文档介绍：光敏传感器实验及探究
摘要:光敏传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或直接引起光量变化的非电量,也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先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。光敏传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。
关键词:光敏传感器;检测光量变化;电信号;检测与控制。
Abstract: photoelectric sensor is photoelectric device as a sensor element. It can be used for non electric quantity detection light intensity or directly caused by light intensity, and can also be used for detection can be converted into other non electrical quantity change. It divides the changes measured into optical signal changes, then with the help of optoelectronic devices to convert optical signals into electrical signals. Photoelectric sensor has the advantages of fast response, high precision, can realize the non-contact measurement etc., and measurable parameters, the sensor has the advantages of simple structure, flexible and diverse forms, therefore, application of photoelectric sensors in the detection and control field is very wide.
Key words: photoelectric sensor; detection of light intensity; signal; detection and control.
1 前言
传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理,所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器就是一种传感器,它感受声音的强弱,并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化,并把它转换成相应的电信号。
光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合,光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。
2 光敏传感器工作原理
光电效应
光敏传感器的物理基础是光电效应,光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射称为外光电效应,或光电子发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。电子并不逸出材料表面的则是内光电效应,几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类,通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。光电导效应、光生伏特效应是两种常见的内光电效应。
若光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大,某些电子吸收光子的能量,从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大,即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带,价带中由于电子离开而产生空穴,在外电场作用下,电子和空穴参与电导,使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带,从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
在无光照时,半导体PN结内部自建电场。当光照射在PN结及其附近时,在能量足够大的光子作用下,在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时,靠扩散进入结区;在结区中时,则因电场E的作用,电子漂移到N区,空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷,P区带正电荷,产生附加电动势,此电动势称为光生电动势,此现象称为光生伏