传感器原理与应用—光电式ppt课件
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性好、方向性强、亮度高、相干性好等特点。
2021/3/5
10
光电传感器的组成
二．光电器件
光电器件的作用是将光信号转变为电信号。光电器件的 基于光电效应工作的。
1. 光电效应及其典型器件
☎ 所谓光电效应是指物体吸收了光能后产生的电效应。
外光电效应
光电效应
光电导效应
2021/3/5
内光电效应 光生伏特效应
☻ 内光电效应：在光线照射下，物体内的电子不能逸出 物体表面，而使物体的电导率发生变化或产生光生电 动势的效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原 理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应。
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件
☫ 这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应 。
f —频 率
可 见 光 的 频 率波 愈长 高越 （短 即） ，量 光愈 子大 的。 能
2021/3/5
☻ “红限”：红限频0率 A h： ；红限波 0长 hA c：
h普 朗 克 常 c光 数速 ， A， 逸 出 功 12
光电传感器的组成
二．光电器件 1. 光电效应及其典型器件
(1) 外光电效应及器件
被测量
非电物理量
敏感元件
实际物体 或机械系统
各种实现机-电 转换传感器
电参量/电量
转换元件
导线
♣光电式传感器：
被测量
光信号
被测对象 被测介质、 /光调制器 空气或光导纤维
各种实现光-电 转换传感器
电参量/电量
光电器件
导线
光电传感器的特征是以光电器件作为转换元件。因
此，采用光电器件作为转换元件的传感器就统称为光
11
光电传感器的组成
二．光电器件 1. 光电效应及其典型器件
(1) 外光电效应（ Photoemissive Effect ）及器件
☻ 外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面
而产生光电子发射的现象。
☻ 光子能量：
每 个 光 子 的:能 h量 f 为
h—普 朗 克(常 6.6数 261034Js)
图5.10 光敏二极管的结构
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 c. 光敏三极管
2021/3/5
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光敏三极管的结构
2021/3/5
电式传感器。
2021/3/5
5
光电传感器的组成
一．光源
光是电磁波谱中的一员，不同波长光的分布如图所示。 其中光电式传感器主要使用的光的波长范围处在紫外至 红外之间的区域，一般为可见光和近红外光。
工程检测中的光源，可以由各种发光器件产生产生，也 可以是物体的辐射光。
☎ 利用物体在不同温度下的辐射光的强度和频谱特性不 同进行测温的方法，称为辐射测温法。
4. 激光光源
☎ 某些物质的分子、原子、离子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)。具有光的受激辐射放大功能的器件称为 激光器。如各种固体激光器、气体激光器、半导体激光器、 液体激光器等。
☎ 特点：激光是频率单纯、能量高度集中的光，激光具有单色
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 ☫ 基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管 和光敏三极管。
a. 光敏电阻（ Photoresistor ）
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光敏电阻的结构
图5.8 光敏电阻的结构
☎ 工程上常见的是人造光源，人造光源按其工作原理不 同，可分为热辐射光源、气体放电光源、电致发光光 源和激光光源。
2021/3/5
8
光电传感器的组成
一．光源
1. 热辐射光源
☎ 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。
例如钨丝白炽灯和卤钨灯。
☎ 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；
2021/3/5
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概述
光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光电器件 作为转换元件的传感器的总称。光电传感器可以 用来测量直接引起光量变化的其他非电量；也可 用来测量能转换成光量变化的其他非电量。
2021/3/5
4
概述
传统电测传感器与光电式传感器的区别：
♣传统电测传感器：
发热大；寿命短；易碎，电压高，使用有一定的危险。
2. 气体放电光源
☎ 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，
利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。气体放电光源
目前常用的有碳弧、低压水银弧、钠弧、氙弧灯等。
☎ 气体放电光源的光谱不连续，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的大小，
现代传感器
光电式传感器 光纤式传感器 数字式传感器 波与射线传感器 其他新型传感器
2021/3/5
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光电式传感器 应用示例：光电式烟雾报警器
(a) 透射式
(b) 反射式
图5.1 光电烟尘浓度报警器
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光电式传感器
概述 光电传感器的组成 光电传感器及其应用 新型光电器件
2021/3/5
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光敏电阻
当光敏电阻受到光 照时，阻值减小。
2021/3/5
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 b. 光敏二极管（反向偏置PN结）
2021/3/5
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光敏二极管的结构
2021/3/5
☻ 基于外光电效应的光电器件有光电管和光电倍增管。
a. 光电管（ Photoemissive Cell ）
b. 光电倍增管（ Photoemissive Multiplier ）
第一倍
第三
增极
倍增
入射光
极
阳极A
2021/3/5
阴极K
第二倍
第四倍
13
增极
增极
光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。
☎ 特点：效率高，省电，功率大；含有丰富的紫外线和频谱；
2021/3/5 容易污染环境，玻璃易碎，发光调制频率较低。
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光电传感器的组成
一．光源
电致发光光源
☎ 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光， 如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。
☎ 特点：体积小，属固体光源，耐振动；无辐射，无污染；功 耗低；寿命长；响应快；供电电压低；成本低。
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光电传感器的组成
二．光电器件
光电器件的作用是将光信号转变为电信号。光电器件的 基于光电效应工作的。
1. 光电效应及其典型器件
☎ 所谓光电效应是指物体吸收了光能后产生的电效应。
外光电效应
光电效应
光电导效应
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内光电效应 光生伏特效应
☻ 内光电效应：在光线照射下，物体内的电子不能逸出 物体表面，而使物体的电导率发生变化或产生光生电 动势的效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原 理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应。
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件
☫ 这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应 。
f —频 率
可 见 光 的 频 率波 愈长 高越 （短 即） ，量 光愈 子大 的。 能
2021/3/5
☻ “红限”：红限频0率 A h： ；红限波 0长 hA c：
h普 朗 克 常 c光 数速 ， A， 逸 出 功 12
光电传感器的组成
二．光电器件 1. 光电效应及其典型器件
(1) 外光电效应及器件
被测量
非电物理量
敏感元件
实际物体 或机械系统
各种实现机-电 转换传感器
电参量/电量
转换元件
导线
♣光电式传感器：
被测量
光信号
被测对象 被测介质、 /光调制器 空气或光导纤维
各种实现光-电 转换传感器
电参量/电量
光电器件
导线
光电传感器的特征是以光电器件作为转换元件。因
此，采用光电器件作为转换元件的传感器就统称为光
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光电传感器的组成
二．光电器件 1. 光电效应及其典型器件
(1) 外光电效应（ Photoemissive Effect ）及器件
☻ 外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面
而产生光电子发射的现象。
☻ 光子能量：
每 个 光 子 的:能 h量 f 为
h—普 朗 克(常 6.6数 261034Js)
图5.10 光敏二极管的结构
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 c. 光敏三极管
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光敏三极管的结构
2021/3/5
电式传感器。
2021/3/5
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光电传感器的组成
一．光源
光是电磁波谱中的一员，不同波长光的分布如图所示。 其中光电式传感器主要使用的光的波长范围处在紫外至 红外之间的区域，一般为可见光和近红外光。
工程检测中的光源，可以由各种发光器件产生产生，也 可以是物体的辐射光。
☎ 利用物体在不同温度下的辐射光的强度和频谱特性不 同进行测温的方法，称为辐射测温法。
4. 激光光源
☎ 某些物质的分子、原子、离子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)。具有光的受激辐射放大功能的器件称为 激光器。如各种固体激光器、气体激光器、半导体激光器、 液体激光器等。
☎ 特点：激光是频率单纯、能量高度集中的光，激光具有单色
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 ☫ 基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管 和光敏三极管。
a. 光敏电阻（ Photoresistor ）
2021/3/5
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光敏电阻的结构
图5.8 光敏电阻的结构
☎ 工程上常见的是人造光源，人造光源按其工作原理不 同，可分为热辐射光源、气体放电光源、电致发光光 源和激光光源。
2021/3/5
8
光电传感器的组成
一．光源
1. 热辐射光源
☎ 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热辐射光源。
例如钨丝白炽灯和卤钨灯。
☎ 特点：光谱线较丰富，包含可见光与红外光；发光效率低；
2021/3/5
3
概述
光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光电器件 作为转换元件的传感器的总称。光电传感器可以 用来测量直接引起光量变化的其他非电量；也可 用来测量能转换成光量变化的其他非电量。
2021/3/5
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概述
传统电测传感器与光电式传感器的区别：
♣传统电测传感器：
发热大；寿命短；易碎，电压高，使用有一定的危险。
2. 气体放电光源
☎ 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光，
利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。气体放电光源
目前常用的有碳弧、低压水银弧、钠弧、氙弧灯等。
☎ 气体放电光源的光谱不连续，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的大小，
现代传感器
光电式传感器 光纤式传感器 数字式传感器 波与射线传感器 其他新型传感器
2021/3/5
1
光电式传感器 应用示例：光电式烟雾报警器
(a) 透射式
(b) 反射式
图5.1 光电烟尘浓度报警器
2021/3/5
2
光电式传感器
概述 光电传感器的组成 光电传感器及其应用 新型光电器件
2021/3/5
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光敏电阻
当光敏电阻受到光 照时，阻值减小。
2021/3/5
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光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
① 光电导效应（ Photoconduction Effect ）及器件 b. 光敏二极管（反向偏置PN结）
2021/3/5
18
光敏二极管的结构
2021/3/5
☻ 基于外光电效应的光电器件有光电管和光电倍增管。
a. 光电管（ Photoemissive Cell ）
b. 光电倍增管（ Photoemissive Multiplier ）
第一倍
第三
增极
倍增
入射光
极
阳极A
2021/3/5
阴极K
第二倍
第四倍
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增极
增极
光电传感器的组成
二．光电器件
(2) 内光电效应及器件
可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。
☎ 特点：效率高，省电，功率大；含有丰富的紫外线和频谱；
2021/3/5 容易污染环境，玻璃易碎，发光调制频率较低。
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光电传感器的组成
一．光源
电致发光光源
☎ 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光， 如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。
☎ 特点：体积小，属固体光源，耐振动；无辐射，无污染；功 耗低；寿命长；响应快；供电电压低；成本低。