光电型传感器PPT课件

度高、反应快、非接触等优点。
对光的认识，最早是有争议的。牛顿论文之中提出，光的
本质是微粒的，光是由许多球形微粒组成，微粒以高速作直线
运动。当时的争议：①法国的笛卡尔假说“微粒说”，但不以
实验为根据，而是假说；②英国胡克和荷兰的惠更斯“波动
说”，宇宙间的物体内存在着一种看不见、摸不着的“以太”
物质，把光与声音类比，认为光是一种机械波，发光体在“以
光电阴极对光谱有选择性，保持光通量和阳极电压不变， 阳极电流与光波长之间的关系
.
12
二、光电管伏安特性
当入射光的频谱及光通量一定时，阳极 电流与阳极电压之间的关系称做伏安特 性。如图6—4所示。
.
13
Φ（mA） 4
Φ=0.1lm（流明）
3
2
0.05
1
0.02
0 20
60
80
100
图6-4 伏安特性
.
4
一、光电管
光电管结构如图6-1所示。金属阳极封装在一个玻璃 壳内，当入射光照射在阴极上时，光子的能量传递给 阴极表面的电子，当电子获得的能量足够大时，就有 可能克服金属表面对电子的束缚（称逸出功）而逸出 金属表面形成电子发射。电子逸出金属表面的初速度
υ由能量守恒定律得出
.
5
1 mυ=2 hг-A
.
3
光电效应分为三类： ① 在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称
外光电效应。 例如：光电管、光电倍增管。 ② 在光电作用下能使物体的电阻率改变的现象称 为内光电效应。 例如：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光敏 晶闸管。 ③在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象 称为光生伏特效应。 例如：
IΦ A
UA
μA
E
R
图6-2 管电管工作原理
.
10
第二节 光电管特性
单色入射光的波长与绝对灵敏度的关系。 如图6—3所示。
.
11
相对灵敏度
紫 紫绿 橙 红 外 蓝黄 红 外 10
8
6
Џ
Ш
І
4
2
0 0.2
0.4
0.6
0.8
图6-3 光谱特性
І--铯氧银 Џ--锑化铯 Ш--人的视觉
入射波长/(μm) 1.0
，光强度再弱也能发射电子；当入射光频率г小于г 时，光强度 0
再大也不能发射电子。
.
6
A
A
A
光
K
K
K
光
（a） 金属底层光电阴极光电管 （b） 光透明光电阴极光电管 （c） 光电管外形
图6—1 光电管结构
.
7
二、光电管工作原理
由于逸出功与材料的性质有关，当材料选定 后，要使金属表面有电子逸出，入射光的频 率г有一最低的限度，当hг小于A时，即使 光通量很大，也不可能有电子逸出，这个最 低限度的频率称为红限。当hг大于A时光通 量越大，逸出的电子数目也越多，光电流I就 越大。
.
8
光电管的阴极和阳极分别接电源的负极和正 极。没有光照射时，因光电管光阴极不发射 电子，电路不通；有光照射时，光电阴极发 射的光电子，在阳极高电位作用下形成光电 流，可以在电阻R上取出与光电流成正比的信 号电压。让光（被测）照射在光电管的阴极 上，可通过测量电路中光电流（或R上的电压） 的大小，来测量光电阴极发射的光电子数量。 由这个数量在找出被测光强的大小。如图6— 2所示。
爱因斯坦光电方程。
2 它揭示了光电效应之本质。
根据光子假设，入射光的强度S的表达式： S=Nhг。
其中：N—单位时间内通过单位垂直面积的频率г的单色光的光电
子数。
由光电效应方程式可得出：①照射在物体上的光线（入射光）通
常不是单色光，而是含有多种频率的光。②光电子逸出物体表面时
具有出速度。当入射光频率г 大于该金属极限频率г（红限）时 0
U（A V）
当阳极电压较小时，只有一部分到达阳极，其余受光子在 真空中运动时所形成的负电场作用，回到阴极。随阳极电 压的增大，光电流也增大。当阴极发射电子全部到阳极时， 阳极电流很稳定，达到饱和
.
14
三、光电管光电特性
当阳极电压一定时，阳极电流I与入射 在光电阴极上的光通量Φ之间的关系。
在阳极电压足够大时，使光电管工作在 饱和电流条件下，光电管正常的光电特 性是条直线。如图6—5所示。
.
15
IФ（μA） 80 60 40 20
0
0.5
1.0
1.5
2.0 Ф（ｌｍ）
图6—5 光电特性
用金属做阴极基底的光电管的光电特性线性度好。对于玻璃 壳上覆盖锑铯阴极的光电管，当入射光太大时，会出现非线 性。
.
16
第三节 光电倍增管
当用光电管测量很微弱的入射光时，产生的 光电流很小（小于几微安）不易检测，误差 很大。在光电管的阴极与阳极之间安装若干 个倍增极D1、D2、D3…，构成光电倍增管。 光电倍增管具有放大光电流的作用，灵敏度 非常高，信噪比大，线性好，多用于微光测 量。如图6—6所示。
.
17
Φ
D1
D3
D5
K D2
D4
D6
(1000~1500)V
(a)
A
IΦ
RL UO +
(b) n 图6—6 光电倍增管结构、工作原理及图形符号
从图6—6可看出，光电倍增管也有一个阴极K，一个阳极A。与光电管不同的 是，在它的阴极和阳极之间设置许多次发射电极D1、D2、D3…，它们又称为 第一倍增极、第二倍增极…，相邻的电极间通常加上100伏左右的电压，其 电位逐级升高，阴极电位最低，阳极电位最高，两者之差一般在（600— 1200）V左右。
太”（不存在）中激起不同深度和大小的颤动，依靠“以太”
传播。牛顿偏向微粒，但他认为实验不充分，一直在做实验，
牛顿环现象是光具有波动性的最好证明。一直到20世纪初，科
学家已肯定光的波粒二象性。
.
2
第一节 外光电效应
光的波粒二象性，光具有波动性和离子性的两重性质，是一种 电磁波。光是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子具 有的能量hг正比于光的频率г（h为普朗克常数）。用光照射 某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hг的光子所轰击， 组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象 称光电效应。
第六章 光电型传感器
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
外光电效应
光电管特性
光电倍增管
光敏电阻
光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管
光电型传感器应用
光电型传感器综合训练
.
1
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。用这
种传感器测量其它非电量（如转速、浊度）时，只要将这些非
电量转换为光信号的变化即可。测量方法具有：结构简单、精