1、第8章 光電式傳感器及其應用1第8章 光電式傳感器及其應用2按任務原理分類：按任務原理分類：光電效應傳感器光電效應傳感器紅外熱釋電傳感器紅外熱釋電傳感器固體圖像傳感器固體圖像傳感器光纖傳感器光纖傳感器 第8章 光電式傳感器及其應用3第第5章章 光電式傳感器及其運用光電式傳感器及其運用 光電傳感器光電傳感器:將光信號紅外、可見光及紫外光轉變成為將光信號紅外、可見光及紫外光轉變成為電信號的器件。電信號的器件。對于不同波長對于不同波長的光有不同的的光有不同的光學傳感器光學傳感器遠紫外近紫外可見光近紅外遠紅外極遠紫外0.010.11100.050.55波長/m第8章 光電式傳感器及其應用4光電效應：光

2、照射某一物體，可以看作是一連串能量為光電效應：光照射某一物體，可以看作是一連串能量為E的光子轟擊在這個物體上，此光陰子能量就傳送給電子，的光子轟擊在這個物體上，此光陰子能量就傳送給電子，電子得到光子傳送的能量后其形狀就會發生變化，從而使電子得到光子傳送的能量后其形狀就會發生變化，從而使受光照射的物體產生相應的電效應，稱這種物理效應為光受光照射的物體產生相應的電效應，稱這種物理效應為光電效應。電效應。光子能量正比于光的頻率。光子能量正比于光的頻率。外光電效應外光電效應內光電效應內光電效應5.1 光電效應和熱釋電效應光電效應和熱釋電效應第8章 光電式傳感器及其應用5外光電效應：在光線作用下，物體內

3、的電子獲得光子的能量外光電效應：在光線作用下，物體內的電子獲得光子的能量從而脫離正電荷的束縛，逸出物體外表向外發射的景象。從而脫離正電荷的束縛，逸出物體外表向外發射的景象。條件：光子能量大于該物體的外表逸出功條件：光子能量大于該物體的外表逸出功u基于外光電效應的光電器件：基于外光電效應的光電器件：光電管、光電倍增管、光電攝像光電管、光電倍增管、光電攝像管等管等02021Amh光電效應方程：光電效應方程： 結論：結論：1 1光電子能否產生，取決于光子的能量能否光電子能否產生，取決于光子的能量能否大于該物體的外表電子逸出功大于該物體的外表電子逸出功A0A0；2 2逸出的光電子逸出的光電子具有動能；

4、具有動能； 3 3、 一定時，產生的光電流和光強一定時，產生的光電流和光強成正比成正比抑制逸出功；轉抑制逸出功；轉化為電子的動能化為電子的動能第8章 光電式傳感器及其應用6二、內光電效應二、內光電效應當光照在物體上，使物體的電導率發生變化，或產當光照在物體上，使物體的電導率發生變化，或產生光生電動勢的景象。生光生電動勢的景象。當光照射在物體上，電子吸收光子能量從鍵合形狀過度到自在形狀而使物體的電導率發生變化的景象常見器件：光敏電阻1. 光電導效應光電導效應光光半導體半導體電子吸收能量電子吸收能量 躍遷躍遷電子電子-空穴對空穴對阻值降低，導電性能加強，電導率增阻值降低，導電性能加強，電導率增大大

5、gEh原理：原理：Eg第8章 光電式傳感器及其應用72、光生伏特效應、光生伏特效應PN光光生電子空穴對原理：原理：光光PN結結電子電子N, 空穴空穴P電動勢電動勢光線照射光線照射PN結時，設光結時，設光子能量大于禁帶寬度子能量大于禁帶寬度Eg，使價帶中的電子躍遷到使價帶中的電子躍遷到導帶，產生電子空穴對，導帶，產生電子空穴對，在阻撓層內電場的作用在阻撓層內電場的作用下，被光激發的電子移下，被光激發的電子移向向N區外側，被光激發區外側，被光激發的空穴移向的空穴移向P區外側，區外側，從而使從而使P區帶正電，區帶正電，N區區帶負電，構成光電動勢。帶負電，構成光電動勢。第8章 光電式傳感器及其應用8三

6、、三、 熱釋電效應紅外檢測熱釋電效應紅外檢測熱釋電效應：當一些晶體溫度變化時，其原子陳列將發生變化，晶體自然極化，在晶體兩外表產生電荷的景象。包含光-熱、熱-電兩個階段的變換過程。熱釋電資料熱釋電資料:熱釋電晶體熱釋電晶體(鈮酸鋰、鉭酸鋰鈮酸鋰、鉭酸鋰)、熱釋電、熱釋電陶瓷陶瓷(鈦酸鋇鈦酸鋇BaTiO3、鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛PZT)和熱和熱釋電塑料釋電塑料(聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯PVDF)等。等。運用：紅外探測器、溫度傳感器、熱成像器件等運用：紅外探測器、溫度傳感器、熱成像器件等 第8章 光電式傳感器及其應用95.2 光電器件光電器件(光電傳感器光電傳感器) 光電管光電管:光電倍增管：光電倍增

7、管：光敏電阻光敏電阻:光電二極管：光電二極管：光電三極管光電三極管 :光電池光電池:第8章 光電式傳感器及其應用10一、光電管一、光電管構造：在真空玻璃管內裝有光電陰極構造：在真空玻璃管內裝有光電陰極(逸出功小的光敏資料涂敷逸出功小的光敏資料涂敷在玻璃管內壁在玻璃管內壁)和陽極，感光面對準光的照射孔。當光線照射到和陽極，感光面對準光的照射孔。當光線照射到光敏資料，便有電子逸出，并被正電位的陽極吸引，在光電管光敏資料，便有電子逸出，并被正電位的陽極吸引，在光電管內構成空間電子流，在外電路就產生電流。內構成空間電子流，在外電路就產生電流。1. 光電管構造和任務原理光電管構造和任務原理原理：基于外光

8、電效應；原理：基于外光電效應；光光陰極陰極光電子光電子陽極陽極空間空間電子流電子流外接電阻外接電阻壓降壓降U=f(I)U=f(I)實現光電轉換實現光電轉換特點：簡單，靈敏度低特點：簡單，靈敏度低 第8章 光電式傳感器及其應用112、光電管的特性、光電管的特性 光電管的伏安特性曲線光電管的伏安特性曲線 當入射光的頻率和通量確定時，陽極電壓與電流之間的關系稱為伏安特性 陽極電壓較低：陰極發射的電子部分到陽極電壓較低：陰極發射的電子部分到達陽極，其他受光電子在真空中運動時達陽極，其他受光電子在真空中運動時所構成的負電場作用，回到陰極。所構成的負電場作用，回到陰極。陽極電壓增高：光電流隨之陽極電壓增高

9、：光電流隨之增大。當陰極發射的電子能增大。當陰極發射的電子能全部到達陽極時，陽極電流全部到達陽極時，陽極電流便很穩定，稱為飽和形狀。便很穩定，稱為飽和形狀。 陽極電壓較低：陰極發射的電子部分到陽極電壓較低：陰極發射的電子部分到達陽極，其他受光電子在真空中運動時達陽極，其他受光電子在真空中運動時所構成的負電場作用，回到陰極。所構成的負電場作用，回到陰極。第8章 光電式傳感器及其應用122、光電管的特性、光電管的特性 光電管的光照特性光電管的光照特性第8章 光電式傳感器及其應用132、光電管的特性、光電管的特性 光電管的光譜特性光電管的光譜特性 同一光電管對于不同頻率的光，具有不同的靈敏度同一光電

10、管對于不同頻率的光，具有不同的靈敏度例：對例：對GD-4型光電管，陰極采用銻銫資料，對可見光范型光電管，陰極采用銻銫資料，對可見光范圍的入射光靈敏度比較高。適用于白光光源，被運用于圍的入射光靈敏度比較高。適用于白光光源，被運用于各種光電式自動檢測儀表中。各種光電式自動檢測儀表中。對紅外光源，常用銀氧銫陰極，構成紅外探測器。對紅外光源，常用銀氧銫陰極，構成紅外探測器。對紫外光源，常用銻銫陰極和鎂鎘陰極。對紫外光源，常用銻銫陰極和鎂鎘陰極。第8章 光電式傳感器及其應用142、光電管的特性、光電管的特性 光電管的頻率呼應光電管的頻率呼應 光電管在從光子射入陰極到在陽極上獲得光電子的時間光電管在從光子

11、射入陰極到在陽極上獲得光電子的時間間隔僅有幾納秒，但由于電極間的分布電容和負載電阻間隔僅有幾納秒，但由于電極間的分布電容和負載電阻構成構成RC回路關系，使光電管任務呼應時間延伸至回路關系，使光電管任務呼應時間延伸至10-4量量級，在運用時，可以經過降低負載電阻和減少分布電容級，在運用時，可以經過降低負載電阻和減少分布電容方法，提高頻率呼應。方法，提高頻率呼應。 第8章 光電式傳感器及其應用15二、二、 光電倍增管光電倍增管原理：利用二次電子釋原理：利用二次電子釋放效應放效應,將光電流在管內將光電流在管內部進展放大。部進展放大。二次電子釋放效應：高二次電子釋放效應：高速電子撞擊固體外表速電子撞擊

12、固體外表,再再發射出二次電子的景象。發射出二次電子的景象。1.構造與原理構造與原理光電管缺陷：靈敏度光電管缺陷：靈敏度較低較低改良：光電倍增管改良：光電倍增管入射光E1E3E2E4KA光電陰極光電陰極倍增極倍增極陽極陽極 設第一倍增極有設第一倍增極有個二次電子發出，經過個二次電子發出，經過n次加速和轟擊加速后，產生的電子數為次加速和轟擊加速后，產生的電子數為 n稱為二次電子發射比 幾種常見光電倍增管的構造 聚焦光柵光電層光云母屏蔽板陽極玻璃真空管陰極倍增極陽極陰極 倍增極陽極陽極聚焦電極倍增極導電層端窗聚焦環光陰極入射光(a)(b)(c)(d)幾種常見的光電倍增管構造：幾種常見的光電倍增管構造

13、：第8章 光電式傳感器及其應用17幾種光電倍增管的外形 第8章 光電式傳感器及其應用182. 光電倍增管的根本特性光電倍增管的根本特性 光電特性光電特性 光電倍增管的陽極輸出電流與照射在光電陰極上的光通量之間關系 在入射光通最小于10-4 lm時，有較好的線性關系,當光通量再增大時，呈現非線性特性 第8章 光電式傳感器及其應用19玻璃光電導層電極絕緣襯底金屬殼黑色絕緣玻璃引線三、 光敏電阻1.光敏電阻的構造及原理光敏電阻的構造及原理光敏電阻的電極構造與封裝電極光導體光敏電阻的構造如圖：由一塊兩邊帶有金屬電極的均質光光敏電阻的構造如圖：由一塊兩邊帶有金屬電極的均質光電半導體組成。電半導體組成。第

14、8章 光電式傳感器及其應用20光敏電阻任務過程光敏電阻任務過程RGRLEI原理：基于光電導效應原理：基于光電導效應無光照：光敏電阻阻值很大無光照：光敏電阻阻值很大;有光照：光子能量大于資料禁帶寬度有光照：光子能量大于資料禁帶寬度,價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶導帶,激發出電子激發出電子-空穴對空穴對,使電阻降低使電阻降低;光線愈強光線愈強,激發出的電子激發出的電子-空穴對越多空穴對越多,電阻值越低電阻值越低;光照停頓：自在電子與光照停頓：自在電子與空穴復合空穴復合,導電性能下降導電性能下降,電阻恢復原值。電阻恢復原值。第8章 光電式傳感器及其應用212、光

15、敏電阻的特性及特點：、光敏電阻的特性及特點：光敏電阻對光敏感光敏電阻對光敏感,當改動光照強度時當改動光照強度時,電阻的大小也隨著改電阻的大小也隨著改動。普通會隨著光照強度的增大而電阻值減小。動。普通會隨著光照強度的增大而電阻值減小。 暗電阻暗電阻光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻, 此時流過的電流稱此時流過的電流稱為暗電流。為暗電流。 亮電阻亮電阻光敏電阻在光照射時的電阻稱亮電阻光敏電阻在光照射時的電阻稱亮電阻, 此時流過的電流稱亮此時流過的電流稱亮電流。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小那么性能越好。電流。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小那么性能越好。 光

16、電流光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。暗電流越小，光電流越大，亮電流與暗電流之差稱為光電流。暗電流越小，光電流越大，光敏電阻的靈敏度越高。光敏電阻的靈敏度越高。 暗電阻普通超越1M,甚至高達100M，亮電阻那么在幾k以下，暗電阻與亮電阻之比在102106之間，靈敏度很高。第8章 光電式傳感器及其應用224) 光照特性 光敏電阻的光電流與光強之間的關系,稱為光敏電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻,光照特性不同。光敏電阻的光照特性 0.050.100.150.200.2500.20.40.60.8光通量 / lm光電流 / mA第8章 光電式傳感器及其應用235)光譜特性 光敏電阻對不同波長的光

17、,光譜靈敏度不同,而且不同種類光敏電阻峰值波長也不同。光敏電阻的光譜靈敏度 00.511.522.5320406080100硫化鎘硫化鉈硫化鉛不同資料，其峰值不同資料，其峰值波長不同。波長不同。同一種資料，對不同一種資料，對不同波長的入射光，其同波長的入射光，其相對靈敏度不同，呼相對靈敏度不同，呼應電流不同。應電流不同。應根據光源的性質，應根據光源的性質，選擇適宜的光電元件選擇適宜的光電元件匹配使光電元件匹配使光電元件得到較高得相對靈敏得到較高得相對靈敏度。度。第8章 光電式傳感器及其應用246) 伏安特性 在一定照度下,光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系,稱為伏安特性。光敏電阻的伏安特

18、性 0408012016020051525351000 lx100 lx耗散功率500 mW電壓 / V電流 / mA10 lx一定光照，一定光照，R一定，一定，I正比于正比于U。一定電壓，一定電壓，I隨著光隨著光照照E加強而增大。加強而增大。 ERI。7) 呼應時間和頻率特性呼應時間和頻率特性當光敏電阻遭到脈沖光作用時，光電流需求閱歷一段時當光敏電阻遭到脈沖光作用時，光電流需求閱歷一段時間才上升到最大值。這種呼應時間用時間常數來表示。間才上升到最大值。這種呼應時間用時間常數來表示。多數光敏電阻時間常數在多數光敏電阻時間常數在10-210-6s數量級。數量級。呼應時間長短與照度有關呼應時間長短

19、與照度有關不同資料的不同資料的光敏電阻具光敏電阻具有不同的時有不同的時間常數及頻間常數及頻率特性率特性1-硫化鉛硫化鉛2-硫化鉈。硫化鉈。相對靈敏度隨光照頻率的變化相對靈敏度隨光照頻率的變化第8章 光電式傳感器及其應用268) 溫度特性溫度特性 溫度變化影響暗電阻和靈敏度，也影響光敏電阻的光譜溫度變化影響暗電阻和靈敏度，也影響光敏電阻的光譜呼應。呼應。 溫度升高，暗阻和靈敏度都下降。溫度升高，暗阻和靈敏度都下降。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線的峰值隨著硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線的峰值隨著溫度上升向波長短的方向挪動。溫度上升向波長短的方向挪動。第8章 光電式傳感器及其應用27常用資料光敏

20、電阻的典型參數常見光敏電阻常見光敏電阻第8章 光電式傳感器及其應用28四、光電二極管和光電三極管四、光電二極管和光電三極管1.光電二極管和光電三極管的構造及原理光電二極管和光電三極管的構造及原理光電二極管光電二極管:利用利用PN結單導游電性的結型光電器件結單導游電性的結型光電器件,構造構造與普通二極管類似。與普通二極管類似。PN結安裝在管的頂部結安裝在管的頂部,便于接受光便于接受光照。外殼上面有一透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感照。外殼上面有一透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感面上。為了獲得盡能夠大的光生電流面上。為了獲得盡能夠大的光生電流,PN結的面積比普結的面積比普通二極管要大。為了光電轉換

21、效率高通二極管要大。為了光電轉換效率高,PN結的深度較普結的深度較普通二極管淺。通二極管淺。第8章 光電式傳感器及其應用29光電二極管大多數情況下任務在反向偏壓形狀。當光照射時，光敏二極管處于導通形狀。當光照射時，光敏二極管處于導通形狀。當光不照射時，光敏二極管處于截止形狀。當光不照射時，光敏二極管處于截止形狀。第8章 光電式傳感器及其應用30 光電三極管：當光照射到光電三極管：當光照射到PN結附近，使結附近，使PN結附近產生光生電結附近產生光生電子子-空穴對，它們在空穴對，它們在pn結處的內電場作用下，作定向運動構成結處的內電場作用下，作定向運動構成光電流，因此，光電流，因此，pn結的反向電

22、流大大添加，由于光照射發射結結的反向電流大大添加，由于光照射發射結產生的光電流相當于三極管的基極電流。因此，集電極電流是產生的光電流相當于三極管的基極電流。因此，集電極電流是光電流的光電流的倍，所以光電三極管比光電二極管具有更高的靈敏倍，所以光電三極管比光電二極管具有更高的靈敏度。度。NNP ICO ICN輸入光發射極電極基極電極ICO基極B集電極C發射極E保護膜(SiO2)集電極電極(a)ICOICOCBE(1)ICO(b)第8章 光電式傳感器及其應用312.光敏管的特性光敏管的特性1)光譜特性光電三極管的光譜特性曲線與光電二極管的類似。由圖可見,當入射光的波長添加時,相對靈敏度要下降,這是

23、由于光子的能量h太小,缺乏以激發出電子-空穴對。當入射光波長太短時相對靈敏度也下降,這是由于光子在半導體外表附近激發的電子空穴在半導體外表附近便被吸收,不能到達PN結。020406080100硅鍺入射光相對靈敏度/%波長/nm400800120016002000資料不同, 峰值波長也不同,應根據光譜特性來確定光源和光電器件的最正確匹配。第8章 光電式傳感器及其應用32 2) 伏安特性伏安特性硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲線，a圖為硅光敏二極管，b圖為硅光敏三極管。光敏三極管的光電流比一樣管型的光敏二極管的光電流大上百倍。在零偏壓時，二極管仍有光電流輸出，三極管那么沒有第8章 光電式傳感器及其

24、應用333) 光照特性 光照特性反映集電極輸出電流IC和照度EC之間的關系。三極管的光照特性曲線線性不太好,在大電流時有飽和景象。光電二極管在反向偏壓的作用下,光照特性曲線有良好的線性。 硅光敏管的光照硅光敏管的光照特性特性a硅光硅光敏二極管；敏二極管；b硅光敏三極管硅光敏三極管 第8章 光電式傳感器及其應用344) 溫度特性 溫度對光電管暗電流和光電流的影響,如下圖。從圖可見,溫度變化對光電流的影響很小,而對暗電流影響很大。第8章 光電式傳感器及其應用355) 頻率呼應(特性)和時間常數 光電管的頻率呼應是指一定頻率的調制光照射時,光電管輸出的光電流(或負載上的電壓)隨頻率的變化關系。光電管

25、的頻率呼應與其物理構造、任務形狀、負載以及入射光波長等要素有關。硅光電三極管的頻率呼應曲線100806040200110100調制光頻率 / kHz相對靈敏度 / %100 k10 kRL 1 k第8章 光電式傳感器及其應用36 光電管的時間常數光電管的時間常數:在在10-1010-4 s之間之間,硅管時間常數較小硅管時間常數較小,呼應頻率高。有些特殊用途的光電管呼應頻率高。有些特殊用途的光電管,如硅如硅PIN光電二極管光電二極管其呼應頻率高達幾百兆赫茲其呼應頻率高達幾百兆赫茲,暗電流小到暗電流小到1nA。 P-Si N-Si I-Si硅硅PIN管光電二極管管光電二極管:特點：頻帶寬，可達特點

26、：頻帶寬，可達10GHz。在。在反偏壓下運用可接受較高的反反偏壓下運用可接受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。向電壓，線性輸出范圍寬。缺乏：缺乏：I層電阻很大，輸出電流層電阻很大，輸出電流小，普通多為零點幾微安至數小，普通多為零點幾微安至數微安。微安。第8章 光電式傳感器及其應用37硅硅PIN光電二光電二極管極管硅光電硅光電二極管二極管第8章 光電式傳感器及其應用38幾種硅鍺光電三極管的特性參數 第8章 光電式傳感器及其應用39五、光電池五、光電池1.光電池的構造及原理光電池的構造及原理原理：基于光生伏特效應原理：基于光生伏特效應光電池有較大面積的光電池有較大面積的PN結，當結，當光照到光照到P

27、N結區時，假設光子能結區時，假設光子能量足夠大，將在結區附近激發量足夠大，將在結區附近激發出電子出電子-空穴對，在空穴對，在N區聚積負區聚積負電荷，電荷，P區聚積正電荷，這樣區聚積正電荷，這樣N區和區和P區之間出現光生電動勢。區之間出現光生電動勢。+光PNSiO2RL光電池可把太陽能直接變電光電池可把太陽能直接變電能，又稱為太陽能電池能，又稱為太陽能電池,是是發電式有源元件發電式有源元件.下電極下電極梳狀電極梳狀電極SiO2SiO2抗反射膜抗反射膜P PN N第8章 光電式傳感器及其應用40種類：硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、種類：硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、

28、砷化鎵光電池等砷化鎵光電池等硅光電池價錢廉價，轉換效率高，壽命長，適于接受紅外光。硒光電池光電轉換效率低(0.02)、壽命短，適于接納可見光(呼應峰值波長0.56m)，最適宜制造照度計，常用于分析儀器、丈量儀表。砷化鎵光電池轉換效率比硅光電池稍高，光譜呼應特性那么與太陽光譜最吻合。且任務溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛星、太空探測器等電源方面的運用是有開展出路的。第8章 光電式傳感器及其應用41SeSiGe0.40.811.52波長/m相對靈敏度 / %5010002 2、光電池特性、光電池特性 硒光電池適用于可見光，常用于分析儀器、丈量儀表。如用照硒光電池適用于可見光，

29、常用于分析儀器、丈量儀表。如用照度計測定光的強度。度計測定光的強度。硅光電池的光譜峰值在硅光電池的光譜峰值在800nm800nm附近，硒的在附近，硒的在540nm540nm附近。附近。1 1光譜特性：光譜特性： 第8章 光電式傳感器及其應用420.30.20.1120.60.40.2020004000照度 / lx光電流/mA光生電壓 / V0 2)光照特性光照特性不同光照射下有不同光照射下有不同光電流和光生不同光電流和光生電動勢。短路電電動勢。短路電流流(2)在很大范圍內在很大范圍內與光強成線性關系。與光強成線性關系。開路電壓開路電壓(1)與光強是非線性的，且在與光強是非線性的，且在2000

30、 lx時趨于飽時趨于飽和。光電池作為丈量元件時，應把它作為電流源的方和。光電池作為丈量元件時，應把它作為電流源的方式來運用，不宜用作電壓源，且負載電阻越小越好。式來運用，不宜用作電壓源，且負載電阻越小越好。第8章 光電式傳感器及其應用43硅光電池光照特性與負載的關系2.01.00200400600800 10001.7 100 200 500 1000 照度 / lx光電流 / mA光電池負載越小，光光電池負載越小，光電流與照度之間的線電流與照度之間的線性關系越好，而且線性關系越好，而且線性范圍越寬。負載在性范圍越寬。負載在100 以下，線性還是以下，線性還是比較好的，負載電阻比較好的，負載電

31、阻太大，那么線性變壞太大，那么線性變壞 第8章 光電式傳感器及其應用443) 頻率特性頻率特性光電池的頻率特性是指輸出電流隨調制光頻率變化的光電池的頻率特性是指輸出電流隨調制光頻率變化的關系關系, 反映光的交變頻率和光電池輸出電流的關系。反映光的交變頻率和光電池輸出電流的關系。硅光電池有很高的頻率呼應，可用于高速記數、有聲硅光電池有很高的頻率呼應，可用于高速記數、有聲電影等方面電影等方面100806040200150030004500600021f / HzIr / %硅光電池硅光電池硒光電池硒光電池第8章 光電式傳感器及其應用45Uoc / mVIsc / mAUocIsc600400200

32、03060204060T / 904) 溫度特性溫度特性第8章 光電式傳感器及其應用46幾種硅光電池的性能參數 第8章 光電式傳感器及其應用47光電池外形光電池外形第8章 光電式傳感器及其應用483 3、運用、運用太陽能電池：衛星、燈塔、高空偵查氣球幾萬米太陽能電池：衛星、燈塔、高空偵查氣球幾萬米第8章 光電式傳感器及其應用49六、其他光電器件六、其他光電器件u光電耦合器：發光和接納元件都封光電耦合器：發光和接納元件都封裝在一個外殼內。它以光為媒介，實裝在一個外殼內。它以光為媒介，實現輸入電信號耦合到輸出端?，F輸入電信號耦合到輸出端。u 運用運用:電路中的強弱電隔離。電路中的強弱電隔離。發光二

33、極管發光二極管光敏三極管光敏三極管強弱電隔離。強弱電隔離。 輸入輸出之間絕緣電阻很高。耐壓達輸入輸出之間絕緣電阻很高。耐壓達2000V以上。能防以上。能防止輸出端對輸入端的干擾。止輸出端對輸入端的干擾。對系統內部噪聲有很強的抑制造用。對系統內部噪聲有很強的抑制造用。發光二極管為電流驅動元件，動態電阻很小，對系統內部發光二極管為電流驅動元件，動態電阻很小，對系統內部的噪聲有旁路作用。濾除噪聲的噪聲有旁路作用。濾除噪聲特點：特點：第8章 光電式傳感器及其應用50u光電開關：光電開關：光電開關在制造業自動化包裝線及平安安裝中作光控制光電開關在制造業自動化包裝線及平安安裝中作光控制和光探測安裝?？蓪崿F

34、限位控制、產品計數和光探測安裝?？蓪崿F限位控制、產品計數, 料位檢測，料位檢測，越限平安報警及計算機輸入接口等用途。越限平安報警及計算機輸入接口等用途。透射式透射式 反射式反射式第8章 光電式傳感器及其應用51光電開關與光電耦合器件比較光電開關與光電耦合器件比較 光電開關和光電耦合器都是由發光端和受光端組成的光電開關和光電耦合器都是由發光端和受光端組成的組合件。組合件。 區別：區別： 光電開關不封鎖，發光端與受光端之間可以插入調制光電開關不封鎖，發光端與受光端之間可以插入調制板。板。 光電耦合器那么是把發光元件與受光元件都封鎖在一光電耦合器那么是把發光元件與受光元件都封鎖在一個不透光的管殼內。

35、個不透光的管殼內。 運用：運用： 光電開關多用于光電計數、報警、平安維護、非接觸光電開關多用于光電計數、報警、平安維護、非接觸開關，及各種光電控制等方面。開關，及各種光電控制等方面。 光電耦合器多用于抗干擾電路、電平轉換、長線傳輸光電耦合器多用于抗干擾電路、電平轉換、長線傳輸、過流維護及高壓控制等方面。、過流維護及高壓控制等方面。光電開關與光電耦合器光電開關與光電耦合器 共同點：共同點：紅外光 T0黑色膜電極(透明)強電介質電極(不透明) P+Pu熱釋電傳感器：熱釋電傳感器：u利用熱釋電效應來檢測受光面的溫度升高值利用熱釋電效應來檢測受光面的溫度升高值,得知光的輻射得知光的輻射強度強度,在紅外

36、檢測中得到廣泛的運用，可用于能產生紅外輻射在紅外檢測中得到廣泛的運用，可用于能產生紅外輻射的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動門、自動燈的控制等。的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動門、自動燈的控制等。 PVDFFET硅窗地電極壓環環形電極彈簧絕緣環第8章 光電式傳感器及其應用53熱釋電感應燈熱釋電傳感器熱釋電傳感器第8章 光電式傳感器及其應用54u光電角度編碼器光電角度編碼器 用光電方法把被測角用光電方法把被測角位移轉換成以數字代位移轉換成以數字代碼方式表示的電信號碼方式表示的電信號的轉換部件。的轉換部件。1-光源，光源，2-透鏡，透鏡，3-碼盤，碼盤，4-狹縫，狹縫，5-光電組件光電組件第8章

37、 光電式傳感器及其應用55絕對接觸式編碼器演示4 4個光電元件個光電元件 4 4位二進制碼盤位二進制碼盤 最小分辨角度為最小分辨角度為 =360/2n 第8章 光電式傳感器及其應用565.3、光電傳感器運用、光電傳感器運用按被測物與光電元件和光源之間的關系，光電按被測物與光電元件和光源之間的關系，光電式傳感器的運用有以下四種：式傳感器的運用有以下四種：1、光源本身就是被測物。、光源本身就是被測物。 如：光電比色溫度計、光如：光電比色溫度計、光照度計等照度計等被測物被測物光電元件光電元件2、恒定光源發出的光通量透過被測、恒定光源發出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電物，由被測物吸收

38、一部分后到達光電元件上。元件上。 如：測液體透明度、煙塵濃度等如：測液體透明度、煙塵濃度等 被測物被測物光電元件光電元件恒光源恒光源第8章 光電式傳感器及其應用57 3、恒定光源發出的光通量經過、恒定光源發出的光通量經過被測物遮擋一部分后照射到光電被測物遮擋一部分后照射到光電元件上。元件上。 如：測元件尺寸、運動形狀等如：測元件尺寸、運動形狀等 被測物被測物光電元件光電元件恒光源恒光源4、恒定光源發出的光通、恒定光源發出的光通量經被測物反射后到達光量經被測物反射后到達光電元件上。電元件上。 如：測紙張白度、零件外如：測紙張白度、零件外表粗糙度、光電轉速表等表粗糙度、光電轉速表等第8章 光電式傳

39、感器及其應用58運用實例運用實例1.1.紅外線輻射溫度計：紅外線輻射溫度計： 紅外輻射溫度計既可用于高溫丈量，又可用于冰點以下的紅外輻射溫度計既可用于高溫丈量，又可用于冰點以下的溫度丈量，所以是輻射溫度計的開展趨勢。市售的紅外輻射溫度溫度丈量，所以是輻射溫度計的開展趨勢。市售的紅外輻射溫度計的溫度范圍可以從計的溫度范圍可以從-303000-303000，中間分成假設干個不同的規，中間分成假設干個不同的規格，可根據需求選擇適宜的型號。格，可根據需求選擇適宜的型號。食品溫度丈量食品溫度丈量集成集成IC 溫度丈量溫度丈量第8章 光電式傳感器及其應用59光、光、 機、電一體化的紅外測溫系統機、電一體化

40、的紅外測溫系統814 m第8章 光電式傳感器及其應用602.2.反射式煙霧報警器反射式煙霧報警器 在沒有煙霧在沒有煙霧時，由于紅外對時，由于紅外對管相互垂直，煙管相互垂直，煙霧室內又涂有黑霧室內又涂有黑色吸光資料，所色吸光資料，所以紅外以紅外LEDLED發出發出的紅外光無法到的紅外光無法到達紅外光敏三極達紅外光敏三極管。管。 當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產生漫反射圖中只畫出幾個微粒的反射表示，使產生漫反射圖中只畫出幾個微粒的反射表示，使部分紅外光到達光敏三極管，有光電流輸出。部分紅外光到達光敏三極管，有光電流輸出。第8章 光電式傳感器及其

41、應用613.光電自動門光電自動門自動門光電傳感器放大圖自動門光電傳感器放大圖有效檢測區域有效檢測區域第8章 光電式傳感器及其應用625、熱釋電傳感器在智能空調中的運用 智能空調能檢測出屋智能空調能檢測出屋內能否有人，微處置器據內能否有人，微處置器據此自動調理空調的出風量，此自動調理空調的出風量，以到達節能的目的。以到達節能的目的。 空調中，熱釋電傳感器的菲涅爾空調中，熱釋電傳感器的菲涅爾透鏡做成球外形，從而能感遭到屋內透鏡做成球外形，從而能感遭到屋內一定空間角范圍里能否有人，以及人一定空間角范圍里能否有人，以及人是靜止著還是走動著。是靜止著還是走動著。上下范圍上下范圍左右范圍左右范圍第8章 光電式傳感器及其應用635.產品計數產品計數第8章 光電式傳感器及其應用646、光電數字式轉速表光電轉換電路、光電數字式轉速表光電轉換電路n =60( f /z ) 第8章 光電式傳感器及其應用65第8章 光電式傳感器及其應用661. 光電效應有哪些？這些光電效應對應哪些光電效應有哪些？這些光電效應對應哪些光電元件？光電元件？2. 這些光電元件有哪些特點？分別適用哪些這些光電元件有哪些特點？分別適用哪些場所？場所？小結：小結：第8章 光電式傳感器及其應用678.4 光電數字式傳感器光電數字式傳感器 一、數字式傳感器分類和特點