《光电式传感器》PPT课件 (2)
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（１） 暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 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。
（３） 光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。
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18
4． 光敏电阻的基本特性 （1） 伏安特性：在一定照度下, 流过光敏电阻的电
流与光敏电阻两端的电压的关系
第七章 光电式传感器
光电式传感器的工作原理是：首先把被测 量的变化转换成光信号的变化，然后通过
光电转换元件变换成电信号。
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1
第一节 光源
一、热辐射光源 二、气体放电光源 三、电致发光器件－－发光二极管 四、激光器
1.气体激光器 2.固体激光器 3.半导体激光器
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2
第二节 光电器件
一、
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。 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, 也可以加交流电压。无光照时, 光敏 电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。
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15
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻 值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 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。 实际光敏电阻的暗电 阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
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5
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6
光电倍增管
由于真空光电管的灵敏度较低，因此人们便 研制了光电倍增管，其工作原理如下图。
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7
光电池
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。 光电 池在有光线作用下实质就是电源, 电路中有了这种器件就不 需要外加电源。
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。 它实质上 是一个大面积的PN结, 当光照射到PN结的一个面, 例如p型面 时, 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 那么p型区每吸 收一个光子就产生一对自由电子和空穴, 电子空穴对从表面 向内迅速扩散, 在结电场的作用下, 最后建立一个与光照强度 有关的电动势。
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13
(2) 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和 短路电流随温度变化的情况。 开路电压随温度升高而下降的速度较快, 短路电流随温度升高而缓慢增加。 把光电池作为测量器件应用时, 应保证温度恒定 或采取温度补偿措施。
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14
（二）光电导探测器
采用半导体材料并利用内光电效应组成，在光线作用下其 电阻值变小。这种现象称为光导效应，具有光导效应的材 料称为光敏电阻，也叫光导管。
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16
2.光敏电阻的结构
它是涂于玻璃底板上的 一薄层半导体物质, 半导 体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相 连接, 光敏电阻就通过引 出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响, 在半导体光敏层上覆
盖了一层漆膜, 漆膜的成分应使它在光敏层最敏
感的波长范围内透射率最大。
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17
3． 光敏电阻的主要参数
光电器件的作用是将光信号转变为电电信号。 其 工作的物理基础是光电效应。
h R g
h E
内光电效应：光作 用，使光电器件的 电阻率变化。
器件：光敏电阻。
Hale Waihona Puke Baidu
阻挡层光电效应：光作用，使光 电器件产生一定方向的电动势。
器件：光电池，光敏二极管、光 敏三极管。
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3
光电器件按探测原理分为：热探测型和光子探测型
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8
光电池工作原理图
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9
uA
输出电流
mV
输出电压
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10
光电池的基本特性 （１）光照特性
反映短路电流、开路电压与光照度的关系。
光照度定义为电位面积上所接收的光的辐射能 通量。单位勒克斯。Lx (W/m2) 短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系,光电池 工作于短路电流状态，可做检测元件。
V 0 钟对此口查询1次，为高电平， 9013 计数一次，为低电平，不计
数。1天查询720次。
H N 24(h) 720
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20
（3） 光谱特性（Kr%～ ）
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为
光谱特性。 亦称为光谱响应。
Kr%I0Im 0 ax10% 0
①不同材料，其峰值波长不同。
一、热探测器： 基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器 （一）测辐射热电偶 （二）测辐射热敏电阻 （三）热释电探测器 二、光子探测器
基于一些物质的光电效应 光子的能量与频率的关系为
E hf
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4
（一）光电发射探测器 光电管结构
在一个真空泡内装有两个电 极：光电阴极和光电阳极。 光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料涂敷在玻璃泡内 壁上做成，其感光面对准光 的照射孔。当光线照射到光 敏材料上，便有电子逸出， 这些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，在外电路就产 生电流。
①一定光照，R一定，I正比于U。 ②一定电压，I随着光照E增强而增大。
E↑→R↓→I↑。
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19
(2) 光照特性（I～E）
光敏电阻的光照特性为非线性，不宜作检测元 件，主要用于自动控制中。
如光照度计：农作物日照时数测定。
Rw
A RG
无光照V0=VL 。有光照V0=VH。
RC
输出接单片机的I/O口，每2分
开路电压（负载电阻RL无限大时）与光照度的关 系是非线性的, 并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。
光电池工作于开路电压状态，可做开关元件。
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11
自动干手器
～ 12V J1 M
2A
51K 4001
J
470uf
39
L
9012
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12
手放入干手器时，手遮住灯泡发出的光，光电 池不受光照，晶体管基极正偏而导通，继电器 吸合。风机和电热丝通电，热风吹出烘手。手 干抽出后，灯泡发出光直接照射到光电池上， 产生光生电动势，使三极管基射极反偏而截止， 继电器释放，从而切断风机和电热丝的电源。
②同一种材料，对不同波长的入射光，其相 对灵敏度不同，响应电流不同。
应根据光源的性质，选择合适的光电元件，
（匹配）使光电元件得到较高得相对灵敏度。
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21
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22
（4） 温度特性
温度变化影响光敏电阻的光谱响应。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线, 它的峰值 随着温度上升向波长短的方向移动。因此, 硫化铅光 敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。 对于可见光 的光敏电阻, 其温度影响要小一些。
（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。
（３） 光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。
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4． 光敏电阻的基本特性 （1） 伏安特性：在一定照度下, 流过光敏电阻的电
流与光敏电阻两端的电压的关系
第七章 光电式传感器
光电式传感器的工作原理是：首先把被测 量的变化转换成光信号的变化，然后通过
光电转换元件变换成电信号。
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1
第一节 光源
一、热辐射光源 二、气体放电光源 三、电致发光器件－－发光二极管 四、激光器
1.气体激光器 2.固体激光器 3.半导体激光器
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2
第二节 光电器件
一、
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。 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, 也可以加交流电压。无光照时, 光敏 电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。
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当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻 值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 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。 实际光敏电阻的暗电 阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
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光电倍增管
由于真空光电管的灵敏度较低，因此人们便 研制了光电倍增管，其工作原理如下图。
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光电池
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。 光电 池在有光线作用下实质就是电源, 电路中有了这种器件就不 需要外加电源。
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。 它实质上 是一个大面积的PN结, 当光照射到PN结的一个面, 例如p型面 时, 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 那么p型区每吸 收一个光子就产生一对自由电子和空穴, 电子空穴对从表面 向内迅速扩散, 在结电场的作用下, 最后建立一个与光照强度 有关的电动势。
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(2) 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和 短路电流随温度变化的情况。 开路电压随温度升高而下降的速度较快, 短路电流随温度升高而缓慢增加。 把光电池作为测量器件应用时, 应保证温度恒定 或采取温度补偿措施。
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（二）光电导探测器
采用半导体材料并利用内光电效应组成，在光线作用下其 电阻值变小。这种现象称为光导效应，具有光导效应的材 料称为光敏电阻，也叫光导管。
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2.光敏电阻的结构
它是涂于玻璃底板上的 一薄层半导体物质, 半导 体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相 连接, 光敏电阻就通过引 出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响, 在半导体光敏层上覆
盖了一层漆膜, 漆膜的成分应使它在光敏层最敏
感的波长范围内透射率最大。
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3． 光敏电阻的主要参数
光电器件的作用是将光信号转变为电电信号。 其 工作的物理基础是光电效应。
h R g
h E
内光电效应：光作 用，使光电器件的 电阻率变化。
器件：光敏电阻。
Hale Waihona Puke Baidu
阻挡层光电效应：光作用，使光 电器件产生一定方向的电动势。
器件：光电池，光敏二极管、光 敏三极管。
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光电器件按探测原理分为：热探测型和光子探测型
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光电池工作原理图
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uA
输出电流
mV
输出电压
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光电池的基本特性 （１）光照特性
反映短路电流、开路电压与光照度的关系。
光照度定义为电位面积上所接收的光的辐射能 通量。单位勒克斯。Lx (W/m2) 短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系,光电池 工作于短路电流状态，可做检测元件。
V 0 钟对此口查询1次，为高电平， 9013 计数一次，为低电平，不计
数。1天查询720次。
H N 24(h) 720
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（3） 光谱特性（Kr%～ ）
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为
光谱特性。 亦称为光谱响应。
Kr%I0Im 0 ax10% 0
①不同材料，其峰值波长不同。
一、热探测器： 基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器 （一）测辐射热电偶 （二）测辐射热敏电阻 （三）热释电探测器 二、光子探测器
基于一些物质的光电效应 光子的能量与频率的关系为
E hf
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4
（一）光电发射探测器 光电管结构
在一个真空泡内装有两个电 极：光电阴极和光电阳极。 光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料涂敷在玻璃泡内 壁上做成，其感光面对准光 的照射孔。当光线照射到光 敏材料上，便有电子逸出， 这些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，在外电路就产 生电流。
①一定光照，R一定，I正比于U。 ②一定电压，I随着光照E增强而增大。
E↑→R↓→I↑。
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(2) 光照特性（I～E）
光敏电阻的光照特性为非线性，不宜作检测元 件，主要用于自动控制中。
如光照度计：农作物日照时数测定。
Rw
A RG
无光照V0=VL 。有光照V0=VH。
RC
输出接单片机的I/O口，每2分
开路电压（负载电阻RL无限大时）与光照度的关 系是非线性的, 并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。
光电池工作于开路电压状态，可做开关元件。
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11
自动干手器
～ 12V J1 M
2A
51K 4001
J
470uf
39
L
9012
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手放入干手器时，手遮住灯泡发出的光，光电 池不受光照，晶体管基极正偏而导通，继电器 吸合。风机和电热丝通电，热风吹出烘手。手 干抽出后，灯泡发出光直接照射到光电池上， 产生光生电动势，使三极管基射极反偏而截止， 继电器释放，从而切断风机和电热丝的电源。
②同一种材料，对不同波长的入射光，其相 对灵敏度不同，响应电流不同。
应根据光源的性质，选择合适的光电元件，
（匹配）使光电元件得到较高得相对灵敏度。
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（4） 温度特性
温度变化影响光敏电阻的光谱响应。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线, 它的峰值 随着温度上升向波长短的方向移动。因此, 硫化铅光 敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。 对于可见光 的光敏电阻, 其温度影响要小一些。