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1、第6章 位移及速度检测n位移及速度是位移及速度是描述物体运动的量，可将其称为描述物体运动的量，可将其称为运动量。运动量。n运动量是最基本的量，运动量测量是最基本、运动量是最基本的量，运动量测量是最基本、最常见的测量，它是许多物理量，如力、压力、最常见的测量，它是许多物理量，如力、压力、振动等测量的前提。振动等测量的前提。n位移分线位移和角位移。位移分线位移和角位移。n速度分线速度和角速度。速度分线速度和角速度。按位移结果分按位移结果分:将位移转化为模拟量；将位移转化为数字量；将位移转化为模拟量；将位移转化为数字量；按位移大小分按位移大小分:微小位移检测；小位移检测；大位移检测；微小位移检测；小
2、位移检测；大位移检测；6.1 电感式传感器n电感式传感器电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来感或互感系数的变化，导致线圈电感量改变来实现测量的。实现测量的。n电感式传感器的工作基础：电感式传感器的工作基础：电磁感应定律电磁感应定律6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类n电感式传感器亦可称为电感式传感器亦可称为自感式传感器自感式传感器或或可变磁可变磁阻式传感器阻式传感器。n传感器由传感器由线圈、铁芯和衔铁线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。和衔铁由导磁材料制成。6.1.1 电感式传感器的工
3、作原理及分类n工作原理：工作原理：在铁芯和衔在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚当衔铁移动时，气隙厚度度发生改变，引起磁路发生改变，引起磁路中中磁阻变化磁阻变化，从而导致，从而导致电感电感线圈的电感值变化线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方衔铁位移量的大小和方向。向。线圈中的电感为：线圈中的电感为：根据磁路欧姆定律：根据磁路欧姆定律：合并两式可得：合并两式可得：6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类n上式中,Rm为磁路总磁阻。气隙很小
4、，可以认为气隙中的磁场是均匀的。若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为 n通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻，即 6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类n将以上各式联立，即得到：将以上各式联立，即得到：n上式表明：当线圈匝数为常数时，电感上式表明：当线圈匝数为常数时，电感L仅仅仅仅是磁路中磁阻是磁路中磁阻Rm的函数，改变的函数，改变或或A0均可导致均可导致电感变化。电感变化。n变磁阻式传感器可分为变磁阻式传感器可分为变气隙厚度变气隙厚度(变间隙式变间隙式)的传感器和的传感器和变气隙截面积变气隙截面积A0的传感器以及的传感器以及 同时改变同时改变和和A0的电感传感器的电感传感器(螺管式螺管式)。n例例
5、5-1：如图所示，已知左右空气气隙的长度分别为如图所示，已知左右空气气隙的长度分别为X1和和X2，空气气隙的横，空气气隙的横截面积为截面积为S0，磁导率为，磁导率为0，线圈匝数为，线圈匝数为N，铁心总长度为，铁心总长度为Y（包括动（包括动铁心）铁心）,铁心横截面积为铁心横截面积为Si，铁心磁导率为，铁心磁导率为i。（1）求电感式传感器的自感）求电感式传感器的自感L的表达式。的表达式。（2）当动铁心）当动铁心a左右移动时左右移动时,分析左右空气气隙分析左右空气气隙X1和和X2发生变化时自感发生变化时自感L的变化情况。的变化情况。（2）当动铁心）当动铁心a左右移动时左右移动时,空气气隙的长度空气气
6、隙的长度X1和和X2各自变而其和不变，因为其他变量都各自变而其和不变，因为其他变量都不变，故不变，故L不变。不变。（1 1）解：）解：6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类n电感式传感器的分类：电感式传感器电感式传感器自感型自感型互感型互感型变面积型电感传感器螺线管型电感传感器变间隙型电感传感器6.1.2 电感式传感器的输出特性n当衔铁处于当衔铁处于初始位置初始位置时，初时，初始电感量为始电感量为n当当衔衔铁铁上上移移时时，传传感感器器气气隙隙减减小小，即即=0-，则此时输出电感为则此时输出电感为一、一、变气隙型电感传感器变气隙型电感传感器6.1.2 电感式传感器的输出特性n当当/020R2
7、0R，非线性误差小于非线性误差小于非线性误差小于非线性误差小于1.5%1.5%）6.3.3 电位器传感器结构1.1.电阻丝：电阻丝：对电阻丝的要求是：电阻系数大，温度对电阻丝的要求是：电阻系数大，温度系数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有：系数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有：铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。2.2.骨架：骨架：对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高，对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高，有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂和有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂和工程塑料等。工程塑料等。3.3.电刷：电刷：电刷与电阻丝材料应配
8、合恰当、接触电势电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。6.3.4 6.3.4 电位计式位移传感器电位计式位移传感器nYHDYHD型电位计式位移传感器的结构如图。型电位计式位移传感器的结构如图。n测量轴测量轴1 1与被测物体接触，当有位移输入与被测物体接触，当有位移输入时，测量从轴便沿导轨时，测量从轴便沿导轨5 5运动，同时带动运动，同时带动电刷电刷3 3移动。移动。6.5 光栅位移测试 n光栅式位移传感器，也称计量光栅，主要用于长光栅式位移传感器，也称计量光栅，主要用于长度和角度的精密测量。度和角度的精密测量。6.5
9、.1 6.5.1 光栅的基本结构光栅的基本结构一、光栅：一、光栅：光栅是在透光栅是在透明的玻璃上刻有大量平明的玻璃上刻有大量平行等宽等距的刻线构成行等宽等距的刻线构成的，结构如图。的，结构如图。1.1.栅线：平行等距的刻线栅线：平行等距的刻线栅线：平行等距的刻线栅线：平行等距的刻线2 2光栅栅距光栅栅距光栅栅距光栅栅距(光栅节距或光栅常数光栅节距或光栅常数光栅节距或光栅常数光栅节距或光栅常数)：d d=a a+b b6.5 6.5 光栅位移测试光栅位移测试二、光栅的分类二、光栅的分类 光栅按其用途分长光栅和圆光栅两类。计量光光栅按其用途分长光栅和圆光栅两类。计量光栅分类见图。栅分类见图。6.5
10、.2 6.5.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理一、光栅传感器的组成一、光栅传感器的组成光栅传感器的组成如图所示。光栅传感器由光栅、光栅传感器的组成如图所示。光栅传感器由光栅、光路、光电元件和转换电路等组成。指示光栅应光路、光电元件和转换电路等组成。指示光栅应置于主光栅的费涅耳第一焦面上，其间的距离为：置于主光栅的费涅耳第一焦面上，其间的距离为：W为栅距；为栅距；为波长为波长二、莫尔条纹二、莫尔条纹1.1.莫尔条纹：莫尔条纹：光栅式传感器的基本工作原理是利用光栅式传感器的基本工作原理是利用光栅的莫尔条纹现象来进行测量的。莫尔条纹如光栅的莫尔条纹现象来进行测量的。莫尔条纹如图所示。图所
11、示。在刻线重合处，光从缝隙透过形成亮带；在刻在刻线重合处，光从缝隙透过形成亮带；在刻线错开的地方，形成黑带。线错开的地方，形成黑带。6.5.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理 2.2.莫尔条纹的特征莫尔条纹的特征 (1)(1)运动对应关系：莫尔条纹的移动量和移动运动对应关系：莫尔条纹的移动量和移动方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和方向有方向与主光栅相对于指示光栅的位移量和方向有严格的对应关系。如图所示。严格的对应关系。如图所示。6.5.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理 (2)(2)减小误差：莫尔条纹对光栅的刻线误差有平均减小误差：莫尔条纹对光栅的刻线误差有平均作用，能在
12、很大程度上消除栅距局部误差和短周作用，能在很大程度上消除栅距局部误差和短周期误差影响。期误差影响。(3)(3)位移放大：莫尔条纹的间距随着光栅线纹交角位移放大：莫尔条纹的间距随着光栅线纹交角而改变，其关系如下：而改变，其关系如下：从上式可知，从上式可知，越小，条纹间距越小，条纹间距B B将变得越大，将变得越大，莫尔条纹有放大作用，其放大倍数为：莫尔条纹有放大作用，其放大倍数为：6.5.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理三、光栅的信号输出三、光栅的信号输出 主光栅移动一个栅距主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹变化一莫尔条纹变化一个周期，莫尔条纹的变化近似为正弦波形，可个周期，莫尔条纹的变化
13、近似为正弦波形，可看成是在一个直流分量上的叠加，即：看成是在一个直流分量上的叠加，即：6.5.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理x x主光栅与指示光栅间瞬时位移主光栅与指示光栅间瞬时位移主光栅与指示光栅间瞬时位移主光栅与指示光栅间瞬时位移6.6 码盘式传感器n码盘又称角数字编码器，是将码盘又称角数字编码器，是将机械转动的模机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的电信号的传感器。电信号的传感器。n码盘式传感器是以编码器为基础的，它是测码盘式传感器是以编码器为基础的，它是测量轴角位置和位移的方法之一。量轴角位置和位移的方法之一。n优点：优点
14、：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免在读标尺和曲线图时产生的人为误差，能避免在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用计算机处理。便于用计算机处理。6.6 码盘式传感器n编码器的种类很多，编码器的种类很多，主要分为脉冲盘式（增主要分为脉冲盘式（增量编码器）和码盘式编码器（绝对编码器），量编码器）和码盘式编码器（绝对编码器），其关系如下所示：其关系如下所示：编码器编码器 脉冲盘式编码器脉冲盘式编码器(增量编码器增量编码器)码盘式编码器码盘式编码器(绝对编码器绝对编码器)接触式编码器接触式编码器 电磁式编码器电磁式编码器 光电式编码器光电式编码器 6.6.1
15、增量式编码器n增量式编码器的输出是一系列脉冲，需要一个增量式编码器的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行加减计数系统对脉冲进行加减(正向或反向旋转时正向或反向旋转时)累计计数，一般还需要一个基准数据即零位基累计计数，一般还需要一个基准数据即零位基准，才能完成角位移测量。准，才能完成角位移测量。增量式编码器的结构图光源码盘光电元件Z 零位脉冲A 增量脉冲B辨向脉冲6.6.1 增量式编码器n图图中中的的信信号号A和和B是是相相位位差差90度度的的方方波波。若若A相相超超前前于于B相相，对对应应工工作作轴轴正正向向旋旋转转；若若B相相超超前前于于A相相，对对应应工工作作轴轴反反向向旋旋转转。
16、若若以以该该方方波波的的前前沿沿或或后后沿沿产产生生计计数数脉脉冲冲，可可形形成成代代表表正正向向角位移和反向角位移的脉冲序列。角位移和反向角位移的脉冲序列。n每当工作轴旋转一周，光电元件就产生一个每当工作轴旋转一周，光电元件就产生一个Z Z相一转基准脉冲信号。相一转基准脉冲信号。增量式编码器的结构图光源码盘光电元件Z 零位脉冲A 增量脉冲B辨向脉冲6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示用光电方法把被测角位移转换成以数字代码形式表示的电信号的传感器。的电信号的传感器。n光电码盘式传感器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘光电码盘式传感器主要由安装在旋转
17、轴上的编码圆盘(码盘码盘)、狭缝以及安装在圆盘两边的光源、柱面镜和、狭缝以及安装在圆盘两边的光源、柱面镜和光敏元件组成。基本结构如图所示。光敏元件组成。基本结构如图所示。一、二进制码盘一、二进制码盘 如图所示是一个四如图所示是一个四位二进制码盘，涂黑位二进制码盘，涂黑部分输出为部分输出为 0 0，空白，空白部分输出为部分输出为 1 1。共。共 4 4圈码道，从内到外依圈码道，从内到外依次为次为C C4 4、C C3 3、C C2 2、C C1 1码码道。道。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n如图所示的如图所示的4位二进制码盘，最内圈位二进制码盘，最内
18、圈码盘一半透光，码盘一半透光，一半不透光，最外圈一半不透光，最外圈一共分成一共分成24=16个黑白间隔。每一个个黑白间隔。每一个角度方位对应于不同的编码。角度方位对应于不同的编码。n例如零位例如零位a对应于对应于0000（全黑）；第（全黑）；第7个方位个方位h对应于对应于0111。这样在测量。这样在测量时，只要根据码盘的起始和终止位置，时，只要根据码盘的起始和终止位置，就可以确定角位移，而与转动的中间就可以确定角位移，而与转动的中间过程无关。一个过程无关。一个n位二进制码盘的最位二进制码盘的最小分辨率，即能分辨的角度为小分辨率，即能分辨的角度为=360/2n，一个，一个4位二进制码盘，位二进制
19、码盘，其其最小分辨的角度最小分辨的角度=22.5。n二进制码盘的特点为：二进制码盘的特点为：1.n1.n位的二进制码盘具有位的二进制码盘具有2n种不同编码，其容量为种不同编码，其容量为2n，分辨角度为：分辨角度为：2.2.二进码为有权码，编码二进码为有权码，编码CnCn Cn-1C1 Cn-1C1 对应于零位算对应于零位算起的转角为起的转角为:6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n二进制码盘的误差：二进制码盘的误差：原因：原因：信号检测元件不同步或码道制作中不信号检测元件不同步或码道制作中不 精确。精确。误差：误差：由于刻划误差等原因，由于刻划误差等原因，某一较高位提前或某一较高位提前或延后
20、改变，就会造成粗误差延后改变，就会造成粗误差(非单值性误差非单值性误差)。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)hh位置时，若码道位置时，若码道位置时，若码道位置时，若码道CC44黑区做得太短，黑区做得太短，黑区做得太短，黑区做得太短，就会误读为就会误读为就会误读为就会误读为11111111。ii位置时，若码道位置时，若码道位置时，若码道位置时，若码道C4C4黑区做得太长，黑区做得太长，黑区做得太长，黑区做得太长，就会误读为就会误读为就会误读为就会误读为00000000。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n为了消除粗误差，可用循环码代替二进制码。为了消除粗误差，可用循环码代替二进制码。循环
21、码是一种无权码，从任何数变到相邻数循环码是一种无权码，从任何数变到相邻数时，仅有一位数码发生变化。如果任一码道时，仅有一位数码发生变化。如果任一码道刻划有误差，只要误差不太大，且只可能有刻划有误差，只要误差不太大，且只可能有一个码道出现读数误差，产生的误差最多只一个码道出现读数误差，产生的误差最多只是最低的一位数。是最低的一位数。二、循环码码盘二、循环码码盘 图是一个四位的循环码盘，图是一个四位的循环码盘，表表6.6.26.6.2 是十进制是十进制数、二进制数及四位循环码的对照表。数、二进制数及四位循环码的对照表。二进制码转换成循环二进制码转换成循环码的码的规则规则是：二进制是：二进制码与码与
22、其本身右移一位其本身右移一位后并舍去末位的数后并舍去末位的数码码作不作不进进位加法得循位加法得循环环码码。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)表表表表6.6.26.6.2n若若R R表示循表示循环码环码，C C为为二二进进制制码码，则则：n循环码变成二进制码的关系式为：循环码变成二进制码的关系式为：6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n二进制码与循环码的转换电路如图。二进制码与循环码的转换电路如图。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)n二进制码与循环码的转换电路如图。二进制码与循环码的转换电路如图。6.6.2 码盘式传感器(光电码盘式)6.6.2 绝
23、对编码器6.6.3 光电码盘的应用n增量编码器除直接用于测量相对角位移外，常增量编码器除直接用于测量相对角位移外，常用来测量转轴的转速。最简单的方法就是在给用来测量转轴的转速。最简单的方法就是在给定的时间间隔内对编码器的输出脉冲进行计数，定的时间间隔内对编码器的输出脉冲进行计数，它所测量的是平均转速。它所测量的是平均转速。6.6.3 光电码盘的应用n在某些场合，用旋转式光电增量编码器来测在某些场合，用旋转式光电增量编码器来测量线位是一种有效的方法。这时，须利用一量线位是一种有效的方法。这时，须利用一套机械装置把线位移转换成角位移。测量系套机械装置把线位移转换成角位移。测量系统的精度将主要取决于
24、机械装置的精度。统的精度将主要取决于机械装置的精度。6.6.3 光电码盘的应用6.8 磁电感应式速度传感器 n磁电感应式传感器也称为感应式传感器或电动式磁电感应式传感器也称为感应式传感器或电动式传感器。传感器。n磁电感应式传感器是利用电磁感应原理（磁电感应式传感器是利用电磁感应原理（导体和导体和磁场发生相对运动产生感应电动势磁场发生相对运动产生感应电动势），将输入运），将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。动速度变换成感应电势输出的传感器。n把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号（机（机-电能量变换型传感器）。电能量变换型传感器）。n具有双向转换特
25、性，利用其逆转换效应可构成力具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力（矩）发生器和电磁激振器等。（矩）发生器和电磁激振器等。6.8.1 6.8.1 传感器工作原理及测量电路传感器工作原理及测量电路一、磁电感应式传感器工作原理一、磁电感应式传感器工作原理n根据电磁感应定律根据电磁感应定律,当当N匝线圈在均恒磁场内运动匝线圈在均恒磁场内运动时时,设穿过线圈的磁通为设穿过线圈的磁通为,则线圈内的感应电势则线圈内的感应电势e与磁通变化率有如下关系与磁通变化率有如下关系:n导体运动切割磁场：导体运动切割磁场：e=Blv n磁电感应式传感器的结构原理如图所示。磁电感应式传感器的结构原理如图所示。6.8.
26、1 传感器工作原理及测量电路11线圈；线圈；线圈；线圈；22运动部分；运动部分；运动部分；运动部分；33永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁6.8.1 传感器工作原理及测量电路n线圈在磁场中作直线运动时，它所产生感应电势为：线圈在磁场中作直线运动时，它所产生感应电势为：n线圈在磁场中转动时产生的感应电势为：线圈在磁场中转动时产生的感应电势为：n综上可知，磁电传感器可用来测定线速度和角速度。综上可知，磁电传感器可用来测定线速度和角速度。二、磁电感应式传感器测量电路二、磁电感应式传感器测量电路 位移、速度和加速度测量电路如图所示。位移、速度和加速度测量电路如图所示。开关置开关置2 2，测速度，置，测速
27、度，置1 1，接积分装置，输出为，接积分装置，输出为位移，置位移，置3 3，接微分环节，输出为加速度。，接微分环节，输出为加速度。6.8.1 传感器工作原理及测量电路6.8.2 电感应式传感器的灵敏度Kn直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：n旋转运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：旋转运动的磁电感应式传感器，其灵敏度为：n可可见见，要要提提高高系系统统灵灵敏敏度度，总总是是希希望望增增加加线线圈圈匝匝数数N N和和导导线线长长度度。但但必必须须注注意意：线线圈圈电电阻阻和和负负载载电电阻阻的的匹配；线圈的发热和温度影响（耗散功率）。匹配；线圈的发热和
28、温度影响（耗散功率）。6.8.3 磁电式速度传感器一、相对速度传感器一、相对速度传感器 n图为国产图为国产CDCD2 2型磁电式相对速度传感器的结型磁电式相对速度传感器的结构示意图。构示意图。n磁钢磁钢5 5通过壳体通过壳体3 3构成磁构成磁回路，线圈回路，线圈4 4置于磁回置于磁回路的气隙中，当被测物路的气隙中，当被测物体振动通过顶杆体振动通过顶杆1 1使线使线圈运动时，因切割磁力圈运动时，因切割磁力线，产生感应电动势，线，产生感应电动势，电动势的大小与被测物电动势的大小与被测物体之间的相对振动速度体之间的相对振动速度成正比。成正比。二二 、绝对速度传感器、绝对速度传感器n国产国产CDCD1
29、 1型磁电式绝对速度传感器的结构及工作过型磁电式绝对速度传感器的结构及工作过程由图所示。程由图所示。n当传感器的壳体与被测物体当传感器的壳体与被测物体一起振动时，如振动的频率一起振动时，如振动的频率较大，由于芯杆组件的质量较大，由于芯杆组件的质量较大，故惯性大，可以阻碍较大，故惯性大，可以阻碍芯杆与壳体一起振动，可以芯杆与壳体一起振动，可以认为只有壳体随被测物体一认为只有壳体随被测物体一起振动。这时，线圈以物体起振动。这时，线圈以物体的振动速度切割磁力线，产的振动速度切割磁力线，产生电动势。生电动势。6.8.3 磁电式速度传感器6.9 光电效应及光电器件 n光电传感器是通过光电转换元件将光能转
30、换成光电传感器是通过光电转换元件将光能转换成电能的传感器。电能的传感器。6.9.1 6.9.1 外光电效应及器件外光电效应及器件 在光的作用下使电子逸出物体表面的现象在光的作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。光电管和光电倍增管。称为外光电效应。光电管和光电倍增管。一、光电管及其特性一、光电管及其特性 真空光电管的结构及工作原理如图所示。真空光电管的结构及工作原理如图所示。1.1.伏安特性伏安特性 入射光一定时，阳极电流与阳极电压之间的关入射光一定时，阳极电流与阳极电压之间的关系称系称为为伏安特性。伏安特性。n当阴极发射的电子全部到达阳极时，阳极电流便很当阴极发射的电子全部到达阳极时，
31、阳极电流便很稳定，称为饱和状态。稳定，称为饱和状态。6.9.1 6.9.1 外光电效应及器件外光电效应及器件2.2.光电特性光电特性 阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光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特性。电流之间的关系称为光电特性。3.3.光谱特性光谱特性 光电管对光谱的选择性称为光谱特性。光电管对光谱的选择性称为光谱特性。光电特性光谱特性6.9.1 外光电效应及器件二、光电倍增管二、光电倍增管图为光电倍增管的工作原理图。图为光电倍增管的工作原理图。n具有一定能量的电子轰击倍增极，便产生二具有一定能量的电子轰击倍增极，便产生二次电子。最后到达阳极，并输出电
32、压脉冲。次电子。最后到达阳极，并输出电压脉冲。6.9.1 外 光电效应及器件 n在光线作用下使物体的电阻率发生改变的现象称为内光电效应。光敏电阻，光导管等。一、光敏电阻的工作原理及结构图为光敏电阻的原理结构。n有些半导体在黑暗的环境下，有些半导体在黑暗的环境下，电阻很高，当有光线照射时，电阻很高，当有光线照射时，如光子能量大于本征半导体如光子能量大于本征半导体禁带宽度禁带宽度，则禁带中的电子，则禁带中的电子吸收一个光子后就足以跃迁吸收一个光子后就足以跃迁禁带，激发出电子空穴对，禁带，激发出电子空穴对，从而加强导电性。从而加强导电性。6.9.2 6.9.2 内光电效应及器件内光电效应及器件 二、
33、光敏电阻的主要参数二、光敏电阻的主要参数 1.1.暗电阻和暗电流暗电阻和暗电流 2.2.亮电阻和亮电流亮电阻和亮电流 3.3.光电流光电流三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性 1.1.光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性 光敏电阻的两端所加光敏电阻的两端所加电压和电流的关系曲称电压和电流的关系曲称为光敏电阻的伏安特性。为光敏电阻的伏安特性。6.9.2 内光电效应及器件 2.2.光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性 光敏电阻光电流和光强的关系曲线，称为光敏电阻的光照特光敏电阻光电流和光强的关系曲线，称为光敏电阻的光照特性。性。3.3.光敏电阻的光谱特性光敏电阻的光谱特性 对不同波长的入射
34、光，光敏电阻相对灵敏度不同。各种不同对不同波长的入射光，光敏电阻相对灵敏度不同。各种不同材料的光谱特性曲线如图所示。材料的光谱特性曲线如图所示。n光敏电阻的光照特性n光敏电阻的光谱特性6.9.2 内光电效应及器件 n阻挡层光电效应是在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。光电池、光敏晶体管。一、光电池及特性 1.结构及原理硅光电池的结构和 工作原理如图所示。nP型区表面吸收的光子越多，激发的电子空穴对越多。越向内部电子空穴对越少，由于浓度差，便会产生扩散，空穴是p区的多子，电子是N区的多子，便在p区形成正电荷，N区形成负电荷。6.9.3 阻挡层光电效应及器件 n2.光电池的基本特性(1)
35、光电池的光谱特性 图所示曲线为硒光电池和硅光电池的光 谱特性曲线，即相对灵敏度k和入射光波长之间的关系曲线。n可见不同材料的光电池的光谱峰值位置是不同的，故在实际使用时要根据光源性质选择光电池。6.9.3 阻挡层光电效应及器件(2)光电池的光照特性 图为硅光电池的光照特性曲线。二、光敏晶体管及特性 1.光敏晶体管的结构和工作原理 光敏二极管的符号及接线法如图所示。n开路电压与光照度非线性，而短路电流则与光照度成线性即应该把光电池当成电流源使用。6.9.3 阻挡层光电效应及器件 n光敏三极管有PNP型和NPN型两种，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。其符号如图所示。6.9.3 阻挡层光电效应及器件
36、 n2.光敏晶体管的基本特性 (1)光敏晶体管的光谱特性见图。(2)光敏晶体管的伏安特性曲线见图。6.9.3 阻挡层光电效应及器件 n(3)光敏晶体管的光照特性曲线见图。6.9.3 阻挡层光电效应及器件 一、工作原理光电式转速计是利用光电效应原理制成的。6.9.4 光电式转速计 n光电管构成的转速计分反射型和直射型两种。n光源1发射的光线经透镜2成为平行光，照射到模片3上。部分透射部分反射，经聚光镜4聚成一点，照射在黑白相间的光栅上，黑色吸收白色反射，再透过模片聚在光电元件上，形成光脉冲是光电管产生相应电脉冲。n直射型光电式转速计被测轴1上装有带孔的圆盘2，圆盘的一端设置光源3，另一边设置光电管4，圆盘随轴转动，光电管就输出一系列与转速及圆盘上的孔数成正比的电脉冲。6.9.4 光电式转速计