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第五章 光电式传感器 学习要求： 1.掌握光电式传感器的原理及特性。 2.学会光电式传感器的应用 学习内容： 光电效应 光电器件及其特征 光电式传感器的测量电路 光电传感器及其应用 光纤传感器 电荷耦合器件 光栅式传感器 激光式传感器 幕型和线型的红外线光电开关 5.1 光电器件 外光电效应： 在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。 向外发射的电子叫光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。 光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸出电子的动能。 光电管、光电倍增管 光电管工作原理示意图 光电倍增管 2. 内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类：  1） 光电导效应 在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度， 就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 2） 光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏晶体管。 5.1.1 光敏电阻 1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，由半导体材料制成。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，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，亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构 在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案， 如图（b）所示。 图（c）为光敏电阻的接线图。 2. 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有： 1) 暗电阻/暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。  2) 亮电阻/亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。  3) 光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。 3. 光敏电阻的基本特性 (1) 伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。 图为硫化镉光敏电阻的伏 安特性曲线。由图可见， 光敏电阻在恒定的电压作 用下，其I随着光照不同变 化。说明其阻值与入射 光量有关，而与电压电流 无关。 （lx为单位面积上接收的 光通量，单位勒克斯） （2）光照特性 描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图为硫化镉光敏电阻的光照特性。lm-流明，光通量单位，表示光源在单位时间内向空间辐射的，可为人眼感觉到的光能量。 （3） 光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏