最新09第九章光电式传感器
光电式传感器
-20 ºC 3.0 4.0 λ/μm
21
常用光敏电阻旳性能参数
给出常用国产MG型光敏电阻旳性能参数
表2.5（1）
常用旳光敏电阻器型号有密封型旳MG41、MG42、MG43和非密封型旳MG45（售22价便 宜）。它们旳额定功率均在200mW下列。
② 光敏晶体管
广泛应用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、控制伺服电 机转速旳检测、光电读出装置等场合。
根据能量守恒定理
h
1 2
m02
A
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光旳频率（s-1）
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
可见：光电子能否产生，取决于光子旳能量是否不小于该物体旳表面逸出功。
h A
hc A
1.239 A
m
0
即入射光波长不大于波长限
光敏二（三）极管存在一种最佳敏捷度旳峰值波长。当入射光旳波长增长时， 相对敏捷度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光旳 波长缩短时，相对敏捷度也下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收， 而且在表面激发旳电子空穴对不能到达PN结，因而使相对敏捷度下降。01.239 A Nhomakorabeam
时才干产生外光电效应 6
光电管
光电管是装有光阴极和阳极旳真空玻璃管，其阴极受到合适旳光照后发 射光电子，这些光电子被具有一定电位旳阳极吸引，并在管内形成空间 电子流，称为光电流。 此时若光强增大，轰击阴极旳光子数增多，单位时间内发射旳光电子数 也就增多，光电流变大。 在光电管旳外电路上接合适电阻，电阻上旳电压降将和管内空间电流成 正比，或与照射到光电管阴极上旳光有函数关系，从而实现光电转换。
传感器教程9光电式传感器课件
光电式传感器在医疗设备中的应用
光电式传感器在医疗设备中主 要用于检测生理参数，如血压 、脉搏、血氧饱和度等。
它们能够实现无创、无痛、连 续监测，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器还具有小型化、 便携化和低功耗等特点，方便 在移动医疗设备中使用。
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，从而实现对物理量的检测 和测量。
光电式传感器通常由光敏元件和辅助电路组成。当光敏元件受到光照时，会产生 电信号，该信号经过辅助电路的处理和放大，最终输出可用的电信号。
光电式传感器分类
光电式传感器有多种分类方式，常见 的有根据工作方式、测量对象和应用 领域等分类。
光电式传感器的制作材料与工艺
材料
常用的制作材料包括硅、锗、硒 等半导体材料，这些材料具有光 电效应，能够将光信号转换为电 信号。
工艺
制作工艺主要包括薄膜沉积、光 刻、腐蚀等微电子技术，这些技 术能够制造出高精度的光电式传 感器。
光电式传感器的封装与测试
封装
封装的主要目的是保护传感器免受环 境的影响，同时提供方便的接口，以 便将传感器连接到电路中。
拓展应用领域 通过研究和开发新的光电式传感 器应用领域，如生物医学、环境 监测等，拓展其应用范围。
降低成本
通过优化制造工艺和使用更低成 本的材料，降低光电式传感器的 制造成本，使其更具有市场竞争 力。
增强抗干扰能力
通过改进光学系统和信号处理算 法，提高光电式传感器的抗干扰 能力，使其在复杂环境下也能够 稳定工作。
在医疗设备领域，光电式传感器主要 用于检测生理参数，如血压、脉搏、 血氧饱和度等，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
《光电式传感器》PPT课件
.
1
引言
光电式传感器是把被测物理量的变化先转换成 光信号的变化，然后再通过光电转换元件把光 信号变换成电信号的一种传感器。光电式传感 器的测量方法灵活多样，并且具有使用方便、 非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应 快等一系列优点，因而发展十分迅速，而且随 着激光、光栅、光导纤维、CCD等器件的相继 问世，光电传感器在检测及自动控制领域中得 到了更广泛的应用。
.
15
光敏电阻
当光敏电阻受 到光照时， 阻值减 小。
2020/12/6
.
16
（2）光敏电阻的基本特性和主要 参数。
光敏电阻的伏安特性。
I(mA)
6 5 4 3 2 1
0
硫化铅 硫化铊 UV
50 100
光敏电阻的伏安特性
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.
17
光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光谱特性 。
2020/12/6
12
9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1）倍增系数M。
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
2020/12/6
25 50 75 100 125 150
.
极 间 电 压 （ V）
13
1．光敏电阻
光敏电阻又称光导管，是一种均质半导 体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响 应范围宽、体积小、重量轻、机械强度 高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和 寿命长等特点
2020/12/6
.
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
0.8
.
1.0 波长(m)
9
9.1.2 外光电效应器件
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
光电式传感器的工作原理
光电式传感器的工作原理光电式传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，广泛应用于自动控制、仪器仪表、光电子技术等领域。
本文将介绍光电式传感器的工作原理及其应用。
一、光电式传感器的概述光电式传感器是一种以光电效应为基础的传感器，通过元件内的光电效应来感知光信号，并将其转化为电信号进行处理。
光电式传感器通常由光源、敏感元件和信号处理部分组成。
二、光电式传感器的工作原理基于光电效应的物理原理。
当光照射到光电式传感器的敏感元件上时，光子会与敏感元件中的电子发生作用，导致电子从原子中脱离，并形成电流。
这个过程可以通过光电效应来解释。
光电效应是指，当光照射到金属表面或半导体材料中时，光子的能量被传递给金属或半导体晶格内的电子，使其脱离原子而形成自由电子。
当光照射强度增加时，脱离的电子数量也会相应增加。
在光电式传感器中，敏感元件通常采用半导体材料。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会将部分半导体晶格中的电子激发，使其跃迁到导带中形成自由电子。
这些自由电子可以被电极收集，从而形成电流信号。
通过测量电流信号的强度，可以确定光信号的强度。
三、光电式传感器的应用光电式传感器具有快速、高精度、高灵敏度等特点，因此在多个领域得到了广泛应用。
1. 工业自动化控制：光电式传感器可以用来检测物体的位置、距离和速度，实现自动化控制系统中的精确定位和测量。
2. 光电检测：利用光电式传感器的灵敏度和快速响应特性，可以实现对透明物体、颜色或表面特性变化的检测，例如反射式光电传感器可用于检测物体的存在或缺失。
3. 光学通信：光电式传感器在光学通信领域中起着至关重要的作用，可以将光信号转化为电信号进行处理和传输。
4. 医疗设备：光电式传感器被广泛应用于医疗设备中，例如血氧监测仪和心率监测器等，用于监测患者的生理参数。
5. 环境监测：光电式传感器可以用于测量环境中的光照强度、光质量等指标，对气候变化、自然灾害等进行监测和预警。
四、总结光电式传感器是一种将光信号转化为电信号的重要工具。
《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
•（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。保持光通量和阳极电压不变，阳极电流与光波长之
间的关系叫光电管的光谱特性。如图9-4（d）所示。
9-4 (a)真空光电 管的伏安特性 (b) 充气光电管的伏安 特性
•光电倍增管的基本特性参数主要有以下几个方面：
•数（，1）它倍反增映系倍数增M极。收M集电c子n的效率。 ，其中 c为收集系
般是3~6。
•2.特性
•光电管的基本特性主要有以下几个方面：
•（1）光电特性
•
光电特性表示当阳极电压一定时，阳极电流I与入射在
阴极上光通量φ之间的关系。如图9-3（a）为真空光电管的
光电特性；图9-3（ b ）为充气光电管的光电特性。
•（2）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。如图9-4（c）所示。
图9-23 光敏电阻开 关电路
四、光敏晶体管的测量电路
图9-24所示为光敏三极管的开关电路。 VT1为光敏三极管，当有光照时， 光电流增加咀导通，作用到Vη和VT4组成的射极藕合放大器，使输出电压U 就为高电平，反之输出电压低电平，这样输出脉冲可送至计数器，以便进 行一些开关量如转速、时间间隔等量的测量。
•（4）光敏电阻的光谱特性 光敏电阻对于不同波长的入射 光，其相对灵敏度Kr是不同的。各种不同材料的光谱特性曲线 如图9-8所示。从图中可以看出，硫化镉的峰值在可见光区域， 而硫化铅的峰值在红外光区域，因此在选择光敏电阻时，应 当把元件和电源结合起来考虑，才能获得满意的结果。
•（5）光敏电阻的频率特性 在使用光敏电阻时，应当注 意它的光电流并不是随光强改变而立刻作相应的变化，而是 具有一定的惰性，图9-9为两种不同材料的光敏电阻的频率特 性，即相对灵敏度Kr与光强度变化频率间的关系曲线。 •（6）光敏电阻的光谱温度特性 如图9-10所示。
光电式传感器的应用课件
详细描述
光电式传感器可以用于机器人视觉系统中，以识别物体的 颜色和形状。例如，颜色传感器可以通过检测物体表面的 颜色来识别不同物体，而形状传感器则可以识别物体的轮 廓和特征。
总结词
实现导航和定位
总结词
实现人机交互
详细描述
光电式传感器可以用于实现人机交互，例如触摸传感器可 以检测人的触摸动作，而光敏传感器则可以检测人的手势 和动作。
医疗诊断
医疗设备检测
光电式传感器可以用于医疗设备 的检测与控制，提高医疗设备的 稳定性和安全性。
医学影像处理
光电式传感器可以用于医学影像 的获取和处理，为医生提供更准 确、更直观的诊断依据。
03
光电式传感器在工业自动化中的应用案例
光电式传感器在生产线上的应用
总结词
检测物体位置和运动速度
详细描述
详细描述：光电式传感器在气象观测中主要用于测量风速、风向、雨量等参数。 由于其精度高、稳定性好，能够为气象预报提供准确的数据支持。
光电式传感器在水质监测中的应用
总结词：实时监测
详细描述：光电式传感器可以实时监测水质的各项指标，如浊度、溶解氧、PH值等，为水质管理和保 护提供及时的信息。
光电式传感器在空气质量监测中的应用
光电式传感器在消防报警系统中的应用
总结词
光电式传感器在消防报警系统中具有 重要作用，能够及时检测到火灾并发 出警报，减少火灾损失。
详细描述
光电式传感器在消防报警系统中主要 用于烟雾探测器、火焰探测器等设备 ，能够及时检测到火灾并发出警报， 提醒人员及时疏散和采取灭火措施， 减少火灾损失。
光电式传感器在入侵检测系统中的应用
光电式传感器的应用课件
目
CONTENCT
CH9光电式传感器含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第9章光电式传感器一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、光电式传感器是利用（）把光信号转换成电信号。
A. 被测量B. 光电效应C. 光电管D. 光电器件8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅B.PN结C. 光电二极管D.MOS电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。
A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
光电式传感器工作原理
光电式传感器工作原理
首先，光电式传感器的光源发出一束光线，这个光源可以是LED、激光等光源。
光线穿过透镜，形成一个光斑，这个光斑照射在目标物体上。
当目标物体经过光斑时，光线被遮挡，光斑的亮度发生变化。
其次，光电元件接收到被遮挡后的光线，光电元件可以是光敏电阻、光敏二极
管等。
光电元件将接收到的光信号转换为电信号，其大小与光线的强度成正比。
当目标物体遮挡光线时，光电元件输出的电信号会发生变化。
最后，信号处理电路对光电元件输出的电信号进行放大、滤波、数字化处理，
最终输出一个数字信号。
这个数字信号可以被微处理器、PLC等设备接收并进行
进一步的处理，比如控制执行器的动作、显示检测结果等。
总的来说，光电式传感器的工作原理是利用光源发出光线，目标物体遮挡光线后，光电元件接收到的光信号发生变化，通过信号处理电路进行处理，最终输出一个数字信号。
光电式传感器具有检测速度快、精度高、寿命长等特点，广泛应用于工业自动化控制、物体计数、安全防护等领域。
在实际应用中，我们需要根据具体的检测要求选择合适的光源、光电元件和信
号处理电路，以及合适的安装位置和检测距离，从而确保光电式传感器能够准确可靠地工作。
同时，我们也需要注意保持光源和光电元件的清洁，避免灰尘或污物影响检测效果。
总之，光电式传感器是一种重要的工业自动化检测设备，它的工作原理简单明了，应用广泛。
通过了解光电式传感器的工作原理，我们可以更好地应用和维护这一类传感器，为工业生产和生活提供更好的服务。
传感器技术课件-光电式传感器
发射器和接收器的原理和作用
光电式传感器通常由发射器和接收器组成。发射器发出光信号，接收器接收被物体反射或透过的光信号， 并转换为电信号进行处理和分析。
发射器
发出特定波长的光，并通过透明或反射介质照 射到目标物体上。
接收器
接收被物体反射或透过的光信号，并将其转换 为电信号进行处理和分析。
光电式传感器的响应时间
光电式传感器的响应时间是指从接收到输入信号到输出信号变化的时间。快速响应时间对于实时控制 和测量非常重要。
1
短响应时间
光电式传感器通常具有快速的响应时间，能够即时检测和响应变化。
2
微秒级别
一些高速光电式传感器甚至能够在微秒级别的时间内完成响应。
3
应用领域
广泛应用于高速测量、快速反应控制和精确定位等领域。
用于气体检测、水质监测和灰尘控制。
光电式传感器的特点和优势
高精度
2 非接触式
可提供精确的测量和控制结果。
无需物理接触目标物体，减少磨损和污染。
3 快速响应
具有快速的感应和响应时间。
光电式传感器的原理图解
电路
传感器的工作原理以及与其他 电子设备的连接。
组成
传感器的核心组件和工作流程 的图解。
结构
传感器技术课件-光电式 传感器
本课件将介绍光电式传感器的工作原理、分类、应用场景以及特点和优势。 我们还将讨论光电式传感器的信号处理、响应时间、精度和灵敏度，以及常 见故障与解决方法。
传感器的基本原理
传感器通过感知环境中的物理量、化学量或生物量，并将其转换为可用的信号。基本原理包括电阻、 电容、磁性和光电效应等。
1
电阻
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 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。
Eh hc
3
9.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
第九章光电式传感器
9/4/2019
21
（1）光敏晶体管结构与工作原理
① 光敏二极管。
通常处于反向 偏置状态 。当 没有光照射时， 其反向电阻很 大，反向电流 很小，这种反 向电流称为暗 电流。
9/4/2019
1—负极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—正极引脚 6—N型衬底 7—SiO2保护圈 8—SiO2透明保护层 9—铝引出电极 10—P型扩散层 11—PN结 12—金属引出线
流。
9/4/2019
11
9.1.2 外光电效应器件
光电倍增管的主要参数
（1)倍增系数M。
（2)光电阴极灵敏度和光电倍增管的总 灵敏度。
放大倍数
106 105 104 103
9/4/2019
25 50 75 100 125 150 极间电压（V）
12
9.1.3 内光电效应器件
光电倍增管的主要参数
600 1x
0.02
400 1x
200 1x
0 -10 -20 -30 -40 -50
反向电压 V
(a)
9/4/2019
10 8
6
4 2
5004103x2000010x11xx100 1x
0 10 20 30 40 50
集电极-发射极电压 V
(b) 30
③光敏晶体管的光照特性
I (A)
3 2
⑤光敏晶体管的频率特性
相对灵敏度 (%)
100 80
60 40 20 0
1
RL =1 k
100 k 10 k
10
100
入射光调制频率 kHz
9/4/2019
33
.电池
第9章光电式传感器09-113页PPT精选文档
2、光电倍增管及其基本特性
（1）结构与工作原理：主要由光阴极、次阴极（倍增极） 以及阳极三部分组成。阳极是最后用来收集电子的，它输出 的是电压脉冲。光电倍增管是灵敏度极高、响应速度极快的 光探测器，其输出信号在很大范围内与入射光子数成线性关 系。
工作电路如右图所示：使用时在各个倍增 管上均加电压。阴极电压最低，从阴极开始， 各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高。 同时这些倍增电极用次级发射材料制成，这种 材料在具有一定能量的电子轰击下，能够产生 更多的“次级电子”。
（2）反射式光电传感器
①工作原理：将恒定光源发出的光投射到被测对 象上，用光电器件接受其反射光通量，反射光 通量的变化反映出被测对象的特性。
②应用：通过光通量变化的大小，可以反映出被 测物体的表面光洁度；通过光通量的变化频率， 可以反映出被测物体的转速。
（3）辐射式光电传感器 工作原理：利用光电器件接收被测对象辐 射能的强弱变化，光通量的强弱与被测参 量（例如温度）的高低有关。
光电器件工件的物理基础：光电效应。 光电效应分为：内光电效应、外光电效
应。
9.2.1 外光电效应型光电器件
当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子 的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的 光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它 的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间，这种现象 称为外光电效应。
光窗 （a)结构
Uo （b)测量电路
（2）外光电效应型光电器件主要性能：光电器件的 性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时 间、峰值探测率和温度特性等来描述。▲▲
①光电管的伏安特性 ：在一定的光照下，对光电器件的 阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电 管的伏安特性。
09第九章光电式传感器
第9章光电式传感器9.1概述光电式传感器是将光能转化为电能的传感器，称为光电器件，它的物理基础是光电效应；用光电式传感器测量非电物理量时，先将非电物理量的变化转换为光量的变化，再用光电式传感器进行测量；外光电效应：它是物体表面在光照时，有电子逸出物体表面的现象，其光电器件有光电管和光电倍增管；内光电效应：它是物体在光照时，其电阻发生变化的现象，其光电器件有光敏电阻；阻挡层光电效应（光伏效应）：它是物体在光照时，将产生一定方向电动势的现象，其光电器件有光电池、光敏晶体管；光电器件具有响应快、结构简单、可靠性咼等特点。
9.2光电管真空光电管原理:真空光电管伏安特性:充气光电管原理:充气光电管伏安特性:光通量电子轰击惰性气体电离产生大量正负带点粒子阳极：正电位吸引电离负电粒子，排斥正电粒子电流与光通量和电压都有关电流只与光通量有关与电压无关光通量光电导体光电倍增管原理:光电倍增管伏安特性与光电管的伏安特性基本相同9.3光敏电阻光敏电阻原理:光敏电阻结构原理:光敏电阻特点：光电阻无极性、灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定（老化以后）、光谱特性好（从紫外直到红外）、但性能受潮湿影响大，可以用玻璃密封解决。
光敏电阻的主要参数：暗电阻：室温和无光照条件下的电阻值，越大越好，一般为1M「~100IM」；亮电阻：室温和某一光照条件下的电阻值；越小越好，一般白昼约为1k】；暗电流：室温和无光照条件下通过的电流，与外加电压有关；光电流：亮电流减去暗电流，与外加电压有关，越大越好，它越大灵敏度越高。
光敏电阻的伏安特性：线性无饱和，但有功耗限制。
200100光敏电阻的光照特性:光敏电阻的光谱特性：光敏电阻对不同波长的光有不同的灵敏度。
光敏电阻的响应时间和频率特性：光敏电阻的响应时间一般为10~ 100ms,它与材料和光照强度有关，光照越强响应时间越短，频率特性越好。
Pn 结无光照时反向电流很小， Pn 结有光照时产生大量载流子，反 向电流随光通量变化而变化。
9光电式传感器12 共62页PPT资料
二、光电器件的特性参数 灵敏度K：表征光电器件输出信号能力的特征量
光电器件的输出信号电压VS与入射光功率PS之比，即 单位入射光功率作用下器件的输出信号电压：
K = V S / P S = V S / ( H A d )
光谱特性：描述光电器件的工作范围 某一种光电器件的灵敏度与入射波长的关系，称为 该光电器件的光谱特性 用不同辐射波长对某一器件的灵敏度描绘的曲线， 就是该器件的光谱特性曲线
阴极灵 敏度 (uA/lm)
40 30 40 30 60 40
阳极工 作电压
(V)
< 900 < 900 < 900 < 1000 < 1300 < 750
暗电流 (A)
< 8×10-9 < 6×10-9 < 8×10-9 < 1×10-7 < 5×10-8 < 2×10-9
环境 温度 (℃)
-40 - 40 -50 - 50 -40 - 50 -80 - 60 -40 - 40 -40 - 50
（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
加电压与阳极所产生的电流之间的关系称
为光电管的伏安特性。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
以GD-4型光电管为例，阴极是用锑铯材料
制成，对可见光范围的入射光灵敏度比较
高。适用于白光光源，被应用于各种光电
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09第九章光电式传感
器
第9章光电式传感器
9.1 概述
●光电式传感器是将光能转化为电能的传感器，称为光电器
件，它的物理基础是光电效应；
●用光电式传感器测量非电物理量时，先将非电物理量的变化
转换为光量的变化，再用光电式传感器进行测量；
●外光电效应：它是物体表面在光照时，有电子逸出物体表面
的现象，其光电器件有光电管和光电倍增管；
●内光电效应：它是物体在光照时，其电阻发生变化的现象，
其光电器件有光敏电阻；
●阻挡层光电效应（光伏效应）：它是物体在光照时，将产生
一定方向电动势的现象，其光电器件有光电池、光敏晶体
管；
●光电器件具有响应快、结构简单、可靠性高等特点。
9.2 光电管
●真空光电管原理：
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● 真空光电管伏安特性：
● 充气光电管原理：
● 充气光电管伏安特性：
阳极：正电位吸引电离负电粒子，排斥正电粒子
电子轰击惰性气体电离产生大量正负带点粒子
●光电倍增管原理：
●光电倍增管伏安特性与光电管的伏安特性基本相同。
9.3 光敏电阻
●光敏电阻原理：
●光敏电阻结构原理：
二次电子效应二次电子效应
二次电子效应
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● 光敏电阻特点：光电阻无极性、灵敏度高、体积小、重量轻、性能稳定（老化以后）、光谱特性好（从紫外直到红外）、但性能受潮湿影响大，可以用玻璃密封解决。
● 光敏电阻的主要参数：
✧ 暗电阻：室温和无光照条件下的电阻值，越大越好，一般为ΩΩM M 100~1；
✧ 亮电阻：室温和某一光照条件下的电阻值；越小越好，一般白昼约为Ωk 1；
✧ 暗电流：室温和无光照条件下通过的电流，与外加电压有关；
✧ 光电流：亮电流减去暗电流，与外加电压有关，越大越好，它越大灵敏度越高。
● 光敏电阻的伏安特性：线性无饱和，但有功耗限制。
(
mA I
)
4020
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● 光敏电阻的光照特性：
● 光敏电阻的光谱特性：光敏电阻对不同波长的光有不同的灵敏度。
● 光敏电阻的响应时间和频率特性：光敏电阻的响应时间一般为ms 100~10，它与材料和光照强度有关，光照越强响应时间越短，频率特性越好。
相对灵敏度
()
A
λ
50
相对灵敏度
t
下降时间
●温度对光敏电阻值的影响：
●温度对光敏电阻的光谱特性的影响：
9.4 光敏二极管和晶体管
●光敏二极管原理：
●
光敏晶体管原理：
I
(mA
I
C0
15
.0
1
.0
相对灵敏度
()A λ
50
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9.5 光电池
● 光电池原理：
9.6 光电式传感器的应用
● 模拟式光电传感器的应用
I
光源，通过光学系统设计可以改变光源位置
透镜 工件位置变化 透镜 光电池
脉冲式光电传感器的应用
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