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光电传感器调研报告

前言：

在科学技术高速发呈当代社会中，人类已经入瞬息万变信息时代，人们在寻常生活，生产过程中，重要依托检测技术对信息经获取、筛选和传播，来实现制动控制，自动调节，当前国内已将检测技术列入优先发展科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术发展，使得光电传感器应用与日俱增。这种传感器具备构造简朴、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反映快以及构造简朴,形式灵活多样等长处，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基本，由光电材料构成器件。

一、理论基本——光电效应

光电效应普通有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。

光照在照在光电材料上，材料表面电子吸取能量，若电子吸取能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而变化光电子材料导电性，这种现象成为外光电效应。

依照爱因斯坦光电子效应，光子是运动着粒子流，每种光子能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，h＝6.63*10-34J/HZ)，由此可见不同频率光子具备不同能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子所有能量交给光子，电子能量将会增长，增长能量一某些用于克服正离子束缚，另一某些转换成电子能量。依照能量守恒定律：

式中，m为电子质量,v为电子逸出初速度,A微电子所做功。

由上式可知，要使光电子逸出阴极表面必要条件是hA。由于不同材料具备不同逸出功，因而对每一种阴极材料，入射光均有一种拟定频率限，当入射光频率低于此频率限时，无论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。

相应波长为式中，c为光速，A为逸出功。

当受到光照射时，吸取电子能量，其电阻率减少导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是，若电子能量大与半导体禁带能级宽度，则电子从价带跃迁到导带，形成电子，同步，价带留下相应空穴。电子、空穴仍留在半导体内，并参加导电在外电场作用下形成电流。除金属外，多数绝缘体和半导体均有光电效应，半导体尤为明显，依照光导效应制造光电元件有固有入射光频率，当光照在光电阻上，其导电性增强，电阻值下降。光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。半导体受光照射产生电动势现象称为光生伏特效应，据此效应制造光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。

二、光电传感器原理

光电传感器是通过把光强度变化转换成电信号变化来实现控制，它基本构造如图6，它一方面把被测量变化转换成光信号变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器普通由光源,光学通路和光电元件三某些构成.光电检测办法具备精度高,反映快,非接触等长处,并且可测参数多,传感器构造简朴,形式灵活多样,因而,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器普通由三某些构成，它们分为：发送器、接受器和检测电路，发送器对准目的发射光束，发射光束普通来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者变化脉冲宽度。接受器有光电二极管、光电三极管、光电池构成。在接受器前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其背面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关构造元件中尚有发射板和光导纤维，三角反射板是构造牢固发射装置。它由很小三角锥体反射材料构成，可以使光束精确地从反射板中返回，具备实用意义。它可以在与光轴0到25范畴变化发射角，使光束几乎是从一根发射线，通过反射后，还是从这根反射线返回。光敏二极管是最常用光传感器。光敏二极管外型与普通二极管同样，只是它管壳上开有一种嵌着玻璃窗口，以便于光线射入，为增长受光面积，PN结面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管同样，反向电流很小（＜μA），称为光敏二极管暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多反向电流，该反向电流称为光电流。光电流大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化电信号。

光敏三极管除了具备光敏二极管能将光信号转换成电信号功能外，尚有对电信号放大功能。光敏三级管外型与普通三极管相差不大，普通光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光重要被基区吸取。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比普通三极管穿透电流还小；当有光照时，激发大量电子-空穴对，使得基极产生电流Ib增大，此刻流过管子电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二