文档介绍：光电传感器
第一节、光电效应与光电器件
(一)光电管、光电倍增管
(二)光敏电阻
(三)光敏晶体管
(四)光电池
第二节、光电传感器与光电检测
第三节、光电传感器的应用
第四节、光电转换电路
下一节
光电传感器
转换原理:光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
组成:一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
特点:光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此在检测和控制领域内得到广泛应用。
一、光电效应与光电器件
光电元件是光电传感器中最重要的部件,常见的有真空光电元件和半导体光电元件两大类。它们的工作原理都基于不同形式的光电效应。根据光的波粒二象性,我们可以认为光是一种以光速运动的’粒子流,这种粒子称为光子。每个光子具有的能量为 E=h · υ(6-1)
式中, υ为光波频率;h为普朗克常数,h=*10-34 J/Hz
由此可见,对不同频率的光,其光子能量是不相同的,光波频率越高,光子能量越大。用光照射某一物体,可以看做是一连串能量为Au的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子,并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收,电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化,从而使受光照射的物体产生相应的电效应,我们把这种物理现象称为光电效应。通常把光电效应分为三类:
1)外光电效应:在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,
基于外光电效应的光电元件:有光电管、光电信增管等。
2)内光电效应:在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。
基于内光电效应的光电元件有:光敏电阻、光敏晶体管等。
3)光生伏特效应:在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应,
基于光生伏特效应的光电元件有:光电池等。
(一)光电管、光电倍增管
光电管和光电倍增管是利用外光电效应制成的光电元件。下面简要介绍它们的结构和工作原理。

光电管的外形和结构如图6-1-1所示,半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内,当入射光照射在阴极上时,单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子,从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时,它就可以克服金属表面束缚而逸出,形成电子发射。这种电子称为光电子,光电子逸出金属表面后的初始动能为(1/2)mυ2
根据能量守恒定律有

式中,m为电子质量;V为电子逸出的初速度。
由上式可知,要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功,因此对每一种阴极材料,入射光都有一个确定的频率限,当入射光的频率低于此频率限时,不论光强多大,都不会产生光电子发射,此频率限称为“红限”。相应的波长为
6-2
式中,c为光速;A为逸出功。
光电管正常工作时,阳极电位高于阴极,如图6-1-2所示。在入射光频率大于“红限”的前提下,从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引,在光电管内形成空间电子流,称为光电流。此时若光强增大,轰击阴极的光子数增多,单位时间内发射的光电子数也就增多,光电流变大。在图6-1-2所示的电