《传感器原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第7章 光电式传感器

第7章光电式传感器 2021/2/1

2021/2/1 1 第7章 光电式传感器

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。 2021/2/1

2021/2/1 2 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

7.1光电传感器 711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 e=h y 2021/2/1

2021/2/1 3 7.1.1 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。   hc E = h = 7.1 光电传感器

711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。 n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。 2021/2/1

2021/2/1 4 7.1.1 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

特点 光的波长越短,即频率越高,其光子的 能量也越大;反之,光的波长越长,其 光子的能量也就越小。不同颜色的光子 由于其光波频率不同其能量也是不同的, 绿光光子比红光光子具有更多的能量, 照射在物体上可看作是一连串具有能量 为粒子轰击在物体上。光子与物质间 的连接体是电子。 2021/2/1 5

2021/2/1 5 特点 ◼ 光的波长越短，即频率越高，其光子的 能量也越大；反之，光的波长越长，其 光子的能量也就越小。不同颜色的光子 由于其光波频率不同其能量也是不同的， 绿光光子比红光光子具有更多的能量， 照射在物体上可看作是一连串具有能量 为E的粒子轰击在物体上。光子与物质间 的连接体是电子

712外光电效应器件 光电管 阳极A 阴极K 离外党 阴圾K 阳圾A R UoUT 引 光电管的结构图 光电管基本电路 2021/2/1

2021/2/1 6 7.1.2 外光电效应器件 ◼ 光电管

712外光电效应器件 光电管的伏安特性曲线 l。( q=0 q=0.05lm q=0.02lm 20 40 60 80100U 2021/2/1

2021/2/1 7 7.1.2 外光电效应器件 ◼ 光电管的伏安特性曲线 UA（V） I (A)  0 20 40 60 80 100 1 2 3 4  = 0.1 lm 0.05 0.02 lm lm   = =

712外光电效应器件 光电管的光照特性 16 锑铯阴极光电管 田12 8 银氧铯阴极光电管 0.2040.60.8 光通量Φ(lm) 2021/2/1

2021/2/1 8 7.1.2 外光电效应器件 ◼ 光电管的光照特性 银氧铯阴极光电管 光通量Ф（lm） 0 4 8 12 16 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ) ( A I   光电流 锑铯阴极光电管

712外光电效应器件 光电管的光谱特性曲线 0.5 红光、红外线区 0.4 0.3 0.2 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 波长(m) 银氧铯光电阴极 2021/2/1

2021/2/1 9 7.1.2 外光电效应器件 ◼ 光电管的光谱特性曲线 相对灵敏度（%） (m) 银氧铯光电阴极 0.2 0.4 0.6 波长 红外线区 0.2 0.3 0.1 0.4 0.5 0.8 1.0 红光

712外光电效应器件 ■光电倍增管 光 阴极K倍增极D阳极A 光 DL 阳极A 阴极K D 2021/2/1 10

2021/2/1 10 7.1.2 外光电效应器件 ◼ 光电倍增管