第7章光电式传感器
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液体激光器
§7-3
光电式传感器的测量电路
要使光电式传感器能很好地工作。除了合理选用光 电转换元件外，还必须配备合适的光源和测量线路。 一、光源 发光二极管 钨丝灯泡 电弧灯或石英灯 激光 二、测量电路 光电管的测量电路 图7-14 真空光电管的差接测量电路 光电倍增管的测量电路 图7-15 光电倍增管的测量电路 光敏电阻的测量电路 图7-16 光敏电阻开关电路 光敏晶体管的测量电路 图7-18 具有温度补偿的光敏二极管 光电池的测量电路
一定方向的电动势的现象。典型光电元件有光电池。
二、光电器件
1、外光电效应应用器件 光电管
光信号→电信号
当阴极受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
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。
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 光敏二极管在不受光照射 阻很大，反向电流很小， 时处于截止状态，受光照 光敏二极管的结构与一 这反向电流称为暗电流， 射时处于导通状态。 般二极管相似、 光敏 当光照射在 PN结上，光 R 二极管在电路中一般是 子打在 PN结附近，使PN 处于反向工作状态。 U>0 结附近产生光生电子和光 光 生空穴对，它们在PN结 处的内电场作用下作定向 运动，形成光电流。光的 照度越大，光电流越大。 应用：光亮度测量、光耦合器件、非接触测量转速
是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物 体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等 等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。
• 2、光纤传感器
它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤 传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或 送到光接收器，经接收解调后变成电信号。
• 应用：机械、电子仪器仪表、航空航天、通讯、
生物医学、环保、食品、化工… …
• 测量对象：电流磁场、电压电场、温度、速度、
振动、压力、射线、图像… …
一、光纤传感器的基本知识
1. 光纤的结构
包层 纤芯 外套
注：不同类型的光纤材料的折射率分布有区别
梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从 2. 光纤的分类 中心轴线开始沿径向大致按抛物线形状递减， 中心轴折射率最大。因此，光纤在纤芯中传 1）按折射率分布 播时会自动地从折射率小的界面向中心会聚， 阶跃型 折射率变化规律光纤传播的轨迹类似正弦波形。梯度光纤又 分类 称为自聚焦光纤。
光敏二极管
光敏三极管
2)光生伏特效应：
+ P
+ + + + +
P 光
+ + + + +
N
N -
阻挡层——内建电场——P－N结 光照射——光电子空穴对——内建电场作用——光生电 子被拉向N区，光生空穴被拉向P区——光电动势 当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发 常见器件： 光电池（太阳能电池），包括硅光电池、硒光电 出电子 -空穴对，在 N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区 池、砷化镓光电池等。 和 P区之间出现电位差。
输出 辐射源 被测量 光学通路 被测量 光电器件
• 特性
频谱宽、非接触测量、体积小、重量轻等
特点:
• 光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、 高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强（不受电磁辐 射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式 测量等特点 • 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、位移、 速度、加速度等 • 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用潜力
梯度型 阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的， 即纤芯内的折射率分布大体上是均匀的，包层内 的折射率分布也大体均匀，均可视为常数，但是 纤芯和包层的折射率不同，在界面上发生突变， 采用梯度型光纤时，光射入光纤后会自动地从界 如图 所示。光线的传播，依靠光在纤芯和包层界 面向轴心会聚，因此也称为聚焦光纤。 面上发生的内全反射现象。
光电倍增管
• 由光电阴极、若干倍增极和阳极三 部分组成。
K
A A——阳极 K——阴极
• 倍增极上的涂料在电子轰击下能发射 更多电子； • 倍增极之间有依次增大的加速电压。 • 二次发射系数
几种光电倍增管的外形
2、内光电效应应用器件： 1) 光导电效应： 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越
§7-5
光纤传感器
光(导)纤(维)是20世纪70年代的重要发明之一，
它与激光器、半导体探测器一起构成了新的光学技
术，创造了光电子学的新天地(领域)。
光纤传感器始于1977年，把待测量与光纤内的导
光联系起来就形成光纤传感器。
• 特点：极高的灵敏度和准确度、固有的安全性、
良好的抗电磁干扰能力、高绝缘强度、耐 高温、耐腐蚀、轻质、柔韧、宽频带。
光电式传感器：将被测量的变化转换成光量的变
化，再通过光电元件把光量变化转换成电信号的一种 装置。
光量 光量 电量 输出
光源
x1
光通路
x2
光电器件
测量电路
对光量的调制方法： X1——被测量直接引起光源光量的变化 X2——被测量在光传播过程中调制光量 光电式传感器的基本形式：由光路及电路两大部分组成
光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换
一、光电特性
光电特性是指这些半导体光电元件产生的光电流与 光照之间的关系。
二、伏安特性
伏安特性是指光照一定时，这些光电元件的端电压U 与电流I之间的关系。
三、光谱特性 半导体光电元件对不同波长的光，其灵敏度是不 同的，因为只有能量大于半导体材料禁带宽度的那些 光子才能激发出光生电子--空穴对。而光子能量的大 小与光的波长有关。 四、频率特性 半导体光电元件的频率特性是指它们的输出电信 号与调制光频率变化的关系。 五、温度特性 半导体材料易受温度的影响，它直接影响光电流 的值。因此需要讨论这些光电元件的温度特性，以便 选用合适的工作温度。
2 灯光亮度自动控制器
灯光亮度控制器可按照环境光照强度自动调节白炽灯或 荧光灯的亮度，从而使室内的照明自动保持在最佳状态，避 免人们产生视觉疲劳。 控制器主要由环境光照检测电桥、放大器、积分器、比 较器、过零检测器、锯齿波形成电路、双向晶闸管等组成。 过零检测器对50Hz市电电压的每次过零点进行检测，并控制 锯齿波形成电路,使其产生与市电同步的锯齿波电压，该电压 加在比较器的同相输入端。 由光敏电阻与电阻组成的电桥将环境光照的变化转换成 直流电压的变化，该电压经放大并由积分电路积分后加到比 较器的反相输入端，其数值随环境光照的变化而缓慢地成正 比例变化。
两个电压的比较结果，便可从比较器输出端得到随环境 光照强度变化而脉冲宽度发生变化的控制信号，该控制信 号的频率与市电频率同步，其脉冲宽度反比于环境光照， 利用这个控制信号触发双向晶闸管，改变其导通角，便可 使灯光的亮度随环境光照做相反的变化，从而达到自动控 制环境光照不变的目的。
光电式传感器的类型： • 1、光电效应传感器
太阳能电池片
光能
光 电 光电效应 器 件
内光电效应
光电导效应：光敏电阻
光生伏特效应：光电池
外光电效应：光电管、光电倍增管
电能
三、半导体光电元件的特性
上面讨论的光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管、 光电池等三种光电元件都是半导体传感器件。它们各有 特性，但又有相似之处，为了便于分析和选用，把它们 的特性综合如下。
光敏电阻 • 结构
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量级， 亮电阻 用半导体材料制成 值在几千欧以下。
光敏电阻的结构及表示符号
•
光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的， 为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。
•wenku.baidu.com•
光敏电阻优点：灵敏度高，体积小、重量轻，光谱 响应范围宽，机械强度高、耐冲击和振动，寿命长。 缺点：使用时需要有外部电源，同时当有电流通过 它时，会产生热的问题。
光敏电阻的特性 ①暗电阻、暗电流 暗电阻：若将光敏电阻置于无光照条件下，测得的 光敏电阻的阻值。这时，在给定工作电压下测得光敏 电阻中的电流称为暗电流。 ②亮电阻、光电流 亮电阻：光敏电阻在光照条件下，测得的光敏电阻 的阻值(亮电阻一般在几千欧姆) 。这时在工作电压下 测得的电流称为亮电流。 ③光电流：亮电流和暗电流之差称为光电流I。
光电元件的测量方式
二、脉冲式光电传感器
脉冲式光电传感器的作用方式是光电元件的输出仅有 两种稳定状态，即"通"与"断"的开关状态，所以也称为光 电元件的开关运用状态。 光电式转速计 天幕靶
光电传感器的应用
1 烟尘浊度检测仪
烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道里传输过程中的变 化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟 尘颗粒吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光 检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
测量电路
§7-4
光电传感器及其应用
光电传感器按其接收状态可分为模拟和脉冲式 光电传感器两大类。
一、 模拟式光电传感器 模拟式光电传感器的工作原理是基于光电元件的光电 特性，其光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量的 函数，故称为光电传感器的函数运用状态。它的形式有吸 收式、反射式、遮光式和辐射式。
1 Ek mv0 2 hf A0 2
逸出物体表面电子具有的动能
m——电子质量；
v0——电子逸出速度；
A0——物体的表面电子逸出功。
不同材料有不同的逸出功，对某种材料而言有一个频率限， 当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发 电子，此频率限成为“红限”，其临界波长λ K为：
K hc / A0
c ——光在真空中的速度。
外光电效应典型元件有光电管、光电倍增管等。
2、内光电效应：
1) 光导电效应：在光照作用下，物体导电性能
（如电阻率发生变化）发生改变的现象。典型的光 电元件有光敏电阻、光敏（电）二极管、光敏（电）
三极管等。
2） 光生伏特效应：在光线作用下，能使物体产生
• 3、固体图像传感器
结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转 换和电荷转移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管 与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属 氧化物半导体图像传感器。
• 4、红外热释电探测器
主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性 质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。
电电流的大小，可以得到不同光谱范围的辐射源体
• 代表：日光灯
三、电致发光器件 • 原理：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
• 特点：体积小、寿命长、工作电压低、响应速度快 • 代表：发光二极管
四、激光器
• 定义：能够产生光受激辐射放大现象的器件 • 特点：单色性好、方向性好、亮度高 • 分类：固体激光器、气体激光器、半导体激光器、
光电传感器的物理基础是光电效应。
光电效应分两大类型：外光电效应和内光电效应
外光电效应
光照
金属 金属氧化物
内光电效应
电子逸出物体表面
光照
半导体
电子在物体内部运动
§7-1
一、光电效应
光电效应与光电器件
光电传感器的工作原理基于光电效应. 光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒 子——光子所组成，每一个光子能量为：
现代检测技术
主讲教师：王国荣
第7章 光电式传感器
• 7.1
• 7.2
光电效应与光电器件
光源
• 7.3
• 7.4
光电式传感器的测量电路
光电式传感器及其应用
• 7.5
• 7.6
光纤传感器
电荷耦合器件（CCD）
第7章 光电式传感器
• 原理
首先把被测量的变化转换成光信号的变化， 然后通过光电器件变换成电信号。
§7-2
光源
光源是光电式传感器的一个组成部分，大多
数光电传感器都离不开光源。
• • • •
热辐射光源 气体放电光源 电致发光器件 激光器
一、热辐射光源
• 原理：热物体都会向空间发出一定的光辐射 • 特点：物体温度越高，辐射能量越大 • 代表：白炽灯、卤钨灯
二、气体放电光源 • 原理：电流通过气体会产生发光现象 • 特点：改变气体成分、压力、电流、阴极材料和放
E hf
h ——普朗克常数，6.626×10-34J.s； f ——光的频率（s-1）。
光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的
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）。
光电效应按原理又分为以下2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：
§7-3
光电式传感器的测量电路
要使光电式传感器能很好地工作。除了合理选用光 电转换元件外，还必须配备合适的光源和测量线路。 一、光源 发光二极管 钨丝灯泡 电弧灯或石英灯 激光 二、测量电路 光电管的测量电路 图7-14 真空光电管的差接测量电路 光电倍增管的测量电路 图7-15 光电倍增管的测量电路 光敏电阻的测量电路 图7-16 光敏电阻开关电路 光敏晶体管的测量电路 图7-18 具有温度补偿的光敏二极管 光电池的测量电路
一定方向的电动势的现象。典型光电元件有光电池。
二、光电器件
1、外光电效应应用器件 光电管
光信号→电信号
当阴极受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
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。
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 光敏二极管在不受光照射 阻很大，反向电流很小， 时处于截止状态，受光照 光敏二极管的结构与一 这反向电流称为暗电流， 射时处于导通状态。 般二极管相似、 光敏 当光照射在 PN结上，光 R 二极管在电路中一般是 子打在 PN结附近，使PN 处于反向工作状态。 U>0 结附近产生光生电子和光 光 生空穴对，它们在PN结 处的内电场作用下作定向 运动，形成光电流。光的 照度越大，光电流越大。 应用：光亮度测量、光耦合器件、非接触测量转速
是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物 体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等 等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。
• 2、光纤传感器
它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤 传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或 送到光接收器，经接收解调后变成电信号。
• 应用：机械、电子仪器仪表、航空航天、通讯、
生物医学、环保、食品、化工… …
• 测量对象：电流磁场、电压电场、温度、速度、
振动、压力、射线、图像… …
一、光纤传感器的基本知识
1. 光纤的结构
包层 纤芯 外套
注：不同类型的光纤材料的折射率分布有区别
梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从 2. 光纤的分类 中心轴线开始沿径向大致按抛物线形状递减， 中心轴折射率最大。因此，光纤在纤芯中传 1）按折射率分布 播时会自动地从折射率小的界面向中心会聚， 阶跃型 折射率变化规律光纤传播的轨迹类似正弦波形。梯度光纤又 分类 称为自聚焦光纤。
光敏二极管
光敏三极管
2)光生伏特效应：
+ P
+ + + + +
P 光
+ + + + +
N
N -
阻挡层——内建电场——P－N结 光照射——光电子空穴对——内建电场作用——光生电 子被拉向N区，光生空穴被拉向P区——光电动势 当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发 常见器件： 光电池（太阳能电池），包括硅光电池、硒光电 出电子 -空穴对，在 N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区 池、砷化镓光电池等。 和 P区之间出现电位差。
输出 辐射源 被测量 光学通路 被测量 光电器件
• 特性
频谱宽、非接触测量、体积小、重量轻等
特点:
• 光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、 高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强（不受电磁辐 射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式 测量等特点 • 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、位移、 速度、加速度等 • 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用潜力
梯度型 阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的， 即纤芯内的折射率分布大体上是均匀的，包层内 的折射率分布也大体均匀，均可视为常数，但是 纤芯和包层的折射率不同，在界面上发生突变， 采用梯度型光纤时，光射入光纤后会自动地从界 如图 所示。光线的传播，依靠光在纤芯和包层界 面向轴心会聚，因此也称为聚焦光纤。 面上发生的内全反射现象。
光电倍增管
• 由光电阴极、若干倍增极和阳极三 部分组成。
K
A A——阳极 K——阴极
• 倍增极上的涂料在电子轰击下能发射 更多电子； • 倍增极之间有依次增大的加速电压。 • 二次发射系数
几种光电倍增管的外形
2、内光电效应应用器件： 1) 光导电效应： 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越
§7-5
光纤传感器
光(导)纤(维)是20世纪70年代的重要发明之一，
它与激光器、半导体探测器一起构成了新的光学技
术，创造了光电子学的新天地(领域)。
光纤传感器始于1977年，把待测量与光纤内的导
光联系起来就形成光纤传感器。
• 特点：极高的灵敏度和准确度、固有的安全性、
良好的抗电磁干扰能力、高绝缘强度、耐 高温、耐腐蚀、轻质、柔韧、宽频带。
光电式传感器：将被测量的变化转换成光量的变
化，再通过光电元件把光量变化转换成电信号的一种 装置。
光量 光量 电量 输出
光源
x1
光通路
x2
光电器件
测量电路
对光量的调制方法： X1——被测量直接引起光源光量的变化 X2——被测量在光传播过程中调制光量 光电式传感器的基本形式：由光路及电路两大部分组成
光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换
一、光电特性
光电特性是指这些半导体光电元件产生的光电流与 光照之间的关系。
二、伏安特性
伏安特性是指光照一定时，这些光电元件的端电压U 与电流I之间的关系。
三、光谱特性 半导体光电元件对不同波长的光，其灵敏度是不 同的，因为只有能量大于半导体材料禁带宽度的那些 光子才能激发出光生电子--空穴对。而光子能量的大 小与光的波长有关。 四、频率特性 半导体光电元件的频率特性是指它们的输出电信 号与调制光频率变化的关系。 五、温度特性 半导体材料易受温度的影响，它直接影响光电流 的值。因此需要讨论这些光电元件的温度特性，以便 选用合适的工作温度。
2 灯光亮度自动控制器
灯光亮度控制器可按照环境光照强度自动调节白炽灯或 荧光灯的亮度，从而使室内的照明自动保持在最佳状态，避 免人们产生视觉疲劳。 控制器主要由环境光照检测电桥、放大器、积分器、比 较器、过零检测器、锯齿波形成电路、双向晶闸管等组成。 过零检测器对50Hz市电电压的每次过零点进行检测，并控制 锯齿波形成电路,使其产生与市电同步的锯齿波电压，该电压 加在比较器的同相输入端。 由光敏电阻与电阻组成的电桥将环境光照的变化转换成 直流电压的变化，该电压经放大并由积分电路积分后加到比 较器的反相输入端，其数值随环境光照的变化而缓慢地成正 比例变化。
两个电压的比较结果，便可从比较器输出端得到随环境 光照强度变化而脉冲宽度发生变化的控制信号，该控制信 号的频率与市电频率同步，其脉冲宽度反比于环境光照， 利用这个控制信号触发双向晶闸管，改变其导通角，便可 使灯光的亮度随环境光照做相反的变化，从而达到自动控 制环境光照不变的目的。
光电式传感器的类型： • 1、光电效应传感器
太阳能电池片
光能
光 电 光电效应 器 件
内光电效应
光电导效应：光敏电阻
光生伏特效应：光电池
外光电效应：光电管、光电倍增管
电能
三、半导体光电元件的特性
上面讨论的光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管、 光电池等三种光电元件都是半导体传感器件。它们各有 特性，但又有相似之处，为了便于分析和选用，把它们 的特性综合如下。
光敏电阻 • 结构
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量级， 亮电阻 用半导体材料制成 值在几千欧以下。
光敏电阻的结构及表示符号
•
光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的， 为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。
•wenku.baidu.com•
光敏电阻优点：灵敏度高，体积小、重量轻，光谱 响应范围宽，机械强度高、耐冲击和振动，寿命长。 缺点：使用时需要有外部电源，同时当有电流通过 它时，会产生热的问题。
光敏电阻的特性 ①暗电阻、暗电流 暗电阻：若将光敏电阻置于无光照条件下，测得的 光敏电阻的阻值。这时，在给定工作电压下测得光敏 电阻中的电流称为暗电流。 ②亮电阻、光电流 亮电阻：光敏电阻在光照条件下，测得的光敏电阻 的阻值(亮电阻一般在几千欧姆) 。这时在工作电压下 测得的电流称为亮电流。 ③光电流：亮电流和暗电流之差称为光电流I。
光电元件的测量方式
二、脉冲式光电传感器
脉冲式光电传感器的作用方式是光电元件的输出仅有 两种稳定状态，即"通"与"断"的开关状态，所以也称为光 电元件的开关运用状态。 光电式转速计 天幕靶
光电传感器的应用
1 烟尘浊度检测仪
烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道里传输过程中的变 化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟 尘颗粒吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光 检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
测量电路
§7-4
光电传感器及其应用
光电传感器按其接收状态可分为模拟和脉冲式 光电传感器两大类。
一、 模拟式光电传感器 模拟式光电传感器的工作原理是基于光电元件的光电 特性，其光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量的 函数，故称为光电传感器的函数运用状态。它的形式有吸 收式、反射式、遮光式和辐射式。
1 Ek mv0 2 hf A0 2
逸出物体表面电子具有的动能
m——电子质量；
v0——电子逸出速度；
A0——物体的表面电子逸出功。
不同材料有不同的逸出功，对某种材料而言有一个频率限， 当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发 电子，此频率限成为“红限”，其临界波长λ K为：
K hc / A0
c ——光在真空中的速度。
外光电效应典型元件有光电管、光电倍增管等。
2、内光电效应：
1) 光导电效应：在光照作用下，物体导电性能
（如电阻率发生变化）发生改变的现象。典型的光 电元件有光敏电阻、光敏（电）二极管、光敏（电）
三极管等。
2） 光生伏特效应：在光线作用下，能使物体产生
• 3、固体图像传感器
结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转 换和电荷转移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管 与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属 氧化物半导体图像传感器。
• 4、红外热释电探测器
主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性 质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。
电电流的大小，可以得到不同光谱范围的辐射源体
• 代表：日光灯
三、电致发光器件 • 原理：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
• 特点：体积小、寿命长、工作电压低、响应速度快 • 代表：发光二极管
四、激光器
• 定义：能够产生光受激辐射放大现象的器件 • 特点：单色性好、方向性好、亮度高 • 分类：固体激光器、气体激光器、半导体激光器、
光电传感器的物理基础是光电效应。
光电效应分两大类型：外光电效应和内光电效应
外光电效应
光照
金属 金属氧化物
内光电效应
电子逸出物体表面
光照
半导体
电子在物体内部运动
§7-1
一、光电效应
光电效应与光电器件
光电传感器的工作原理基于光电效应. 光可以被看作是由一连串具有一定能量的粒 子——光子所组成，每一个光子能量为：
现代检测技术
主讲教师：王国荣
第7章 光电式传感器
• 7.1
• 7.2
光电效应与光电器件
光源
• 7.3
• 7.4
光电式传感器的测量电路
光电式传感器及其应用
• 7.5
• 7.6
光纤传感器
电荷耦合器件（CCD）
第7章 光电式传感器
• 原理
首先把被测量的变化转换成光信号的变化， 然后通过光电器件变换成电信号。
§7-2
光源
光源是光电式传感器的一个组成部分，大多
数光电传感器都离不开光源。
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热辐射光源 气体放电光源 电致发光器件 激光器
一、热辐射光源
• 原理：热物体都会向空间发出一定的光辐射 • 特点：物体温度越高，辐射能量越大 • 代表：白炽灯、卤钨灯
二、气体放电光源 • 原理：电流通过气体会产生发光现象 • 特点：改变气体成分、压力、电流、阴极材料和放
E hf
h ——普朗克常数，6.626×10-34J.s； f ——光的频率（s-1）。
光电效应：当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的
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）。
光电效应按原理又分为以下2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：