文档介绍：第二章光电传感技术
基于光电效应原理工作的光电传感器,在检测和控制中应用非常广泛。本章主要介绍光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏晶体管等典型光电器件的光谱响应、频率响应、时间响应等主要参数与基本特性,特别介绍了光电位置传感器PSD。
光电传感技术
电磁波谱
辐射源特性及其度量
光电效应
光电探测传感器件
光电位置传感器(PSD)
光电传感技术应用
电磁波谱
图2-1 电磁波谱
辐射源特性及其度量
辐射源特性
(1)光谱特性
(2)能量特性
(3)角度特性
辐射源的度量
对辐射源的度量有两种:光度量制和辐射度量制。
光度量制以人眼或经视见函数校正过的照度计作为探测器;
辐射度量制以无光谱选择性的真空热电偶作为探测器
光电效应
光电效应是指因光照而引起物体电学特性改变的现象。电学特性变化是指光照射物体时,物体发射电子、电导率发生变化或产生光电动势等。
光电效应大致可归纳为两大类:
外光电效应——物质受到光照后向外发射电子的现象,这种效应多发生于金属和金属氧化物;
内光电效应——物质受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动,而不会逸出物质外部的现象,这种效应多发生于半导体内。内光电效应又可以分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应
光电导效应是指物体受光照射后,其内部产生光生载流子,使物体中载流子数显著增加而电阻减小的现象。
这种效应在大多数半导体和绝缘体中都存在。
而金属的电子能态与半导体和绝缘体不同,在光照下电阻没有改变,因此不产生光电导效应。
表征光电导体器件,最重要的参数为
灵敏度
弛豫时间(惰性)
光谱分布
光生伏特效应
光生伏特效应是指,光照使不均匀半导体或均匀半导体中光电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象,是把光能变为电能的一种效应。
因此光照在半导体PN结或金属半导体接触面上时,在PN结或金属半导体接触的两侧会产生光生电动势。
光电发射效应
光敏物质吸收光子后,电子从基态被激发到高能态而脱离原子核的束缚,从而在外电场作用下参与导电,即发生内光电效应。
如果被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场作用下形成光电子流,这就是外光电效应或称光电发射效应。
在光电器件中,光电管、光电倍增管等光电器件,都是基于外光电效应理论的。
(光电发射第一定律);
(Einstein)定律(光电发射第二定律)
光电探测传感器件
利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件称为光电探测传感器件,有时也称光电探测传感器件。
根据对辐射的作用方式不同(或说工作机理的不同),光电探测传感器件(光电探测传感器件)可分为
光子探测传感器件
热电探测传感器件
光电探测传感器件
光电管
外光电效应
光电倍增管本征型
单晶型
光子探测传感器件掺杂型
(基于量子效应) 光敏电阻多晶型
(基于光电导效应)
合金型
内光电效应
光敏二极管
光电探测传感器件光生伏特效应光敏晶体管
(基于光生伏特效应) 光电池
雪崩光电管热电堆
热电偶
热电探测传感器件热释电探测器
(基于热效应) 热敏电阻
表 2‑4 各类光电效应及其相应器件