光電效應(yīng)的定義及分類DefinitionandclassificationofphotoelectriceffectSensorsapplicationtechnology發(fā)展歷史光電效應(yīng)由德國物理學(xué)家赫茲于1887年在證明波動理論實驗中首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個鋅質(zhì)小球之一用紫外線照射，則在兩個小球之間就非常容易跳過電火花。對發(fā)展量子理論起了根本性作用。1902年，勒納德（Lenard)也對其進(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無法根據(jù)當(dāng)時的理論加以解釋。1905年，愛因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。

偉大的瞬間——號稱匯集全球三分之一智慧的照片

這張照片是1927年第五屆索爾維會議(布魯塞爾)參加者的合影。光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectriceffect）。光電效應(yīng)的定義光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程如下：

Ek=hν-

W其中，h

表示普朗克常量，ν

表示入射光的頻率。上式表明如果入射光子的能量hν

大于逸出功W時，那么有些光電子就能脫離金屬表面而逸出，而且還具有剩余的動能Ek

。1、外光電效應(yīng)——在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也稱光電發(fā)射效應(yīng)。如光電管、光電倍增管2、光電導(dǎo)效應(yīng)——在光線作用下，物體的電導(dǎo)性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。如光敏電阻3、光生伏特效應(yīng)——在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，即阻擋層光電效應(yīng)。如光電池、光敏晶體管。內(nèi)光電效應(yīng)光電效應(yīng)的分類光電效應(yīng)的分類常用光電傳感器名稱外形光譜特性工作方式光敏電阻可見光電阻變化光敏二極管可見光紅外線電流變化光敏三極管可見光紅外線電流變化9

電磁波譜圖電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光電發(fā)射效應(yīng)及典型器件PhotoelectricemissioneffectanditstypicaldevicesSensorsapplicationtechnology1.光電發(fā)射效應(yīng)2.

光電管3.光電倍增管課程內(nèi)容CourseContents1.

光電發(fā)射效應(yīng)光電發(fā)射效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。當(dāng)金屬表面在特定的光輻照作用下，金屬會吸收光子并發(fā)射電子，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光的波長需小于某一臨界值（相等于光的頻率高于某一臨界值）時方能發(fā)射電子，其臨界值即極限頻率和極限波長。當(dāng)入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。2.

光電管光電管（phototube）基于外光電效應(yīng)的基本光電轉(zhuǎn)換器件。光電管分為真空光電管和充氣光電管。光電管的典型結(jié)構(gòu)是將球形玻璃殼抽成真空，在內(nèi)半球面上涂一層光電材料作為陰極，球心放置小球形或小環(huán)形金屬作為陽極。若球內(nèi)充低壓惰性氣體就成為充氣光電管。光電子在飛向陽極的過程中與氣體分子碰撞而使氣體電離，可增加光電管的靈敏度。光電管靈敏度低、體積大、易破損，已被固體光電器件所代替。2.

光電管光電管外形3.

光電倍增管光電倍增管（photomultiplier）建立在外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合了高增益、低噪聲、高頻率響應(yīng)和大信號接收區(qū)等特征，是一種具有極高靈敏度和超快時間響應(yīng)的光敏電真空器件。光電倍增管由光陰極、倍增極、陽極組成，其中倍增極通常為12-14級，多的可達(dá)30級。倍增極能在電子轟擊下發(fā)射出更多“次級電子”，可將陰極的光電流放大幾萬至幾百萬倍，故其靈敏度要比普通光電管高得多。3.

光電倍增管光電倍增管工作原理圖當(dāng)光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場進(jìn)入倍增系統(tǒng)，并利用二次電子釋放效應(yīng)得到倍增放大，最后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。

因為采用了二次發(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測器中，具有極高的靈敏度和極低的噪聲。3.

光電倍增管光電倍增管外形電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光電導(dǎo)效應(yīng)及典型器件PhotoconductiveeffectsanditstypicaldevicesSensorsapplicationtechnology1.光電導(dǎo)效應(yīng)2.

光敏電阻3.光敏電阻的主要參數(shù)4.

光敏電阻外形課程內(nèi)容CourseContents1.

光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：在光線作用下，電子吸收光子能力從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)從而引起材料電導(dǎo)率的變化。過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時，價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，使其由價帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使材料的電導(dǎo)率變大。1.

光電導(dǎo)效應(yīng)

為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度Eg，即：

材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導(dǎo)材料，總存在一個照射光波長限λ0，只有波長小于λ0的光照射在光電導(dǎo)材料上時才能產(chǎn)生電子能級間的躍遷，從而使光電導(dǎo)材料的電導(dǎo)率增加。2.

光敏電阻光敏電阻（photocell）又稱光敏電阻器（photoresistor）或光導(dǎo)管（photoconductor），是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器。2.

光敏電阻常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光照停止時，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。2.

光敏電阻光導(dǎo)電材料絕緣襯低引線電極引線通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。右圖中彎曲的線條就是所謂的“梳”狀電極交界的半導(dǎo)體光敏材料，主要是由金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體組成，是用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作的很薄的光敏電阻體。2.

光敏電阻3.

光敏電阻的主要參數(shù)

1．暗電阻

光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流。2．亮電阻

光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。3．光電流

亮電流與暗電流之差稱為光電流。3.

光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時,光敏電阻值（暗電阻）很大,電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值（亮電阻）急劇減少,電路中電流迅速增大。

一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級,亮電阻在幾千歐以下。4.

光敏電阻外形光敏電阻外形電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光生伏特效應(yīng)及典型器件PhotovoltaiceffectsanditstypicaldevicesSensorsapplicationtechnology1.光生伏特效應(yīng)2.

光敏二極管3.光敏三極管4.

光電池課程內(nèi)容CourseContents1.

光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)，簡稱“光伏效應(yīng)”，英文名稱：Photovoltaiceffect。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。早在1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。1.

光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)示意圖2.光敏二極管光敏二極管又稱光電二極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件。其基本原理是利用PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)，即光照到PN結(jié)上時，PN結(jié)吸收光能，產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。光敏二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)。在不受光照射時，處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時，處于導(dǎo)通狀態(tài)。2.光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管分有PN結(jié)型、PIN結(jié)型、雪崩型等，其中用得最多的是PN結(jié)型，價格便宜。3.

光敏三極管光敏三極管（Phototransistor）又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)光敏三極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。光敏三極管有PNP型和NPN型兩種：4.

光電池

光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。屬有源器件。4.

光電池光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理

是一個大面積的PN結(jié)，直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。當(dāng)光照射到PN結(jié)上時，便在PN結(jié)的兩端產(chǎn)生電動勢(P區(qū)為正，N區(qū)為負(fù))。

用導(dǎo)線將PN結(jié)兩端連接起來，就有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將電路斷開，就可以測出光生電動勢。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光電傳感器的組成與分類ComponentandclassificationofphotoelectricsensorsSensorsapplicationtechnology1.概述2.

光電傳感器的組成3.光電傳感器的分類課程內(nèi)容CourseContents1.

概述▲光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號?！怆姍z測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。2.

光電傳感器的組成通常由三部分構(gòu)成，它們分別為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管等。接收器則由光電二極管、光電三極管、光電池等組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。3.

光電傳感器的分類（1）、按探測機(jī)理分類光子傳感器：利用某些半導(dǎo)體材料在入射光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料的電學(xué)性能發(fā)生變化。按照光子傳感器的工作原理，又可分為內(nèi)光電傳感器和外光電傳感器。熱傳感器：在吸收了紅外輻射后，會引起溫度的變化，并伴隨產(chǎn)生一些物理性能的變化。這類傳感器又可分為：熱電堆光傳感器、輻射熱計傳感器、熱釋電傳感器等。3.

光電傳感器的分類輻射式：被測物體本身就是光輻射源。被測物發(fā)射的光通量射向光電元件，也可經(jīng)一定的光路后作用到光電元件上。（2）、按傳輸方式分類吸收式：被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部分被吸收后透射到光電元件上。3.

光電傳感器的分類反射式：恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上。（2）、按傳輸方式分類遮光式：當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮住其中一部分光之后，使投射到光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路中的位置有關(guān)。3.

光電傳感器的分類（3）、按輸出信號的性質(zhì)分類模擬光學(xué)傳感器光柵傳感器光電式傳感器光纖傳感器固態(tài)圖像傳感器電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光電傳感器的特性與參數(shù)CharacteristicsandparametersofphotoelectricsensorsSensorsapplicationtechnology靈敏度

光電傳感器對單色輻射光通量的響應(yīng)稱為光譜靈敏度，反映了光電傳感器對單色輻射光的響應(yīng)能力，即：

光電傳感器對連續(xù)輻射光通量的響應(yīng)稱為積分靈敏度，反映了光電傳感器的輸出電壓（電流）與入射的總的輻射光通量之比，即：

上式中Rv和RI分別為光電傳感器的電壓靈敏度和電流靈敏度。脈沖響應(yīng)特性

光電傳感器對階躍光信號的響應(yīng)，從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時間稱為上升時間，用tr表示。從穩(wěn)態(tài)值的90%下降到10%所需要的時間稱為下降時間，用tf表示。

光電傳感器的脈沖時間響應(yīng)特性反映了響應(yīng)時間的快慢。頻率響應(yīng)特性

光電傳感器的輸出電壓（電流）的振幅或相對光譜靈敏度隨入射光輻射通量的調(diào)制頻率而變化的關(guān)系稱為頻率響應(yīng)特性。硫化鉛和硫化鉈材料制作的光電傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線光照特性

光電傳感器的積分靈敏度或光譜靈敏度與入射光輻射通量的關(guān)系稱為光照特性。光譜特性

光電傳感器的相對光譜靈敏度與入射光線波長的關(guān)系稱為光譜特性。該特性反映了一定波長的輻射源只適應(yīng)特定的光電傳感器。溫度特性

溫度特性是指在一定的溫度范圍內(nèi)，環(huán)境溫度對光電傳感器的靈敏度、暗電流、光電流等的影響，通常由溫度系數(shù)表示。溫度系數(shù)表示在給定的溫度范圍內(nèi)，溫度變化1℃時，光電流的相對平均增量或靈敏度的變化。

伏安特性

在入射光譜不變的情況下，光電傳感器的電流與電壓之間的關(guān)系稱為伏安特性。

量子效率

量子效率是指在一定的波長下，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的平均光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比。該參數(shù)反映了光電器件的光電轉(zhuǎn)換能力。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Fundamentalcharacteristicsofphotosensitive

resistors光敏電阻的基本特性Sensorsapplicationtechnology1.伏安特性2.

溫度特性3.光譜響應(yīng)4.頻率特性5.光照特性課程內(nèi)容CourseContents1.

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(guān)系。在給定的電壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。注意：光敏電阻的阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓電流無關(guān)。（斜率一定）2.

溫度特性光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時，它的暗電阻和靈敏度都下降。硫化鎘光敏電阻的溫度特性溫度系數(shù):在一定光照下，溫度每變化1℃，光敏電阻阻值的平均變化率。2.

溫度特性

溫度對光譜特性影響

隨著溫度升高，光譜響應(yīng)峰值向短波方向移動。因此采取降溫措施，可以提高光敏電阻對長波光的響應(yīng)。3.

光譜特性

光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性。對不同波長的光，光敏電阻的靈敏度是不同的。3.

光譜特性光敏電阻的分類根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：

1、紫外光敏電阻器：包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等。

2、紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛、銻化銦等光敏電阻器。

3、可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。4.

頻率特性

光敏電阻的光電流不能立即隨著光照量的改變而立即改變。即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這個惰性通常稱為時間常數(shù)，用τ來表示。不同材料的光敏電阻具有不同的響應(yīng)時間，所以它們的頻率特性也就不盡相同。

5.

光照特性光照特性：光敏電阻的光電流與光強(qiáng)之間的關(guān)系。

由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測量元件，一般在自動控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號傳感元件。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Applicationofphotosensitiveresistors光敏電阻的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.調(diào)光電路2.

光控開關(guān)電路3.應(yīng)急照明燈電路4.汽車大燈自動控制電路課程內(nèi)容CourseContents1.

調(diào)光電路調(diào)光電路1光線變?nèi)鮎G阻值增加C上分壓上升可控硅導(dǎo)通角增大照明燈電壓增大燈光變亮光線變亮RG阻值下降C上分壓上升可控硅導(dǎo)通角變小照明燈電壓下降燈光變暗1.

調(diào)光電路調(diào)光電路2S撥向2時為一個普通調(diào)光臺燈。RP、C和氖泡N組成張弛振蕩器，用來產(chǎn)生脈沖觸發(fā)可控硅VS。調(diào)節(jié)RP能改變C充電速率，從而能改變VS導(dǎo)通角，達(dá)到調(diào)光的目的。S撥向1時，光敏電阻RG取代R3，當(dāng)周圍光線較弱時，RG呈高阻，VD5右端電位升高，電容C充電速率加快，振蕩頻率變高，VS導(dǎo)通角增大，電燈兩端電壓升高、亮度增大。2.

光控開關(guān)電路光控開關(guān)電路1工作原理：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時由于光敏電阻阻值上升激發(fā)VT1導(dǎo)通，進(jìn)而使得VT2也導(dǎo)通，VT2的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。2.

光控開關(guān)電路光控開關(guān)電路2工作原理：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時由于光敏電阻阻值上升使運放IC的反相端電位升高，其輸出激發(fā)VT導(dǎo)通，VT的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。3.

應(yīng)急照明燈電路工作原理：一旦電網(wǎng)突然停電，光敏電阻RG就會因失去光照而呈高電阻，使得TWH8751的2腳處于低電位，振蕩電路工作，TWH8751的輸出端輸出一系列脈沖電流，經(jīng)變壓器T升壓后，驅(qū)動日光燈管，實現(xiàn)電網(wǎng)停電后的自動照明。4.

汽車大燈自動控制電路工作原理：在夜間行車時，當(dāng)無燈光照射光敏電阻Rgm時，其呈高阻值，555輸出高電位，兩個場效應(yīng)管均導(dǎo)通，汽車兩前大燈D1和D2均發(fā)光。當(dāng)對方有車開來時，Rgm呈低阻值，555輸出低電位，兩個場效應(yīng)管均截止，汽車兩前大燈熄滅。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Fundamentalcharacteristicsofphotosensitive

diodes光敏二極管的基本特性Sensorsapplicationtechnology1.光照特性2.

光譜特性3.伏安特性4.溫度特性5.頻率響應(yīng)課程內(nèi)容CourseContents1.

光照特性光敏二極管的光照特性曲線的線性較好，在小負(fù)載電阻下其光電流與照度基本成線性關(guān)系。硅光敏二極管小知識：1.光通量：光源在單位時間、向周圍空間輻射并引起視覺的能量。用Φ表示，單位為流明(lm)。

2.照度：指在單位面積上接受的光通量。用E表示，單位勒克司(lx)。2.

光譜特性光敏二極管存在一個最佳的入射波長，此時靈敏度最高。硅和鍺光敏二極(晶體)管的光譜特性

可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般都用硅管。在紅外光進(jìn)行探測時，則鍺管較為適宜。3.

伏安特性當(dāng)反向偏壓較低時，光電流隨電壓變化比較敏感，這是由于反向偏壓加大了耗盡層的寬度和電場強(qiáng)度。隨反向偏壓的加大，對載流子的收集達(dá)到極限，光生電流趨于飽和，這時光生電流與所加偏壓幾乎無關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。硅光敏二極管4.

溫度特性反映暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。溫度變化對光電流影響較小，而對暗電流影響很大。5.

頻率響應(yīng)入射光頻率硅光敏晶體管的頻率響應(yīng)具有一定頻率的調(diào)制光照射時，光敏管輸出的光電流(或負(fù)載上的電壓)隨頻率的變化關(guān)系。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Testingandapplicationofphotosensitive

diodes光敏二極管的檢測及應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.光敏二極管的工作原理2.

光敏二極管的反向偏置接線3.光敏二極管的檢測4.光敏二極管的應(yīng)用電路課程內(nèi)容CourseContents1.

光敏二極管的工作原理光敏二極管的工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。

在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流(暗電流)很小，這時光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流。

受光照射時，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場的作用下，P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流。

光敏二極管的光電流I與照度之間呈線性關(guān)系，所以適合檢測等方面的應(yīng)用。2.

光敏二極管的反向偏置接線在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流(暗電流)很小。當(dāng)光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關(guān)系。光敏二極管的反向偏置接法U０光照++——3.

光敏二極管的檢測可通過以下三種方法測量光電二極管的好壞：1、電阻測量法：用萬用表R*100或者R*1K檔，像測普通二極管一樣，正向電阻應(yīng)為10K左右，無光照射時，反向電阻應(yīng)為∞。然后讓光電二極管見光，光線越強(qiáng)反向電阻應(yīng)越小，光線特別強(qiáng)時反向電阻可降到1K以下，這樣的管子就是好的。若正反向電阻都是∞或零，說明管子是壞的。2、電壓測量法：把指針式萬用表調(diào)到直流1V左右的檔位，用紅表筆接光電二極管正極，黑表筆接負(fù)極，在陽光或白熾燈照射下，其電位與光照強(qiáng)度成正比，一般可達(dá)0.2-0.4V。3、電流測量法：把指針式萬用表調(diào)到直流50微安或500微安檔，紅表筆接光電二極管正極，黑表筆接負(fù)極，在陽光或白熾燈照射下，其短路電流可達(dá)數(shù)十到數(shù)百微安。4.

光敏二極管的應(yīng)用電路圖(a)的光敏二極管輸出端為開路方式，其輸出電壓隨入射光量的對數(shù)呈線性變化，但容易受溫度變化的影響。圖(b)的光敏二級管輸出端為短路方式，輸出電流隨入射光量的對數(shù)呈線性變化，一般采用輸出端短路的工作方式。（1）、簡單的光檢測電路4.

光敏二極管的應(yīng)用電路（2）、無偏置電路圖(a)接高阻抗負(fù)載，圖(b)接低阻抗負(fù)載。負(fù)載阻抗越高其特性越接近輸出端開路方式，負(fù)載阻抗越低則越接近輸出端短路方式。然而因二級管都是單個使用，所以輸出信號極小，一般需要接放大電路。4.

光敏二極管的應(yīng)用電路（3）、反向偏置電路光敏二極管加反向偏置，則響應(yīng)速度可提高幾倍以上。圖(a)是接有較大負(fù)載電阻的電路，圖(b)是接有較小負(fù)載電阻的電路。圖(a)所示電路的輸出電壓比圖(b)所示電路大，但響應(yīng)特性不如圖(b)。圖(b)所示電路的輸出電壓比圖(a)小，但響應(yīng)速度比圖(a)快。4.

光敏二極管的應(yīng)用電路（4）、與晶體管組合應(yīng)用電路圖(a)為典型的集電極輸出電路形式，而圖(b)為典型的發(fā)射極輸出電路形式。集電極輸出電路適用于脈沖入射光電路，輸出信號與輸入信號的相位相反，輸出信號一般較大。而發(fā)射極輸出電路適用于模擬信號電路，電阻RB可以減小暗電流，輸出信號與輸入信號的相位相同，輸出信號一般較小。4.

光敏二極管的應(yīng)用電路（5）、與運放組合應(yīng)用電路圖(a)為無偏置方式，圖(b)為反向偏置方式。無偏置電路可以用于測量寬范圍的入射光，例如照度計等，但響應(yīng)特性比不上反向偏置的電路，可用反饋電阻Rf調(diào)整輸出電壓，如果Rf用對數(shù)二極管替代，則可以輸出對數(shù)壓縮的電壓。反向偏置電路的響應(yīng)速度快，輸出信號與輸入信號同相位。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Applicationofphototransistors光敏三極管的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.光控開關(guān)電路2.

光控語音報警電路3.紅外檢測器電路4.煙霧報警器電路課程內(nèi)容CourseContents1.光控開關(guān)電路當(dāng)光敏三極管3DU5上有光照射時，它被導(dǎo)通，從而使繼電器K通電工作。當(dāng)光敏三極管3DU5上無光照射時，電路被斷開，3DK7、3DK9均不工作，也無電流輸出，繼電器不動作。因此通過有無光照射到光敏管3DU5上即可控制繼電器的工作狀態(tài)，從而控制與繼電器連接的工作電路。2.

光控語音報警電路平常在光源照射下，VT1呈低阻狀態(tài)，VT2飽和導(dǎo)通，IC觸發(fā)端3腳得不到正觸發(fā)脈沖而不工作，揚聲器無聲。當(dāng)VT1被物體遮擋時，便產(chǎn)生一負(fù)脈沖電壓，并通過C1耦合到VT2的基極，導(dǎo)致VT2進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，IC獲得一正觸發(fā)脈沖而工作，輸出音頻信號通過VT3放大，推動揚聲器發(fā)出聲響。3.

紅外檢測器電路當(dāng)紅外遙控發(fā)射裝置發(fā)出的紅外光照射到光敏三極管VT1時，其內(nèi)阻減小，驅(qū)動VT2導(dǎo)通，使發(fā)光二極管VD1隨著人射光的節(jié)奏被點亮。由于發(fā)光二極管VD1的亮度取決于照射到光敏三極管VT1的紅外光的強(qiáng)度，因此根據(jù)發(fā)光二極管VD1的發(fā)光亮度，可以估計出紅外發(fā)射裝置上的電池是否還可以繼續(xù)使用。4.

煙霧報警器電路煙霧報警器光敏三極管是煙霧報警器中的光傳感器。它是利用起火時產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一基本性質(zhì)而研制的。根據(jù)煙粒子對光線的吸收和散射作用。光電感煙探測器又分為遮光型和散光型兩種。下圖為遮光型報警器。平時發(fā)光二極管發(fā)出的光被不透明擋板擋住，當(dāng)有煙霧時，煙霧對光有散射作用，光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報警電路工作。4.

煙霧報警器電路煙霧報警器散光型煙霧報警器：在煙霧報警器內(nèi)部有一道光和傳感器，二者成90度角放置，如下所示：

在正常情況下，左側(cè)的光源發(fā)出的光會直接射出，不經(jīng)過傳感器。但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入腔體時，煙霧微粒會使光線散開，一部分光會射到傳感器，然后傳感器會啟動煙霧報警器中的喇叭。4.

煙霧報警器電路

無煙霧時，紅外發(fā)光二極管VD1發(fā)光并被光敏三極管VT1接收，其內(nèi)阻減小，最終使得VT2導(dǎo)通，VT3截止，報警器不工作。

有煙霧時，空氣透光性變差，此時光敏三極管VT1接收到的光通量減小，內(nèi)阻增大，最終使得VT2截止，VT3導(dǎo)通，報警器工作。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Principle，structureandapplicationofphototransistors光敏三極管的原理、結(jié)構(gòu)及特性Sensorsapplicationtechnology1.光敏三極管的工作原理2.

光敏三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.光敏三極管的特性課程內(nèi)容CourseContents1.光敏三極管的工作原理光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管有一個對光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此其實質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的三極管。IpIcIE1.光敏三極管的工作原理硅光敏三極管一般都是NPN結(jié)構(gòu)，基極開路，集電極加反向偏壓，其電路符號及等效電路如下圖所示。當(dāng)光照射在集電結(jié)上時,會產(chǎn)生電子-空穴對,在外電場的作用下光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空穴,相當(dāng)于三極管基極電流，同時使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子流向集電極,形成輸出電流,使三極管具有電流增益，從而在集電極回路中得到一個放大了的信號電流。所以光敏三極管具有比光敏二極管更高的靈敏度。2.

光敏三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)a)

內(nèi)部組成b)管芯結(jié)構(gòu)c)結(jié)構(gòu)簡化圖1—集電極引腳2—管芯3—外殼4—玻璃聚光鏡5—發(fā)射極引腳6—N+襯底7—N型集電區(qū)8—SiO2保護(hù)圈9—集電結(jié)10—P型基區(qū)11—N型發(fā)射區(qū)12—發(fā)射結(jié)3.

光敏三極管的特性光敏三極管的光譜特性硅的峰值波長為9000?，鍺的峰值波長為15000?。由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管的性能較差。

在探測可見光或赤熱狀態(tài)物體時，一般選用硅管；但對紅外線進(jìn)行探測時,則采用鍺管較合適。3.

光敏三極管的特性光敏三極管的伏安特性

光敏二極管輸出電流比同樣照度下光敏三極管輸出的光電流要小得多。硅光敏二極管硅光敏三極管3.

光敏三極管的特性光敏三極管的光照特性光敏二極管的光照特性曲線的線性較好。硅光敏二極管硅光敏三極管3.

光敏三極管的特性光敏三極管的溫度特性光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對光電流的影響較小，而對暗電流的影響很大。所以電子線路中應(yīng)該對暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會導(dǎo)致輸出誤差。3.

光敏三極管的特性光敏三極管的頻率響應(yīng)特性TOSHIBATPS601的頻率響應(yīng)特性光敏三極管響應(yīng)速度比光敏二極管慢，因為結(jié)電容CCB放大了hFE倍在允許限度內(nèi)，負(fù)載電阻選用低值將有助改善頻率響應(yīng)特性電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Applicationofphotoelectricinterrupters光電斷續(xù)器的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.光電斷續(xù)器和光電開關(guān)的區(qū)別2.

光電斷續(xù)器的分類3.光電斷續(xù)器的結(jié)構(gòu)圖4.光電斷續(xù)器外形5.光電斷續(xù)器的應(yīng)用課程內(nèi)容CourseContents1.光電斷續(xù)器和光電開關(guān)的區(qū)別

從原理上講，光電斷續(xù)器及光電開關(guān)沒有太大的差別，都是由紅外線發(fā)射元件與光敏接收元件組成，只是光電斷續(xù)器是整體結(jié)構(gòu)，其檢測距離只有幾毫米至幾十毫米，而光電開關(guān)的檢測距離可達(dá)幾米至幾十米。2.

光電斷續(xù)器的分類

光電斷續(xù)器可分為遮斷型和反射型兩種。

遮斷型光電斷續(xù)器也稱為槽式光電開關(guān)，通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)。其發(fā)射器和接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，兩者能可靠地對準(zhǔn)，為安裝和使用提供了方便。當(dāng)被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關(guān)就產(chǎn)生表示檢測到的開關(guān)量信號。槽式光電開關(guān)比較可靠，較適合高速檢測。

反射式光電斷續(xù)器普遍稱為反射式光電開關(guān)，也是由紅外線發(fā)射管與接收管一體使用的反射式光電開關(guān)。

光電斷續(xù)器的發(fā)光二極管可以直接用直流電驅(qū)動，亦可用40kHz尖脈沖電流驅(qū)動；紅外LED的正向壓降約為1.1~1.3V，驅(qū)動電流控制在20mA以內(nèi)。3.

光電斷續(xù)器的結(jié)構(gòu)圖4.

光電斷續(xù)器的外形反射型光電斷續(xù)器遮斷型光電斷續(xù)器5.

光電斷續(xù)器的應(yīng)用

光電斷續(xù)器是較便宜、簡單、可靠的光電器件。它廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機(jī)電一體化設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器中。當(dāng)工件經(jīng)過光電斷續(xù)器時，接收器即產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。5.

光電斷續(xù)器的應(yīng)用

齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。n電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程光電開關(guān)的工作原理及分類PrincipleandclassificationofphotoelectricswitchesSensorsapplicationtechnology光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。光電開關(guān)的工作原理光電開關(guān)的分類

光電開關(guān)可分為遮斷型和反射型兩大類。遮斷型光電開關(guān)的發(fā)射器和接收器相對安放，軸線嚴(yán)格對準(zhǔn)。當(dāng)有物體在兩者中間通過時，紅外光束被遮斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個負(fù)脈沖信號。遮斷型光電開關(guān)的檢測距離一般可達(dá)十幾米，對所有能遮斷光線的物體均可檢測。

反射型光電開關(guān)分為兩種情況：反射鏡反射型及被測物漫反射型(簡稱散射型)。反射鏡反射型光電開關(guān)采用較為方便的單側(cè)安裝方式，但需要調(diào)整反射鏡的角度以取得最佳的反射效果。反射鏡通常使用三角棱鏡，它對安裝角度的變化不太敏感，有的還采用偏光鏡，它能將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光(波動方向嚴(yán)格一致的光)反射回去，提高抗干擾能力。遮斷型光電開關(guān)

遮斷式光電開關(guān)由相互分離且相對安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當(dāng)被檢測物體位于發(fā)射器和接受器之間時，光線被阻斷，接受器接受不到光線而產(chǎn)生開關(guān)信號。反射鏡反射型光電開關(guān)

反射鏡反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體，與反射鏡相對安裝配合使用。反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來的偏振光。被測物漫反射型光電開關(guān)

漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接收器于一體。當(dāng)被測物體經(jīng)過該光電開關(guān)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測物體表面反射由接收器接收，于是產(chǎn)生開關(guān)信號。各種光電開關(guān)工作示意圖電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Applicationofphotoelectricswitches光電開關(guān)的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology光電開關(guān)可用在物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜警戒之用。

光電開關(guān)的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷式光電開關(guān)(計數(shù))透明度測量、控制質(zhì)量檢測光電開關(guān)的應(yīng)用加工控制機(jī)械手定位光電開關(guān)的應(yīng)用商標(biāo)方向檢測光電開關(guān)的應(yīng)用光幕

兩個柱形結(jié)構(gòu)相對而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當(dāng)有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。發(fā)射器接收器

光幕應(yīng)用光幕是利用光電感應(yīng)原理制成的安全保護(hù)裝置，多用于工業(yè)自動化或安防領(lǐng)域。光線被遮斷(報警)產(chǎn)品高度測量三維尺寸檢測高度測量寬度測量長度測量

光幕應(yīng)用

光幕應(yīng)用木材外形截面積檢測糾偏

光幕應(yīng)用自動收費系統(tǒng)的車輛檢測鍛壓機(jī)床的安全區(qū)域入侵報警電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程紅外傳感器的原理及分類PrincipleandclassificationofinfraredsensorsSensorsapplicationtechnology1.紅外檢測的物理基礎(chǔ)2.

紅外輻射的基本定律3.紅外探測器的分類課程內(nèi)容CourseContents1.

紅外檢測的物理基礎(chǔ)

紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.76～1000μm，紅外線在電磁波譜中的位置如圖所示。1.

紅外檢測的物理基礎(chǔ)

紅外線輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)。而且，紅外線被物體吸收時，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

在自然界中，只要物體本身具有一定溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外光。例如電機(jī)，電器，爐火，甚至冰塊都能產(chǎn)生紅外輻射。1.

紅外檢測的物理基礎(chǔ)

紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。紅外線在通過大氣層時，有三個波段透過率最高，分別是2～2.6μm，3～5μm，8～14μm，統(tǒng)稱它們?yōu)椤按髿獯翱凇?。這三個波段對紅外探測技術(shù)特別重要。紅外探測器一般都工作在“大氣窗口”這三個波段。2.

紅外輻射的基本定律(1)基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對于任何物體都是一個常數(shù)，并等于該溫度下同面積黑體輻射通量W。在給定的溫度下，物體的發(fā)射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發(fā)射率也越大。地物的熱輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，所以地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特征構(gòu)成了紅外遙感的理論基礎(chǔ)。

(2)玻耳茲曼定律：即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化就會引起輻射通量密度很大的變化，這正是紅外裝置測定溫度的理論基礎(chǔ)。

(3)維恩位移定律：隨著溫度的升高，輻射最大值對應(yīng)的峰值波長向短波方向移動。

3.

紅外探測器的分類

紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示等組成。

紅外探測器是紅外傳感器的核心，紅外探測器種類很多。根據(jù)驅(qū)動方式不同可分為電平型和脈沖型；根據(jù)探測原理的不同可分為光子探測器(探測原理基于光電效應(yīng))和熱探測器(探測原理基于熱效應(yīng))；根據(jù)功能不同可分為輻射計、搜索跟蹤系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、紅外測距通信系統(tǒng)和混合系統(tǒng)五大類。3.

紅外探測器的分類

（1）、光子探測器

入射紅外輻射的光子流與探測器材料中的電子相互作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象，稱光子效應(yīng)。利用光子效應(yīng)制成的紅外探測器，統(tǒng)稱光子探測器。

光子探測器通過測量材料電子性質(zhì)的變化，可以知道紅外輻射的強(qiáng)弱。其主要特點是靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有較高的響應(yīng)頻率，但探測波段較窄，一般需在低溫下工作。3.

紅外探測器的分類

（2）、熱探測器

熱探測器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測量物理參數(shù)的變化，便可確定控制器所吸收的紅外輻射。

熱探測器主要優(yōu)點是響應(yīng)波段寬，響應(yīng)范圍可擴(kuò)展到整個紅外區(qū)域，可以在室溫下工作，使用方便，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

熱探測器主要類型有：熱釋電型，熱敏電阻型，熱電偶型，氣體型探測器。其中熱釋電探測器在熱探測器中探測率最高，響應(yīng)頻率最寬，備受重視。電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Applicationofinfraredsensors紅外傳感器的應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.紅外測溫儀2.

紅外氣體分析儀3.紅外熱像儀課程內(nèi)容CourseContents1.

紅外測溫儀紅外測溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于1000℃時，它向外輻射的是紅外光，因此可用紅外探測器檢測其溫度。

紅外測溫是目前較先進(jìn)的測溫方法，具有如下優(yōu)點：1.遠(yuǎn)距離、非接觸測量，適應(yīng)于高速、帶電、高溫、高壓；2.

反應(yīng)速度快，不需要達(dá)到熱平衡過程，反應(yīng)時間在μs量級；3.靈敏度高，輻射能與溫度T成正比；4.準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.1℃內(nèi)；5.

測量范圍廣，0～上千度。1.

紅外測溫儀1.

紅外測溫儀人體體溫測量耳溫儀集成IC溫度測量設(shè)備溫度測量2.

紅外氣體分析儀幾種氣體對紅外線的透射光譜紅外氣體分析儀是根據(jù)氣體對紅外線具有選擇性的吸收的特性來對氣體成分進(jìn)行分析的。2.

紅外氣體分析儀3.

紅外熱像儀

紅外熱像儀將紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見光進(jìn)行顯示，利用物體自身的紅外輻射來攝取物體熱輻射圖像。它能通過快速掃描，精確的攝取反映被測物體溫差信息的熱圖像。3.

紅外熱像儀熱像技術(shù)應(yīng)用：溫度分布檢測、飛行器表面溫度檢測、無損探測、安全生產(chǎn)監(jiān)控、夜間機(jī)場狀況檢測、海岸線檢測、臨床醫(yī)學(xué)、軍事等?？偩€節(jié)點發(fā)熱檢測耐火材料設(shè)備檢測電腦主板發(fā)熱量分布瀝青鋪路溫度分布夜視紅外熱成像輔助駕駛系統(tǒng)配備熱成像傳感器的自動步槍紅外遙感的無人駕駛飛機(jī)紅外遙感反衛(wèi)星系統(tǒng)3.

紅外熱像儀電子信息工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫THANKYOU課程組:梁長垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Principleandapplicationofpyroelectricinfraredsensor熱釋電紅外傳感器的原理及應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.熱釋電效應(yīng)2.

熱釋電紅外傳感器工作原理3.熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路4.熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用課程內(nèi)容CourseContents1.熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)指的是極化強(qiáng)度隨溫度改變而表現(xiàn)出的電荷釋放現(xiàn)象，宏觀上是溫度的改變導(dǎo)致在材料的兩端出現(xiàn)電壓或產(chǎn)生電流。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱為熱電元件。熱電元件常用的材料有單晶(LiTaO3等)、壓電陶瓷(PZT等)及高分子薄膜(PVF2等)。如果在熱電元件兩端并聯(lián)上電阻，當(dāng)元件受熱時，則電阻上就有電流流過，在電阻兩端也能得到電壓信號。2.

熱釋電紅外傳感器工作原理熱釋電紅外探測器是由具有極化現(xiàn)象的熱晶體或被稱為“鐵電體”的材料制作而成?！拌F電體”的極化強(qiáng)度（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)。當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面上時引起薄片溫度升高，使其極化強(qiáng)度降低，表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，所以叫做熱釋電型傳感器。如果將負(fù)載電阻與鐵電體薄片相連，則負(fù)載電阻上便產(chǎn)生一個電信號輸出。輸出信號的強(qiáng)弱取決于薄片溫度變化的快慢，從而反映出入射的紅外輻射的強(qiáng)弱，熱釋電型紅外傳感器的電壓響應(yīng)率正比于入射光輻射率變化的速率。3.

熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路