光电子技术与现代生活-6-1-光电传感器应用

同学们好！1x1光源光通路光电器件测量电路光量光量电量x2输出X1——被测量直接引起光源光量的变化X2——被测量在光传播过程中调制光量对光量的调制方法：光电式传感器应用简介2主要内容第一部分

光源第二部分

光电效应第三部分

光电器件第四部分

新型光电传感器第五部分

光电传感器的应用3一、光源1、常用光源常用光源发光器件物体辐射光白炽光源气体放电光源发光二极管激光器GaP、SiC可见光LEDGaAs红外LED4650nmLD2、半导体激光二极管5带尾纤大功率LD1.55umLD模块808nm大功率LD67——不同频率或波长的光具有不同的能量二、光电效应波动性：以光速运动，干涉、衍射粒子性：具有一定的质量和能量的粒子光——以光速运动的粒子流波粒二象性8金属金属氧化物半导体光照

电子——光电效应是光电传感器的基本转换原理光照半导体

电子在物体内部运动内光电效应金属金属氧化物光照

电子逸出物体表面外光电效应1、定义及分类9——只有当入射光能量大于电子逸出功时，才能产生光电子，红限频率——光电流与入射光强成正比——光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压——从光照至发射电子，时间<10-9

s2、外光电效应电子吸收光子能量克服物质的束缚，电子逸出功转化为逸出电子的动能103、内光电效应光生电子-空穴对光电导效应光生伏特效应载流子数目增多、电导率变大条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度4、光电导效应11——对于每种半导体材料存在一个入射光的波长限——入射光光强愈强，电导率愈大——入射光波长——禁带宽度光照下，使半导体产生一定方向电动势的现象。4、光生伏特效应12三、光电器件1、光电管13光谱特性：工作电压不变，入射光波长与灵敏度（量子效率）的关系光谱特性取决于阴极材料，不同阴极材料的光电管其灵敏度分布不同0.20.40.625201510500.20.40.60.81.00.50.40.30.20.114伏安特性：一定光通量照射下，光电管阳极与阴极间的电压与电流的关系。光照特性：光电管工作电压一定时，入射光通量与光电流的关系20406080100120432100.511.52.02.580604020015国产光电管的技术参数2、光电倍增管光电倍增极：12-14级16•灵敏度高光电管：0.1lm光通量5uA光电流光电倍增管：0.0001lm光通量1000uA光电流光电倍增系数17250500750100012501500106

105

104

103

102

501001501210864201810-1610-1210-810-4110210-2

10-6

10-10

19国产光电倍增管的技术参数203、光敏电阻210.5

1.01.52.02.53.03.510080

60

40

20

00

0.20.40.60.81.01.20.300.250.20

0.15

0.10

0.05非线性：不适合于作测量元件22光敏电阻的伏安特性50100654

32

1光敏电阻硫化铅的温度特性01.02.03.04.010080

60

40

2023提高光电转换能力：

面积大、浅结的PN结4、光敏二极管管芯结构光敏二极管电路24光敏二极管的光谱特性曲线250

5007501000125015001750200010080

60

40

20

025光敏二极管的技术参数26光敏二极管光控应用电路275、光敏三极管种类：NPN、PNP电极：通常2个，无基极结构：基区面积大发射区面积小放大：两个PN结光敏三极管的芯片结构光敏三极管的电路28光敏三极管的光谱特性400

6008001000120014001600180010080

60

40

20

0光敏三极管的光照特性20040060080010004

3

21

029光敏三极管应用电路246810121443210光敏三极管伏安特性306、光电池硒光电池的光谱特性0.2

0.40.60.81.01.210080

60

40

20

0电压源：将光量转变为电动势硒光电池硅光电池硒光电池的结构（1）硒光电池31硒光电池的伏安特性（2）硅光电池硅光电池的结构32硅光电池的光谱特性0.2

0.40.60.81.01.210080

60

40

20

0硅光电池的伏安特性33硅光电池的光照特性0

2000

40006000

8000100000.60.5

0.4

0.3

0.2

0.1

100

80

60

40

2034三、新型光电传感器1、光位置传感器光位置传感器的结构线阵光位置传感器35测量轮对内距：信号采集电路微处理器发射电路输出电路激光发射器透镜组E目标物体窗口范围距离上限距离下限发射电路采用基于光学三角测量原理的激光传感器来测量：在两条轨道内侧放置两只完全相同的激光传感器，分别测得两激光传感器检测端面到对应轮内侧面的距离，再加上两传感器检测端面距离即可得到轮对内距。36面阵光位置传感器二维面阵光位置传感器372、高速光电二极管光电转换效率高漂移时间小，响应速度高（1）PIN结光电二极管38（2）APD雪崩式光电二极管高掺杂浓度的P+层，响应时间极短碰撞电离，二次电子发射雪崩倍增，灵敏度高39403、色敏光电传感器结构等效电路浅结：对紫外光有较高灵敏度深结：对红外光有较高灵敏度41双结二极管的光谱特性10080

60

40

20

0400

50060070080090010001100短路电流比与入射光波长的关系双结二极管的光谱特性105210.50.20.10.05

0.02

0.01

0400

5006007008009001000110042短路电流比检测电路434、光电耦合器44•实现以光为媒介的传输