传感器光电式传感器精.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《传感器光电式传感器精.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器光电式传感器精.ppt(46页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第1页,本讲稿共46页主要主要内内容容4.1概述概述4.2外光外光电电效效应应4.3内内光光电电效效应应4.4阻阻挡层挡层光光电电效效应应第四章光电式传感器原理第2页,本讲稿共46页光电传感器光电传感器是利用是利用光敏元件将光信号转换为电信号的光敏元件将光信号转换为电信号的装置装置。使用它测量非电量时,首先将这些使用它测量非电量时,首先将这些非电物理量非电物理量的变化转的变化转换成换成光信号光信号的变化,再由的变化,再由光电传感器光电传感器将光信号的变化将光信号的变化转变为转变为电信号电信号的变化。的变化。光电传感器具有结构简单、非接触、高可靠、高精度和反光电传感器具有结构简单、非接触、高可靠
2、、高精度和反应速度快等特点。应速度快等特点。4.1 概述第3页,本讲稿共46页1、光谱、光谱光谱(光谱(spectrum)是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按被色散开的单色光按波长(或频率)波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。为光学频谱。光波:光波:波长为波长为10106nm的电磁波的电磁波可见光:可见光:波长波长380780nm紫外线:紫外线:波长波长10380nm波长波长300380nm称为近紫外线称为近紫外线波长波长200300nm称为远紫外线称为远紫外线波长波长10200nm
3、称为极远紫外线称为极远紫外线红外线:红外线:波长波长780106nm波长波长3m(即(即3000nm)以下的称近红外线)以下的称近红外线波长超过波长超过3m的红外线称为远红外线。的红外线称为远红外线。4.1 概述第4页,本讲稿共46页第5页,本讲稿共46页2、光电器件、光电器件(1)钨丝白炽灯)钨丝白炽灯用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通,一般白炽灯的辐用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通,一般白炽灯的辐射光谱是射光谱是连续的连续的发光范围:发光范围:可见光、大量红外线和紫外线,任何光敏元件可见光、大量红外线和紫外线,任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。都能和它配合接收到光信号。特点:特点:寿
4、命短而且发热大、效率低、动态特性差,但对接寿命短而且发热大、效率低、动态特性差,但对接收光敏元件的光谱特性要求不高,是可取之处。收光敏元件的光谱特性要求不高,是可取之处。在普通白炽灯基础上制作的发光器件有溴钨灯和碘钨灯,在普通白炽灯基础上制作的发光器件有溴钨灯和碘钨灯,其体积较小,光效高,寿命也较长。其体积较小,光效高,寿命也较长。4.1 概述第6页,本讲稿共46页(2)气体放电灯)气体放电灯定义:利用定义:利用电流通过气体产生发光现象电流通过气体产生发光现象制成的灯。制成的灯。气气体体放放电电灯灯的的光光谱谱是是不不连连续续的的,光光谱谱与与气气体体的的种种类类及及放放电电条条件件有有关关。
5、改改变变气气体体的的成成分分、阴阴极极材材料料和和放放电电电电流流大大小小,可可得得到主要在某一光谱范围的辐射。到主要在某一光谱范围的辐射。低低压压汞汞灯灯、氢氢灯灯、钠钠灯灯、氦氦灯灯是是光光谱谱仪仪器器中中常常用用的的光光源源,统统称为称为光谱灯光谱灯。例例如如低低压压汞汞灯灯的的辐辐射射波波长长为为254nm,钠钠灯灯的的辐辐射射波波长长为为589nm,它们经常用作光电检测仪器的,它们经常用作光电检测仪器的单色光源单色光源。气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯1/21/3。4.1 概述第7页,本讲稿共46页(3)发光二极管)发光二极管LED(LightEmitti
6、ngDiode)由半导体由半导体PN结构成,其工作电压低、响应速度快、寿命结构成,其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻,因此获得了广泛的应用。长、体积小、重量轻,因此获得了广泛的应用。4.1 概述第8页,本讲稿共46页(4)激光器)激光器激光是激光是20世纪世纪60年代出现的最重大科技成就之一,具有高方年代出现的最重大科技成就之一,具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从向性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从0.24m到远红外整个光频波段范围。到远红外整个光频波段范围。激光器激光器种类繁多,按工作物质分类:种类繁多,按工作物质分类:u固体固体激光器(如红宝石激
7、光器)激光器(如红宝石激光器)u气体气体激光器(如氦激光器(如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器)氖气体激光器、二氧化碳激光器)u半导体半导体激光器(如砷化镓激光器)激光器(如砷化镓激光器)u液体液体激光器。激光器。4.1 概述第9页,本讲稿共46页主要主要内内容容4.1概述概述4.2外光外光电电效效应应4.3内内光光电电效效应应4.4阻阻挡层挡层光光电电效效应应第四章光电式传感器原理第10页,本讲稿共46页光电效应光电效应光光可可以以被被看看作作是是由由一一连连串串具具有有一一定定能能量量的的粒粒子子(称称为为光光子子)所所构构成成,每每个个光光子子具具有有的的能能量量正正比比于于光光的的频频
8、率率。用用光光照照射射某某一物体时,就可以看作这物体受到一连串能量的光子所轰击。一物体时,就可以看作这物体受到一连串能量的光子所轰击。光光电电效效应应是是指指物物体体吸吸收收了了光光能能后后转转换换为为该该物物体体中中某某些些电电子子的的能量,从而产生的电效应。能量,从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。4.2 外光电效应第11页,本讲稿共46页外光电效应外光电效应在在光光线线的的作作用用下下,物物体体内内的的电电子子逸逸出出物物体体表表面面向向外外发发射射的的现现象称为外光电效应。象称为外光电效应。向外发射的电子叫做向外发射的电子叫做光电子光电
9、子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。4.2 外光电效应第12页,本讲稿共46页根根据据爱爱因因斯斯坦坦假假设设,一一个个电电子子只只能能接接受受一一个个光光子子的的能能量量,所所以以要要使使一一个个电电子子从从物物体体表表面面逸逸出出,必必须须使使光光子子的的能能量量大大于于该该物物体体的的表表面逸出功面逸出功,超过部分的能量表现为逸出电子的动能。,超过部分的能量表现为逸出电子的动能。根据能量守恒定理根据能量守恒定理m电子质量;电子质量;v0电子逸出速度。电子逸出速度。4.2 外光电效应h普朗克常数,普朗克常数,6.62610-3
10、4Jsf光的频率(光的频率(s-1)第13页,本讲稿共46页光光电电子子能能否否产产生生,取取决决于于光光子子的的能能量量是是否否大大于于该该物物体体的的表表面面电子逸出功电子逸出功A0。不不同同的的物物质质具具有有不不同同的的逸逸出出功功,即即每每一一个个物物体体都都有有一一个个对对应应的光频阈值,称为的光频阈值,称为红限频率或波长限红限频率或波长限。光光线线频频率率低低于于红红限限频频率率,光光子子能能量量不不足足以以使使物物体体内内的的电电子子逸逸出出,因因而而小小于于红红限限频频率率的的入入射射光光,光光强强再再大大也也不不会会产产生生光光电电子发射。子发射。入入射射光光频频率率高高于
11、于红红限限频频率率,即即使使光光线线微微弱弱,也也会会有有光光电电子子射射出。出。4.2 外光电效应第14页,本讲稿共46页外光电效应器件外光电效应器件利利用用物物质质在在光光的的照照射射下下发发射射电电子子的的外外光光电电效效应应而而制制成成的的光光电电器器件件,一一般般都都是是真真空空的的或或充充气气的的光光电电器器件件,如如光光电电管管和和光光电电倍增管倍增管。(1)光电管)光电管光阳极光电阴极光窗光电管有真空光电管和充气光电管或称电子光电管和光电管有真空光电管和充气光电管或称电子光电管和离子光电管两类。离子光电管两类。由一个由一个阴极阴极和一个和一个阳极阳极构成,并且密封在一只真空构成
12、,并且密封在一只真空玻璃管内。玻璃管内。阴极阴极装在玻璃管内壁上,其装在玻璃管内壁上,其上涂有光上涂有光电发射材料电发射材料。阳极阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形,通常用金属丝弯曲成矩形或圆形,置于玻璃管的中央。置于玻璃管的中央。4.2 外光电效应第15页,本讲稿共46页光阳极光电阴极光窗当当阴阴极极受受到到适适当当波波长长的的光光线线照照射射时时便便发发射射电电子子,电电子子被被带带正正电电位位的的阳阳极极所所吸吸引引,光光电电管管内内产产生生电电子子流流,在在外外电电路中产生电流。路中产生电流。A.光电管的伏安特性:光电管的伏安特性:当当光光通通量量一一定定时时,阳阳极极电电压压与与阳阳极
13、极电电流的关系曲线。流的关系曲线。光光电电管管的的工工作作点点应应选选在在光光电电流流与与阳阳极极电压无关的区域内。电压无关的区域内。光电管的伏安特性光电管的伏安特性4.2 外光电效应第16页,本讲稿共46页B.光电管的光照特性光电管的光照特性通通常常指指当当光光电电管管的的阳阳极极和和阴阴极极之之间间所所加加电电压压一一定定时时,光光通通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。曲线曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特性表示氧铯阴极光电管的光照特性光电流光电流I与光通量成线性关系。与光通量成线性关系。曲线曲线2为锑铯阴极的光电管光照特性为锑铯阴极的光电管光照
14、特性它成非线性关系。它成非线性关系。光电管的灵敏度光电管的灵敏度:光通量的单位为光通量的单位为“流明流明”。光电管的光照特性255075100200.51.5 2.0/1mIA/A1.02.514.2 外光电效应第17页,本讲稿共46页C.光电管的光谱特性光电管的光谱特性光阴极对光谱有选择性,因此,光电管对光谱有选择性。光阴极对光谱有选择性,因此,光电管对光谱有选择性。保保持持光光通通量量和和阳阳极极电电压压不不变变,阳阳极极电电流流与与光光波波长长之之间间的的关关系叫光电管的光谱特性。系叫光电管的光谱特性。对对于于光光电电阴阴极极材材料料不不同同的的光光电电管管,有有不不同同的的红红限限频频
15、率率,因因此它们可用于不同的光谱范围。此它们可用于不同的光谱范围。即即使使照照射射在在阴阴极极上上的的入入射射光光的的频频率率高高于于红红限限频频率率,并并且且强强度度相相同同,随随着着入入射射光光频频率率的的不不同同,阴阴极极发发射射的的光光电电子子的的数数量量还还会会不不同同,即即同同一一光光电电管管对对于于不不同同频频率率的的光光的的灵灵敏敏度度不不同,这就是同,这就是光电管的光谱特性光电管的光谱特性。对各种不同波长区域的光,应选用不同材料的光电阴极。对各种不同波长区域的光,应选用不同材料的光电阴极。4.2 外光电效应第18页,本讲稿共46页(2)光电倍增管)光电倍增管光电管缺点:光电管
16、缺点:入入射射光光微微弱弱时时,光光电电管管可可产产生生的的光光电电流流很很小小,光光电电流流被被放放大,但噪声同时被放大了,采用光电倍增管。大,但噪声同时被放大了,采用光电倍增管。光电倍增管由光电阴极、若干倍增极和阳极组成。光电倍增管由光电阴极、若干倍增极和阳极组成。4.2 外光电效应第19页,本讲稿共46页倍增极上涂有光敏材料,并且电位逐级升高倍增极上涂有光敏材料,并且电位逐级升高阴极发射的光电子以高速射到倍增极上,引起二次电子发射阴极发射的光电子以高速射到倍增极上,引起二次电子发射最终电子被阳极接收最终电子被阳极接收光电阴极光电倍增极阳极4.2 外光电效应第20页,本讲稿共46页主要参数
17、主要参数A.倍增系数倍增系数倍增系数倍增系数M等于等于n个倍增极的二次电子发射系数个倍增极的二次电子发射系数的乘积。的乘积。若若n个倍增电极的个倍增电极的都相同都相同则则M=M与所加电压有关与所加电压有关103104105106255075100125极间电压/VM4.2 外光电效应第21页,本讲稿共46页B.光电倍增管的光照特性光电倍增管的光照特性光光照照特特性性反反应应了了光光电电倍倍增增管管的的阳阳极极输输出出电电流流与与照照射射在在光光电电阴阴极极上的光通量之间的函数关系。上的光通量之间的函数关系。与与直直线线最最大大偏离是偏离是3%10131010109107105103101在在4
18、5mA处处饱和饱和10141010106102光通量光通量/1m阳阳极极电电流流/A对对于于较较好好的的管管子子,在在很很宽宽的的光光通通量量范范围围之之内内,这这个个关关系系是是线线性性的的,即即入入射射光光通通量量小小于于10-4lm时时,有有较较好好的的线线性性关关系系。光光通通量量大大,开始出现非线性。开始出现非线性。4.2 外光电效应第22页,本讲稿共46页主要主要内内容容4.1概述概述4.2外光外光电电效效应应4.3内内光光电电效效应应4.4阻阻挡层挡层光光电电效效应应第四章光电式传感器原理第23页,本讲稿共46页内光电效应:内光电效应:在光线的作用下能使物体在光线的作用下能使物体
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 光电
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内