文档介绍：光电传感器
0811电信 08328105 贺绪林
摘要:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。
正文
一、理论基础——光电效应
光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。
光照在照在光电材料上,材料表面的电子吸收的能量,若电子吸收的能量足够大是,电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电子材料的导电性,这种现象成为外光电效应
根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为hv(v为光波频率,h为普朗克常数,h=*10-34 J/HZ),由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律:
式中,m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。
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”。相应的波长为式中,c为光速,A为逸出功。
二、光电元件及特性
根据外光电元件制造的光电元件有光电子,充气光电管和光电倍曾管。
,典型的产品有真空光电管和充气光电管,光它的外形和结构如图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
光电管正常工作时,阳极电位高于阴极,如图2所示。在人射光频率大于“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2所示的电路中,电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系,从而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K上时,电子从阴极表面逸出,并被光电阳极的正电厂吸收,外电路产生电流I,在负载电阻上的电压
光电管的光电特性如图3 所示,从图中可知,在光通量不太大时,光电特性基本是一条直线。
图3光电管的光电特性
图2光电管测量电路
图1光电光结构示意图
,因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。图4是光电倍增管结构示意图。
图4光电倍增结构示意图
从图中可以看到光电倍增管也有