文档介绍：第8章光电式传感器及其应用 1 第8章光电式传感器及其应用 2 按工作原理分类: –光电效应传感器–红外热释电传感器–固体图像传感器–光纤传感器第8章光电式传感器及其应用 3 第5章光电式传感器及其应用光电传感器:将光信号(红外、可见光及紫外光)转变成为电信号的器件。被测量被测量的变化的变化光信号光信号的变化的变化电信号电信号的变化的变化对于不同波长的光有不同的光学传感器远紫外近紫外可见光近红外远红外极远紫外 波长/μm 第8章光电式传感器及其应用 4 光电效应: 光照射某一物体,可以看作是一连串能量为光照射某一物体,可以看作是一连串能量为 E E 的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子, 的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子, 电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化,从而使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,称这种物理效应为光受光照射的物体产生相应的电效应,称这种物理效应为光电效应。电效应。光子能量正比于光的频率。外光电效应内光电效应 光电效应和热释电效应第8章光电式传感器及其应用 5 一、一、外光电效应外光电效应外光电效应: 在光线作用下,物体内的电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚, 逸出物体表面向外发射的现象。条件: 光子能量大于该物体的表面逸出功?基于外光电效应的光电器件: 光电管、光电倍增管、光电摄像管等 0 202 1Amh????光电效应方程: 结论: 1光电子能否产生,取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功 A 0;2逸出的光电子具有动能; 3、?一定时,产生的光电流和光强成正比克服逸出功;转化为电子的动能第8章光电式传感器及其应用 6 二、内光电效应当光照在物体上,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象。当光照射在物体上,电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态而使物体的电导率发生变化的现象常见器件: 光敏电阻 1. 光电导效应光→半导体→电子吸收能量( )→跃迁→电子-空穴对→阻值降低,导电性能增强,电导率增大 gE?hγ原理: E g 第8章光电式传感器及其应用 7 2、光生伏特效应+++ --- P N + - 光+ - 光生电子—空穴对原理: 光生伏特效应: 光生伏特效应: 在光作用下能使物体产生一定方向电动势在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。的现象。常见器件:光敏二极管、三极管、光电池等。常见器件:光敏二极管、三极管、光电池等。光→ PN 结→电子→ N, 空穴→P→电动势光线照射 PN 结时,设光子能量大于禁带宽度 Eg, 使价带中的电子跃迁到导带,产生电子空穴对, 在阻挡层内电场的作用下,被光激发的电子移向N区外侧,被光激发的空穴移向 P区外侧, 从而使 P区带正电, N区带负电,形成光电动势。第8章光电式传感器及其应用 8 三、热释电效应( 红外检测) 热释电效应: 当一些晶体温度变化时,其原子排列将发生变化,晶体自然极化, 在晶体两表面产生电荷的现象。包含光-热、热-电两个阶段的变换过程。热释电材料:热释电晶体(铌酸锂、钽酸锂)、热释电陶瓷(钛酸钡( BaTiO3 )、锆钛酸铅( PZT ))和热释电塑料(聚偏二氟乙烯( PVDF ))等。应用: 红外探测器、温度传感器、热成像器件等第8章光电式传感器及其应用 9 光电器件(光电传感器) 光电管:光电倍增管: 光敏电阻:光电二极管: 光电三极管:光电池: 第8章光电式传感器及其应用 10 一、光电管结构: 在真空玻璃管内装有光电阴极(逸出功小的光敏材料涂敷在玻璃管内壁)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。 : 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