传感器第七章光电式传感器文稿演示

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第七章 光电式传感器[可修改版ppt]

第七章 光电式传感器[可修改版ppt]

1)光电管与光电倍增管 ✓特性----光电管 b)伏安特性
当入射光的频谱及光通量一定时,阳极与阴极之
间的电压同光电流的关系。
➢ 当阳极电压比较低时,阴极所 发射的电子只有一部分到达阳 极,其余部分受光电子在真空 中运动时所形成的负电场作用, 回到阴极。
➢ 随阳极电压的增强,光电流随之增大。
➢ 当阴极发射的电子全部到达阳极时,阳极电流达到 饱和状态
光敏二极管的反向偏置接线及光
电特性演示
在没有光照时,由 于二极管反向偏置,反 向电流(暗电流)很小 。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
当光照增加 时,光电流IΦ 与光照度成正 比关系。
光电倍增管的灵敏度:一个光子射 后,阳极所得到的总电子数。
暗电流:由于环境温度、热辐射和其他因素的影响, 即使没有光信号输入,加上电压后阳极仍有电流。
本底电流:光电倍增管与闪烁体放在一处,在完全 屏蔽光的情况下,出现的电流。
பைடு நூலகம்
2)光敏电阻 ✓构造 光敏电阻用半导体材料制成,没有极性, 纯粹是一个 电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压
1)光电管与光电倍增管 ✓特性----光电管 c)光谱特性
保持光通量和阳极电压不变,阳极电流与波长 之间的关系。
红限频率
I. ——铯氧银 II. ——锑化铯 III.——人眼的视觉特征
光电管的光谱特性
1)光电管与光电倍增管 ✓特性----光电倍增管
倍增系数M: Mcn
光电阴极的灵敏度:一个光子射在 阴极上所能激发的电子数。
第七章 光电式传感 器
实验
灵敏电流 计
弧光灯
锌板
铜网
紫外光照射时电流计指针发生偏转

光电式传感器的组成原理ppt课件

光电式传感器的组成原理ppt课件

光线强弱 影响放大倍数
光线增强 PN导通 负电压输入
I
光线增强 短路电路
增大
U0 2I RF
应用
光学量:光强、光照度、辐射、气体成分 几何量:形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误 差 力学量:应变、速度、加速度、振动、流量、密度 生化量:离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记
光电管研究光电效应
1.在光源灯固定L的情况下,画出光电管的伏安特性曲线 2.光源灯距离为L’( L’>L)时的伏安特性曲线
光电式数字转速表
c ZTN 60
光电比色计
用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
受检样品
凸透镜 光源 凸透镜 标准样品
光电池
滤色
差值
滤色
差动放大器 显示仪表
光电池
光电式带材跑偏检测器
烟尘浊度监测仪
BG4
+12V
光电池触发电路
C2 C1 R1
+12V W
R4
R2
18 7
2 5G23
6
3 R3 4
5 C3 R5
-12V
光电池放大电路
路灯自动控制器
220V
CJD-10
路灯
8V C1 200μF
200Cμ2 F
R7 10kΩ
R1 470kΩ
R2 200kΩ
R3 10kΩ
R4
R5
100μF
4.3kΩ
平行 光源
烟道
光电 探测
放大
显示
刻度 校正
报警器
太阳能电池
调节控制器
阻塞二极管
太阳 电池 方阵
直 流 负 载
逆 变 器

《光电式传感器》课件

《光电式传感器》课件

光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词:光电式传感器有多种分类方式,如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型,按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述:根据工作方式的不同,光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号,如光电管、光电倍增管等;而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号,如光电池、光电晶体管等。此外,根据输出信号的不同,光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号,如光电管和光电池;数字输出型传感器则输出离散的电信号,如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来,需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究,推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域,如物理学、化学、生物学等。未来
,需要加强交叉学科的融合发展,推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输,不易 受到电磁干扰的影响,具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ,特别是在室外或者强光环境下,测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件,导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器,以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01

光电式传感器优秀优秀课件

光电式传感器优秀优秀课件
如图9-2为光电倍增管的典型结构。它是一个除在玻璃 泡内装入光电阴极和光电阳极外,还装有若干个光电倍增 极,且在光电倍增极上涂以在电子轰击下可发射更多次级 电子的材料,倍增极的形状及位置要正好能使轰击进行下 去,在每个倍增极间均依次增大加速电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ,若有n级,则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间,δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路,V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时,指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示,各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得,被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源,则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地,使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca,这样系统 将能响应变化很慢的光强,如果将稳定的光源加以调制,那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地,这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca,同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压,这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和,它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 (1)结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结,如图9-11所示。
(2)原理 当光照射到PN结附近时,若光子能量大于半导体材料的

第七章 光电型传感器与测量电路

第七章 光电型传感器与测量电路

2.光生伏特效应及器件 光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。 当PN结两端没有外加电场时,在PN结势垒区内仍然存在着 内建结电场,其方向是从N区指向P区,如图7-12所示。 当光照射到结区时,光照 产生的电子一空穴对在结电场 作用下,电子推向N区,空穴推 向P区;电子在N区积累和空穴 在P区积累使PN结两边的电位 发生变化,PN结两端出现一个 因光照而产生的电动势,这一 现象称为光生伏特效应。由于 它可以像电池那样为外电路提 供能量,因此常称为光电池。
图7-8 金属封装的CdS光敏电阻
图7-9 光电二极管原理图
(2) 光敏二极管PN结可以光电导效应工作,也可以光生伏特 效应工作。如图7-9所示,处于反向偏置的PN结,在无光照时 具有高阻特性,反向暗电流很小。当光照时,结区产生电子一 空穴对,在结电场作用下,电子向N区运动,空穴向P区运动, 形成光电流,方向与反向电流一致。光的照度愈大,光电流愈 大。由于无光照时的反偏电流很小,一般为纳安数量级,因此 光照时的反向电流基本上与光强成正比。
图7-3 光电管
光电倍增管的结构如图7-4 所示。在玻璃管内除装有光电 阴极和光电阳极外,尚装有若 干个光电倍增极。光电倍增极 上涂有在电子轰击下能发射更 多电子的材料。光电倍增极的 形状及位置设置得正好能使前 一级倍增极发射的电子继续轰 击后一级倍增极。在每个倍增 极间均,依次增大加速电压。 光电倍增管的主要特点是: 光电流大,灵敏度高,其倍增 率为N=δn,其中δ为单极倍增 率(3~6),n为倍增极数(4~14)。
7.3常用光电器件
光电器件是光电传感器的重要组成部分,对传感器的性能 影响很大。光电器件是基于光电效应工作的,种类很多。所谓 光电效应,是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量而产生的电效应。一般地,光电效应分为外光电效应和内 光电效应两类。因此,光电器件也随之分为外光电器件和内光 电器件两类。 7.3.1 外光电效应及器件 在光的照射下,电子逸出物体表面而产生光电子发射的现 象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设:一个电子只能接受一个光子的能量。 因此要使一个电子从物体表面逸出,必须使光子能量ε大于该 物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A, 因此对某特定材料而言,将有一个频率限νo(或波长限λ0),称 为“红限”,不同金属光电效应的红限见表7-2。

7光电式传感器

7光电式传感器

SiO2
P-Si
GND
2020年7月28日4时50分
34
7.3 电荷耦合器件CCD
VG=1
势阱的性质
电极电压越高势阱越深;
金属 SiO2
势阱对于电子的表面势很低;
有光照时,结内激发大量的载流子,反向 漏电流显著增加(亮电流,与光照成正比).
I
+ uA -
E
2020年7月28日4时50分
21
(3) 光电结型 (光敏二级管、光敏三极管)
原理
光敏三极管的集电结具有光敏特性;
b cP N P e
集电结相当于一个光敏二极管;
无光照时,集电结只有极小的反向饱和漏
第7章 光电式传感器
物理基础:光电效应
紫外光
可见光
红外光
10 nm 380 nm 780 nm
1000,000 nm
开始 结束
第7章 光电式传感器
定义:
被测量光学量光电器件电量
电流、电压,或电导率
组成:
光源+光路+光电器件
转换基础——光电效应
外光电效应(电子发射效应) 内光电效应
光电导效应 光生伏特效应
光敏电阻的性能曲线
光电特性
电源电压不变时,电流I与光通量φ的关系(非线性),可做测
光元件或光控开关.
伏安特性
频率特性
光通量不变时,电流I 与电压关系(线性)
硫化铅高频
在允许功率下,光敏电阻是良好线性器件. 硫化铊低频
光谱特性
光通量和压不变时,电流与入射光波长的关系. 器件对波的波长具有选择性. 可探测波长比其他光子探测器宽得多.
硅(红外)、硒(可见光)
结构:
由N型半导体(或金属)与P型半导体组成的PN结

传感器技术及应用第7章 光电式传感器图文模板

传感器技术及应用第7章 光电式传感器图文模板


光电管的灵敏度。





传 感 器 技 术 及 应 用

7
章 图7-2 光电管的伏安特性



图7-3 光电管的光照特

1—氧铯阴极光电管光照特性;

2—锑铯阴极的光电管光照特性





术 及 应 用
(3)光谱特性:由于光阴极对光谱有选择性,因此光 电管对光谱也有选择性。保持光通量和阴极电压不变, 阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。一 般对于光电阴极材料不同的光电管,它们有不同的红限 频率υ0,因此它们可用于不同的光谱范围。除此之外,







技 术
2)光敏电阻的主要参数
及 光敏电阻的主要参数有以下几个。
应 (1)暗电阻:光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电
用 阻,此时流过的电流称为暗电流。

(2)亮电阻:光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。 此时流过的电流称为亮电流。
7 章
(3)光电流:亮电流与暗电流之间的差值称为光电流。




图7-5 光电倍增管的光谱特性




技 术
7.2.2 内光电元件的原理与特性
及 1.光敏电阻
应 1)结构原理

光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制

成的光电器件。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器 件,使用时既可加直流电压,又可加交流电压。无光照
7
时,光敏电阻阻值(暗电阻)很大,电路中的电流(暗

光电式传感器及应用幻灯片PPT

光电式传感器及应用幻灯片PPT

2021/5/23
47
5.光电耦合器件
由发光元件(如发光二极管)和光电接 收元件合并使用,以光作为媒介传递信 号的光电器件。
发光元件通常是半导体的发光二极管, 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、 光敏三极管或光可控硅等。
根据其结构和用途不同,又可分为用于 实现电隔离的光电耦合器和用于检测有 无物体的光电开关。
表面有电子逸出,入射光的频率ν要大于 某一最低限度,否则当hν小于A时,不
管光通量有多大,都不可能有电子逸出,
这个最低限度的频率称为红限。当hν大 于A时,光通量越大,逸出的电子数目也 越多,光电流Iφ就越大。
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10
光电管符号及测量电路
光电管正常工作时,阳极电位高于阴极 电位。
在入射光频率大于“红限”的前提下, 当光电管阳极加上适当电压(几十伏) 时,从阴极表面逸出的电子被具有正电 压的阳极所吸引,在光电管中形成电流, 称为光电流。
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45
光电池和光谱特性曲线 1—硅光电池 2—硒光电池
硅光电池的光电特性 1—开路电压特性曲线 2—短路电流特性曲线
光电池的温度特性
光电池的频率特性
(3)短路电流的测量
光电池短路电流测量电路
Uo= -UR f = -I Rf
该电路的输出电压Uo与光电流I 成正比,从
而达到电流/电压转换关系。
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11
光电倍增管
光电倍增管是把微弱的光输入转换成电 子,并使电子获得倍增的电真空器件。
它有放大光电流的作用,灵敏度非常高, 信噪比大,线性好,多用于微光测量。 光电倍增管由两个主要部分构成:阴极 室和若干光电倍增极组成的二次发射倍 增系统

8光电式传感器 .ppt

8光电式传感器 .ppt

二、光电器件
光信号→电信号
1、外光电效应应用器件
光电管
A
A
A——阳极,K——阴极
K到适当波长的光线照射时发射电子,中央带正 电的阳极吸引从阴极上逸出的电子,这样在光电管内就有电 子流,在外电路中便产生电流。
伏安特性
第七章 光电式传感器
入射光的频谱及光通量一定时,阳极 电流与阳极电压之间的关系。
Mn
所以
I in
式中,i为光电阴极的光电流
第七章 光电式传感器
几种光电倍增管的外形
第七章 光电式传感器
2、内光电效应应用器件:
光敏电阻 • 结构
一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越 好, 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏 电值阻在的几暗千电欧阻以值下用一。半般导在体兆材欧料量制级成, 亮电阻
暗电阻 暗电流 亮电阻 亮电流 光电流
第七章 光电式传感器
光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时,光生 电子—空穴 对增加,阻 值减小,电 流增大。
2021/4/1
暗电流(越小越好)
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第七章 光电式传感器
光敏晶体管(二极管、三极管),有极性:
光照射——光电子空穴对——光生载流子 ——内建电场作用——光电流——PN结反向导通
在没有光照射时,反向电
光子的轰击,物体中的电子吸收入射光子的能量,而发生相 应的效应(如发射电子、电导率变化或产生电动势)。
第七章 光电式传感器
光电效应按原理又分为以下3种:
1、外光电效应:在光照作用下,物体内电子逸出 物体表面,形成光电流。
光子能量被电子吸收后,能量转化为电子逸出功
A0和动能,即:
Ek 12mv02 hf A0
N

光电式传感器和光纤传感器幻灯片PPT

光电式传感器和光纤传感器幻灯片PPT

3.光敏二极管的应用
1)光电路灯控制电路
2)光强测量电路
二. 光敏三级管 光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的光电 流大几十至几百倍,但相应速度较二极管差。 1.工作原理与结构
基极开路,集电极与发射极之间加正电压。当光照射在集电 结上时, 在结附近产生电子-空穴对, 电子在结电场的作用下, 由P区向N区运动,形成基极电流,放大β倍形成集电极电流 (光电流), 所以光电三极管有放大作用。
2.光敏三极管的基本特性
1)光谱特性与伏安特性 光谱特性与二极管相同, 伏安特性如图。
2)温度特性与光照特 性 温度特性与光敏二极管
相同,光照特性如图
3.光敏三极管的应用
1.脉冲编码器
2.转速传感器
7.2 CCD图像传感器
固态图像传感器按其结构可分为三类:电荷 耦合器件(简称CCD)、MOS图像传感器 (简称SSPA)和电荷注入器件(简称CID)。 目前,前两种用得较多。广泛用于图像传输 与识别。例如,摄像机、数码照相机、扫描 仪、复印机和机器人的眼睛等。 在本节中仅说明CCD图像传感器的工作原理 与特性
1 fm 2 f0
3.暗电流
暗电流起因于热激发产生的电子-空穴 对,是缺陷产生的主要原因。CCD器件 暗电流越小越好。
4.灵敏度
图象传感器的灵敏度是指单位发射照度下,单 位时间、单位面积发射的电量,即
S Nsq HAt
式 中 : H为 光 像 的 发 射 照 度 A为 单 位 面 积 Ns为t 时间内上能收集的子载数流 q为 电 数 , 单 位m为A/W
2)光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产 生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基 于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。

《传感器技术与应用》课件第七章 光电式传感器

《传感器技术与应用》课件第七章 光电式传感器

2020/2/9
2
7.1 光电传感器
7.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。
光子是具有一定能量的微粒,是以光速
运动的粒子流。每一个光子都具有一定
的能量,它的能量大小E与其频率 成正
比。
E

h

hc

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7.1.1 光电效应
2020/2/9
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(1)光敏电阻的原理和结构。
光敏电阻受到光照时,由于内光电效应,因
而其导电性能增强而电阻R0值下降,所以流
过负载电阻RL的电流
半导体
及其两端电压会发生变
电极
化。一般而言,光线越
强,电流越大。当光照
停止时,光电效应会立
玻璃底板
即消失,电阻又恢复原
值。
VCC
检流计
2020/2/9
2020/2/9
28
(2)光敏晶体管的基本特性。
① 光谱特性。
100
相对灵敏度 (%)
80


60
40

20
0
0.4 0.8 1.2 1.6 2
入射光波长(µm)
2020/2/9
29
电流 mA 电流 mA
② 伏安特性
0.10
1200 1x 0.08
0.06
1000 1x
0.04
800 1x
式为 Er aE0
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49
7.2.1 红外辐射的基本定律
3 、维恩位移定律 热辐射发射的电磁波中包含着各种
波长。物体峰值辐射波长 与物体的自 身的绝对温度 成反比,即

《光电式传感器讲》PPT课件

《光电式传感器讲》PPT课件
565,680 900 920
材料 CuSe-ZnSe ZnxCd1-xTe GaAs1-xPx
InPxAs1-x InxGa1-xAs
波长/nm 400~630 590~830 550~900 910~3150 850~1350
发光二极管的光谱特性如图所示。图中砷磷化镓 曲线有两根,这是因为其材质成分稍有差异而得到不
c
hc Eg
价带
价电子所占能带
基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
2).光生伏特效应:在光作用下能使物体产生一定方 向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二 极管、三极管。
① 势垒效应(结光电效应)
光照射PN结时,若h≧Eg,使价带中的电子跃迁
到导带,而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用
7.1 概 述 1 光的特性 光波是波长为10~106nm的电磁波。
紫外光 可见光
红外光
10 nm 380 nm 780 nm
1000,0Байду номын сангаас0 nm
性质:光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和
吸收等性质。
1905年,爱因斯坦提出了光
子假设:光在空间传播时,
是不连续的,也具有粒子性,
即一束光是一束以光速运动
(3)液体激光器 种类:螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激 光器,其中较为重要的是有机染料激光器。它的最大 特点是发出的激光波长可在一段范围内调节,而且效 率也不会降低,因而它能起着其他激光器不能起的作 用。
(4)半导体激光器 与前几种相比出现较晚,其成熟产品是砷化镓激光 器。特点:效率高、体积小、重量轻、结构简单, 适宜在飞机、军舰、坦克上应用以及步兵随身携带。 其缺点是输出功率较小。目前半导体激光器可选择 的波长主要局限在红光和红外区域。

第7章 光电式传感器[168页]

第7章  光电式传感器[168页]
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏 度高、使用寿命长、体积小等优点,所以应用广泛。
此外许多光敏电阻对红外线敏感,适宜于红外线光 谱区工作。
光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不 齐,并且由于光照特性的非线性,不适宜于测量要求线 性的场合,常用作开关式光电信号的传感元件。
(2) 光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方 向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件 有光电池。
7.1.1 光敏电阻
1. 光敏电阻的结构与工作原理
光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光
电器件,其常用的材料有硫化镉(CdS)、硫化铅(PbS)、锑
化铟(InSb)等。
生。
为使光电流为零,必须加负的截止电压
2. 内光电效应
在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动 势的效应称为内光电效应。
内光电效应又可分为以下两类:
(1) 光电导效应 在光线作用下,对于半导体材料吸收了 入射光子能量, 若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度, 就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增 加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于 这种效应的光电器件。
根据能量守恒定理
hv
1 2
mv02
A0
式中:m——电子质量;
v0—电子逸出速度。
该式为爱因斯坦光电效应方程式, 由式可知:
★光子能量必须超过逸出功A0,才能产生光电子;
★入射光的频谱成分不变,产生的光电子与v02
,因此对于
外光电效应器件,即使不加初始阳极电压,也会有光电流产
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称 为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。

传感器(第6版) PPT课件第7章

传感器(第6版) PPT课件第7章

第二节 光电器件
一、热探测器 原理及特点:基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器, 它的突出优点是能够接收超低能量的光子,具有宽广和平坦的光谱响应, 尤其适用于红外的探测。 种类:测辐射热电偶、测辐射热敏电阻和热释电探测器。 1、测辐射热电偶 与常规热电偶相似,只是在电偶的一个接头上增加光吸收涂层,当 有光线照射到涂层上,电偶接头的温度随之升高,造成温差电势。 2、测辐射热敏电阻 用热敏电阻代替了热电偶,当有光线照射到涂层上,首先引起温度 的变化,热敏电阻再将温度转化为电阻值的变化。
第一节 光源
四、激光器 激光产生的过程: ➢某 些 物 质 的 分 子 、 原 子 、 离 子 吸 收 外 界 特 定 能 量 ( 如 特 定 频 率 的 辐 射),从低能级跃迁到高能级上(受激吸收); ➢如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数,就形成了粒子数反 转,在特定频率的光子激发下,高能粒子集中地跃迁到低能级上,发射 出与激发光子频率相同的光子(受激发射); ➢由于单位时间受激发射光子数远大于激发光子数,因此上述现象称为 光的受激辐射放大。 ➢具有光的受激辐射放大功能的器件称为激光器。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
传 感 器(第6版)
哈尔滨工业大学 唐文彦 主编
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第七章 光电式传感器
第一节 光源 第二节 光电器件 第三节 电荷耦合器件和位置敏感器件 第四节 光纤传感器 第五节 光栅式传感器 第六节 激光式传感器
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第七章 光电式传感器
波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线
第一节 光源
红外线:波长780—106nm 波长3μm(即3000nm)以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。
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为了实现能级的跃迁,入射光的能量必须大于光电导材料的
禁带宽度Eg,即
h hc Eg
2、 光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫
做光生伏特效应(器件:光电池和光敏二极管、光敏三极管)。
①势垒效应(结光电效应)
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
光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 /2。
基于外光电效应的光电器件:光电管、光电倍增管
第二节 光电效应与光电器件 一、外光电效应
二、内光电效应 三、1基、本光概电导念效应 四、2外、光光电生伏效特应效器应件
五、内光电效应器件
六、应用举例
二、内光电效应
当光照射在物体上,使物体的电阻率ρ发生 变化,或产生光生电动势的现象叫做内光电效应。
1、 光电导效应 在光线作用,电子吸收光子能量从键合状态
过渡到自由状态,而引起材料电导率的变化,这 种现象被称为光电导效应。(器件:光敏电阻)
导带
自由电子所占能带
Eg
禁带
价带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
当光照射到光电导体上时,若这个光电导体为本征半导体材料, 且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导 带上去,从而使导带的电子和价带的空穴增加,使光导体的电 导率变大。
低压汞灯的辐射波长为254nm,钠灯的辐射波长为 589nm,可被用作单色光源。
光谱灯涂以荧光剂,由于光线与涂层材料的作用, 荧光剂可以将气体放电谱线转化为更长的波长,通过 对荧光剂的选择可以使气体放电发出某一范围的波长, 如照明日光灯。气体放电灯消耗的能量为白炽灯1/2-1 /3。
3、发光二极管(LED—Light Emitting Diode)
入射光成分不变,产生的光电流与光强成正比。即光强愈大, 意味着入射光子数目越多,逸出的电子数也就越多。
光电子能否产生,取决于光电子的能量是否大于该物体的表面 电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功,即每一个物体都 有一个对应的光频阈值,称为红限频率或波长限。光线频率低于 红限频率,光子能量不足以使物体内的电子逸出,因而小于红限 频率的入射光,光强再大也不会产生光电子发射;反之,入射光 频率高于红限频率,即使光线微弱,也会有光电子射出。
1926年,美国物理学家刘 易斯把这一名词改称为“光 子”,沿用至今。
每个光子的能量:
E h
h—普朗克常数,6.626×10-34J·s; ν—光的频率(s-1)
3108m/s
可以看出光的波长越短,频率越高,光 子能量也越大。
爱因斯坦光电方程:
hv 12mv02 A0
m—电子质量;v0—电子逸出速度。
红外线:波长780—106nm
波长3μm(即3000nm)以下的称近红外线
波长超过3μm 的红外线称为远红外线
二、光源(发光器件)
1、白炽光源 最为普通的是用钨丝通电加热作为光辐射源。
一般白炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围:320 nm~2500 nm, 所以任何光敏元
件都能和它配合接收到光信号。 特点:寿命短而且发热大、效率低、动态特性
差,但对接收光敏元件的光谱特性要求不高,是可 取之处。
2、气体放电光源 利用电流通过气体产生发光现象制成的灯
即气体放电灯。
光谱是不连续的,光谱与气体的种类及放 电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材 料和放电电流大小,可得到主要在某一光谱范 围的辐射。
汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪 器中常用的光源,统称为光谱灯。
激光器种类繁多,按工作物质分类: 固体激光器(如红宝石激光器) 气体激光器(如氦-氖气体激光器、二氧化碳 激光器) 液体激光器(染料激光器)。 半导体激光(如砷化镓激光器)
一、外光电效应 二、内光电效应 三、基本概念
第二节 光电效应与光电器件 四、外光电效应器件 五、内光电效应器件 六、应用举例
传感器第七章光电式传感器文稿演示
一、光的特性
光波:波长为10—106nm的电磁波
紫外线
可见光
红外光线
10 nm 380 nm 780 nm
1000,000 nm
可见光:波长380—780nm
紫外线:波长10—380nm
波长300—380nm称为近紫外线
波长200—300nm称为远紫外线
波长10—200nm称为极远紫外线
构成:由半导体PN结构成。
+
特点:工作电压低、工作电流很小;抗冲击和 抗震性能好,可靠性高,寿命长;通过调制通 -
过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。
与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表:
材料 ZnS SiC GaP GaAs InP
LED材料
波长/nm
材料
340
CuSe-ZnSe
480 565,680
1887年,首先是赫兹(M.Hertz)在证明波动理 论实验中首次发现的;
1902年,勒纳(Lenard)也对其进行了研究,指 出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量从表 面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释 ;
1905年,爱因斯坦提出了光子假设。
爱因斯坦光子假设:光 在空间传播时,是不连续的 ,也具有粒子性,即一束光 是一束以光速运动的粒子流 ,爱因斯坦把这些不连续的 量子称为“光量子”。
900 920
ZnxCd1-xTe GaAs1-xPx InPxAs1-x InxGa1-xAs
波长/nm 400~630 590~830 550~900 910~3150 850~1350
4、激光器 激光(Laser: Light amplification by stimulated emission of radiation)是20世纪60 年代出现的最重大科技成就之一。具有高方向性、 高单色性、高亮度和高的相干性四个重要特性。激 光波长一般从0.15μm到远红外整个光频波段范围。 X-射线激光器。
被测量 光 电 光信号的变化 测量 U I f
传感器
电路
➢ 定义:利用光电器件把光信号转换成电信号 (电压、电流、电阻等)的装置。
➢ 构成:光源、光学通路、光电元件。 ➢ 应用:光量变化的非电量; 能转换成光量变
化的其他非电量。 ➢ 特点:非接触;响应快;性能可靠。
一、 外光电效应
定义:在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的 现象称为外光电效应,亦称光电发射效应。
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