光電式傳感器原理課件

1、第10章光電式傳感器101光電式傳感器的工作原理及基本組成102光電式傳感器中的敏感元件103光電式傳感器的類型及設(shè)計104光電式傳感器的應(yīng)用光電式傳感器是利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置光電式傳感器工作時先將被測量轉(zhuǎn)換為光量的變化然后通過光電器件再把光量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量變化從而實(shí)現(xiàn)非電量的測量其核心敏感元件是光電器件基礎(chǔ)是光電效應(yīng)光電式傳感器可用來測量光學(xué)量或測量已先行轉(zhuǎn)換為光學(xué)量的其它被測量然后輸出電信號測量光學(xué)量時光電

2、器件是作為敏感元件使用而測量其它物理量時它作為變換元件使用光電式傳感器由光路及電路兩大部分組成光路部分實(shí)現(xiàn)被測信號對光量的控制和調(diào)制電路部分完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換常用的光電轉(zhuǎn)換元件有真空光電管充氣光電管光電倍增管光敏電阻光電池光電二極管及光敏三極管等它們的作用是檢測照射其上的光通量選用何種形式的光電轉(zhuǎn)換元件取決于被測參數(shù)所需的靈敏度響應(yīng)的速度光源的特性及測量環(huán)境和條件等102光電式傳感器中的敏感元件當(dāng)光照射在某些物體上時光能量作用于

3、實(shí)測物而釋放出電子這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)所放出的電子叫光電子光電效應(yīng)一般分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類根據(jù)這些效應(yīng)可以做出相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件簡稱光電元件或光敏器件光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時光子的能量傳給光電材料表面的電子如果入射到表面的光能使電陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率n0并且強(qiáng)度相同隨著入射光頻率的不同陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量也會不同即同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同這就是光電管的光譜特性所以對各種不同波長區(qū)域的

4、光應(yīng)選用不同材料的光電陰極2光電倍增管及其基本特性1結(jié)構(gòu)與工作原理當(dāng)入射光很微弱時普通光電管產(chǎn)生的光電流很小只有零點(diǎn)幾個微安很不容易探測這時常用光電倍增管對電流進(jìn)行放大下圖是光電倍增管的外形和工作原理圖光電倍增管由光陰極倍增電極以及陽極三部分組成光陰極是由半導(dǎo)體光電材料銻銫做成次陰極是在鎳或鋼－鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料而形成的陽極是最后用來收集電子的如果在光電陰極上由于入射光的作用發(fā)射出一個電子這個電子將被第一倍增極的正電壓所加速而轟擊第

5、一倍增極設(shè)這時第一倍增極有δ個二次電子發(fā)出這δ個電子又轟擊第二倍增極而其產(chǎn)生的二次電子又增加δ倍經(jīng)過n個倍增極后原先一個電子將變?yōu)棣膎個電子這些電子最后被陽極所收集而在光電陰極與陽極之間形成電流i則iiΦδn式中n為二次發(fā)射極數(shù)δ為二次電子發(fā)射系數(shù)故輸出電壓UsciRiΦδnR光電倍增管的優(yōu)點(diǎn)是放大倍數(shù)很高可達(dá)106線性好頻率特性好缺點(diǎn)是體積大需數(shù)百伏至1kV的直流電壓供電光電倍增管一般用于微弱光輸入要求反映速度很快的場合