自动检测与转换技术 课件 项目五光电传感器

传感器与自动检测技术项目四光电传感器光电传感器:将光信号（红外、可见光及紫外光）转变成为电信号的器件。被测量的变化光信号的变化电信号的变化什么是光电传感器光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测量、气体成分分析等任务一：探索光电传感器的工作原理任务二：探究常见光电元件及特性任务三：分析光电传感器的应用结论：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。

任务一：探索光电传感器的工作原理任务一：探索光电传感器的工作原理外光电效应任务一：探索光电传感器的工作原理内光电效应——

光电导效应任务一：探索光电传感器的工作原理内光电效应——

光敏晶体管效应任务一：探索光电传感器的工作原理内光电效应——

光生伏特效应常见的光电元件有：光电管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。任务二：探究常见光电元件及特性

（a）光电管(b)光敏电阻(c)光敏二极管（d）光敏三极管(e)光电池

光电管——外光电效应结构：在真空玻璃管内装有光电阴极和阳极，感光面对准光的照射孔。当光线照射到光敏材料，便有电子逸出，并被正电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。原理：基于外光电效应光→阴极→光电子→阳极→空间电子流→外接电阻→压降U=f(I)（实现光电转换）特点：简单，灵敏度低，在微光测量中通常采用光电倍增管。光电管的符号与外形任务二：探究常见光电元件及特性光敏电阻——光电导效应结构：光敏电阻的结构如图，由一块两边带有金属电极的均质光电半导体组成。原理：基于光电导效应无光照：光敏电阻阻值很大；有光照：光子能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出电子-空穴对，使电阻降低；光线愈强,激发出的电子-空穴对越多，电阻值越低；光照停止：自由电子与空穴复合,导电性能下降,电阻恢复原值。光敏电阻——参数特点：

暗电阻一般超过1MΩ,甚至高达100MΩ，亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，灵敏度很高。

暗电阻：指光敏电阻置于室温和全暗条件下，经一段时间稳定后测得的阻值，这时在给定的工作电压下测得的电流称暗电流。亮电阻：光敏电阻置于室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻，这时在给定工作电压下的电流称为亮电流。光电流：亮电流和暗电流之间的差称为光电流。光敏电阻的符号与外形任务二：探究常见光电元件及特性光敏二极管——光敏晶体管效应光敏二极管:利用PN结单向导电性的结型光电器件,结构与一般二极管类似。PN结安装在管的顶部,便于接受光照。外壳上面有一透镜制成的窗口以使光线集中在敏感面上。为了获得尽可能大的光生电流,PN结的面积比一般二极管要大。为了光电转换效率高,PN结的深度较一般二极管浅。光敏二极管大多数情况下工作在反向偏压状态。当光照射时，光敏二极管处于导通状态。当光不照射时，光敏二极管处于截止状态。光敏晶体管的符号与外形任务二：探究常见光电元件及特性光电池——光生伏特效应原理：基于光生伏特效应光电池有较大面积的PN结，当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现光生电动势。种类：硒光电池、氧化亚铜光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等+光PN－SiO2RL光电池可把太阳能直接变电能，又称为太阳能电池,是发电式有源元件。下电极梳状电极SiO2抗反射膜PN光电池的符号与外形任务二：探究常见光电元件及特性按被测物与光电元件和光源之间的关系，光电式传感器的应用有以下四种：

1、光源本身就是被测物。如：光电比色温度计、光照度计等被测物光电元件2、恒定光源发出的光通量透过被测物，由被测物吸收一部分后到达光电元件上。如：测液体透明度、烟尘浓度等

被测物光电元件恒光源任务三：分析光电传感器的应用

3、恒定光源发出的光通量经过被测物遮挡一部分后照射到光电元件上。如：测元件尺寸、运动状态等被测物光电元件恒光源4、恒定光源发出的光通量经被测物反射后到达光电元件上。如：测纸张白度、零件表面粗糙度、光电转速表等任务三：分析光电传感器的应用任务三：分析光电传感器的应用1.红外线辐射温度计

红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。食品温度测量集成IC温度测量任务三：分析光电传感器的应用2.反射式烟雾报警器

在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。

当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示