《第07章-光电式传感器-《传感器(第4版)》课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第07章-光电式传感器-《传感器(第4版)》课件.ppt（105页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第七章 光电式传感器组成光电传感器一般由辐射源、光学通路、光电器件组成。工作原理首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、相位、空间分布和频谱分布等，由光电器件将光信号转化为电信号。电信号经后续电路解调分离出被测量信息，实现测量。特点频谱宽不受电磁干扰的影响非接触测量高精度、高分辨力、高可靠性反应快应用检测、控制领域第一节 光源光源是光电式传感器的重要组成部分。选择光源要考虑哪些因素？波长谱分布相干性体积造价功率一、热辐射光源什么是热辐射光源？热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种
2、原理的光源称为热辐射光源。哪些光源属于热辐射光源？白炽灯卤钨灯热辐射光源的峰值波长与什么有关？物体温度越高，辐射能量越大，波长越短。热辐射光源有哪些特点？输出功率大响应速度慢，调制频率低于1kHz，不能用于快速的正弦和脉冲调制。白炽灯为可见光源，峰值波长在近红外区域，可用作近红外光源。二、气体放电光源什么是气体放电光源？电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。气体放电光源的光谱与什么有关？其光谱是不连续的，光谱与气体的种类几放电条件有关。哪些光源属于气体放电光源？低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯统称为光谱灯，常用作单色光源。还有氙灯。发光二极管的结构发光二极管的发光
3、强度与电流成正比，这个电流约在几十毫安之内，太大会引起输出光强饱和，甚至损坏器件，使用时常串连一电阻。电极控制层N型半导体电极绝缘层P型半导体发光二极管有哪些优点？体积小寿命长工作电压低响应速度快发热小激光器有哪些优点？单色性好、方向性好、亮度高、相干性好激光器有哪几种？固体激光器（红宝石）气体激光器（He-Ne）,（CO2，远红外光源）半导体激光器（体积小，能量高，电源简单）液体激光器一、热探测器热探测型器件首先将光信号的能量变为自身的温度变化，再利用器件某种温度敏感特性将温度变化转变为相应的电信号。它是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器。探测器对波长没有选择性，只与接收到的总能量
4、有关，尤其适用于红外探测。种类有：测辐射的热电偶、测辐射的热敏电阻、热释电探测器等。热释电传感器可用于防火、防盗装置，光谱仪，红外测温仪，热象仪，红外遥感技术等中。（查资料）二、光子探测器光子探测型器件基于光电效应原理，即利用光子本身能量激发载流子。这类器件有一定的截止波长，但响应速度快，灵敏度高，使用最为广泛。什么是光电效应？光是由光子组成的，其能量和频率关系为 E=hf光照在物体上可看成是一连串具有能量为E的光子轰击物体，如果光子能量足够大，物质内部电子在吸收光子后就会摆脱内部力的束缚，成为自由电子，自由电子可能从物质表面逸出，也可能参与物质内部的导电过程，这种现象称为光电效应。（一）光电
5、发射型探测器在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，用这种原理制成的光电器件称为光电发射型探测器。主要有：真空光电管和光电倍增管概念红限临界波长hc/A0图7-3 真空光电管的结构及外接电路a)结构 b)外接电路图7-4 光电倍增管的结构原理图光电管的特性包括：光电特性（I-）、伏安特性（I-U）、光谱特性（I-）等图7-5 光电管的特性a)光电倍增管的光电特性 b)光电倍增管的伏安特性 c)光电管的光谱特性-铯氧银阴极-锑化银阴极-人的视觉光谱特性（二）光电导型探测器半导体材料在光线作用下，其电阻值往往变小，这种现象称为光导效应，基于光导效应的光电器件称为光敏电阻，也叫光导管。
6、特点：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。纯电阻元件，无源器件，有电流通过时，会产生热的问题。电路简单。适用于红外探测。（三）光电结型探测器与光电导型工作原理相似，利用光子引起的电子跃迁将光信号转变为电信号，只是光照射在半导体结上而已，。主要有：光电二极管和光电三极管。（四）光生伏特型探测器是一种自发电式的有源器件。这种半导体器件受到光照射时就产生一定方向的电动势，而不需要外部电源。这种因光照而产生电动势的现象称为光生伏特效应。用可见光作光源的光电池是最常用的光生伏特型元件，如硅光电池。太阳能电池优点：轻便、简单、不会产生气体或热污染，易于适应环境。可用于宇宙飞行器的各种仪表电源。图7-8 硅光电池构造原理和图示符号 半导体光电器件的特性包括：光电特性、伏安特性、光谱特性、频率特性、温度特性等图7-10 半导体光电器件的光电特性a）硒光敏电阻的光电特性 b）光敏晶体管的光电特性 c）硅光电池的光电特性图7-12 半导体光电材料的光谱特性a）光敏电阻的光谱特性 b）光敏管和光电池的光谱特性