机械工程测试技术第 3 章常用传感器与敏感元件.pptVIP

反之，当入射光的频率髙于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率”外光电效应的光电器件属于光电发射型器件，有光电管，光电倍增管等。真空光电管结构阴极阳极阴极阳极光电管有真空光电管和充气光电管。真空光电管的结构如图所示。在一个真空的玻璃泡内装有两个电极：阴极和阳极.光电阴极通常采用逸出功小的光敏材料（如铯Cs)。当光线照射到光敏材料上便有电子逸出，这些电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，在外电路就产生电流。可使电流大小都与光强成函数关系.从而实现光电转换。光电倍增管工作原理如图所示，在光电阴极和阳极之间加入D1、D2、D3、…若干个光电倍增极，这些倍增极涂有Sb（锑?[tī]?）-Cs或Ag-Mg等光敏物质。工作时，这些电极的电位逐级增高。当光线照射到光电阴极时，产生的光电子受第一级倍增极D1正电位作用.加速并打在该倍增极上产生二次发射。在更高电位的D2极作用下又将加速打到D2…一直到达阳极光电倍增管阳极光电阴极入射光第一倍增级第二倍增级第n倍增级半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，受光照物体（通常为半导体材料）电导率发生变化或产生光电动势的效应称为内光电效应。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管2.内光电效应内光电效应按其工作原理分为两种：光电导效应和光生伏特效应。1）光电导效应半导体材料受到光照时电阻率发生变化的现象.称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻（光电导型）和反向工作的光敏二极管、光敏三极管（光电导结型）1）光敏电阻工作原理：在无光照时，光敏电阻的阻值是很高的，当受到光线作用时，半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，提高了材料的导电性能。光照停止后，自由电子和空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值。光敏二极管：光敏三极管：光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻，机械强度高，耐冲击，抗过载能力强，耗散功率大，以及寿命长等特点。由于光电导效应只限于光照的表面薄层，因此光电半导体一般都作成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。光导体电极照相机自动测光光控灯工业控制应用3：亮度传感器通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。2）光生伏特效应（光电池）光生伏特效应：是指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。+++---PN（2）光生伏特效应及器件光生伏特效应又可分为两种：1．结光电效应：PN结，当光线照射结区，便在结区两部分之间引起光生电动势叫结光电效应。2．侧向光电效应：灵敏面局部受光照时，由载流子浓度梯度产生电动势，称为侧向光电效应。光电池的工作原理就是基于光生伏特效应。硅光电池是在N型硅片渗入P型杂质形成的一个大面积的PN结，它可以将光能直接变成电能。3、光电传感器及其应用（1）模拟式光电传感器将被测量转换成连续变化的光电流，要求光电元件的光照特性为单值线形，光源的光照均匀恒定。光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式（直射）、吸收式、遮光式、反射式、时间差式五种基本形式。b.被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物体对光吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数。如气体、液体的透明度，分析气体、液体的成分等。a.被测物体本身是光辐射源，由它释放的光射向光电元件。如：光电高温计、红外遥感、红外侦察等。c.被测物体位于恒定光源与光电元件之间，根据被测物体阻挡光通量多少来测定被测参数。如：测量零件的长度、厚度、线位移、角位移、角速度等。d.恒定光源释放出的光投射到被测物体上，再从其表面反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测物体的表面性质和状态。如：测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。应用1：鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。e.时差测距。恒定光源发出的光投射到目的物，然后反射至光电元件，根据发射与接收之间的时间差测出距离。如：光电测距仪。相机测距反射式光电传感器2、开关式光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”、“无”电信号输出的特性，将被测量转换成断续变化的开关信号。要求光电元件的灵敏度高，对光照特性的线形度要求不高。用于零件的自动记数、光控开关、计算机光电输入设备、光电编码器等。前香港中文大学校长高锟（美