有信号单向传输不可逆性。 （3）发光源使用砷化镓发光二极管，它具有低阻抗的特点，可以抑制干扰，消除噪声。（4）响应速度快，可用于高频电路（5）结构简单，无触点，体积小，寿命长。 第9章 光电 传 感 器 9.5 光电码盘光电码盘 1 光电码盘的工作原理光电码盘的工作原理第9章 光电 传 感 器 3、循环码盘、循环码盘2、二进制码盘、二进制码盘第9章 光电 传 感 器 9.6 光电传感器的应用光电传感器的应用 1.光电传感器应用光电传感器应用 的几种基本形式：的几种基本形式：（1）辐射型）辐射型（2）吸收型）吸收型 （3）反射型）反射型 （4）遮挡型）遮挡型 （5）透射型）透射型 （ 6）时差测距）时差测距 第9章 光电 传 感 器 2 烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪3 光电转速传感器光电转速传感器第9章 光电 传 感 器 4光电池在路灯光电池在路灯控制器中的应用控制器中的应用 5光电传感器在输光电传感器在输液监测中的应用液监测中的应用第9章 光电 传 感 器 6 声控光敏延时开关电路声控光敏延时开关电路7条形码扫描笔条形码扫描笔