传感器原理第二章 光敏传感器主要内容n外光电效应及器件n光电管、光电倍增管n光电导效应及其应用n光敏电阻n光生伏特效应器件n光电池、光敏二极管、光敏晶体管第二章 光敏传感器n什么是光敏传感器？n光敏传感器是能将光信号转换为电信号的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应。n光敏传感器的工作原理n用光敏传感器测量非电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用（利用光电效应），再将光量的变化转换为电量的变化，从而实现光敏传感器非电量电测的目的。光亮度n光亮度是表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比n单位是坎德拉/平方米（cd/m）n以下是部分光源的亮度值：n日光灯：（510）*10；月光（满月）：2.5*10；黑白电视机荧光屏：120左右；彩色电视机荧光屏：80左右。光通量n单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。n符号F ，单位为流明（lm）n绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305 * 10 cm面积上辐射出来的光通量为1lm。 n为表明光强和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。n一只40W的日光灯输出的光通量大约是2100流明。 2.2 光电导效应器件及其应用n什么是光电导效应？n光照射半导体材料时，材料吸收光子而产生电子空穴对，使导电性能加强，电导率增加，人们把这种光照后电导率发生变化的现象称为光电导效应，又称内光电效应。n光敏电阻是利用光电导效应制成的光电器件光敏电阻的工作原理n光敏电阻没有极性，是电阻器件n当无光照时，光敏电阻的暗电阻很大，电路中电流很小；当受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增加光敏电阻的结构n光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。因此在自动化技术中得到广泛的应用。光敏电阻的主要参数n暗电阻n光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一段时间测量的电阻值n暗电阻时在给定的工作电压之下流过光敏电阻的电流，称为暗电流光敏电阻的主要参数n亮电阻n光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻n此时流过的电流称为亮电流n光电流n亮电流与暗电流之差称为光电流n光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小，性能越好光敏电阻的主要参数n光电灵敏度n单位光通量入射时光敏电阻能输出的光电流的大小n电压相对灵敏度n在单位外加电压下入射单位光通量时所输出的光电流值n积分灵敏度n单位光通量入射时，电阻值的相对变化率光敏电阻的伏安特性n在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系n光敏电阻都有最大额定功率、最大额定电流和最高工作电压光敏电阻的光照特性n光敏电阻的光电流与光强之间的关系n由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此它不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件光敏电阻的光谱特性n光谱特性体现光敏电阻对不同波长的光的不同灵敏度n在选择光敏电阻时应根据光源来考虑光敏电阻的响应时间n光电导的驰豫现象n光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流并不立刻上升到最大饱和值，而光照去掉后，光电流也不立刻下降到零，这说明光电流的变化对于光的变化在时间上有一个滞后，这就是光电导的驰豫现象光敏电阻的响应时间n光电导的驰豫现象通常用响应时间表示。响应时间又分为上升和下降时间，它们是表征光敏电阻性能的重要参数n光敏电阻的响应时间光照的强度有关，光照越强，响应时间越短光敏电阻的频率特性n相对灵敏度与光调制频率之间的关系曲线n不同材料的的光敏电阻具有不同的响应时间，它们的频率特性也就不尽相同光敏电阻的温度特性n光敏电阻受温度的影响较大，当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降n温度对光敏电阻的光谱特性也有很大影响，温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动光敏电阻的稳定性n初制成的光敏电阻，由于其内部组织的不稳定性以及其他原因，光电特性是不稳定的。当受到光照和外接负载后，其灵敏度有明显下降n在人为地加温、光照和加负载的情况下，经过一定时间的老化，光电性能逐渐趋向稳定后就基本不变了光敏电阻火焰探测器电路原理图 光敏电阻火焰探测器应用n硫化铅光敏电阻为火焰探测器的探测元件n硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 M， 亮电阻为 0.2 M(光照度 0.01 W/m2下测试的)，峰值响应波长为2.2m。 硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为 6 V，电流约为 6。V2管集电极电阻两端并联 68 F的电容， 可以抑制 100 Hz以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器， 火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。n采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度， 保证火焰报警器能长期稳定地工作。光电开关