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第8章光电传感器

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光电传感器概述重点课件

光电传感器概述重点课件

Hale Waihona Puke 度稳定性温度稳定性是指光电传感器在 温度变化下保持其性能不变的 能力。
由于光电传感器通常由半导体 材料制成，因此温度变化可能 会影响其性能，如灵敏度、响 应速度等。
提高温度稳定性的方法包括采 用温度补偿技术、选择适合特 定温度范围的材料和结构等。
可靠性
可靠性是衡量光电传感器在长时 间使用下保持其性能的能力的指
要点二
详细描述
光纤传感器利用光纤中光的传输特性，如相位、偏振态、 强度等，来检测温度、压力、位移等物理量。光纤传感器 在石油化工、航空航天、能源等领域有广泛应用，用于监 测管道压力、油罐液位、矿井安全等。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外辐射进行检测的传感器，具 有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
详细描述
光电开关通过发射器和接收器之间的光线传 输来进行检测，当光线被阻挡或反射时，接 收器会输出相应的电信号，从而实现开关控 制。在自动化生产线、安全防护等领域，光 电开关被广泛应用于检测物体是否存在、运 动速度和方向等参数。
光电编码器
总结词
光电编码器是一种通过光电转换原理实现角度或位置测量的传感器，具有高精度、 高分辨率、可靠性高等优点。
标。
高可靠性的光电传感器能够在长 时间使用下保持稳定的性能，适 用于需要长期稳定运行的应用场 景，如工业控制、航天探测等。
提高可靠性的方法包括优化传感 器设计、采用高质量的材料和制 造工艺、进行充分的测试和验证
等。
04 光电传感器的应用实例
光电开关
总结词
光电开关是一种利用光电效应进行检测的开 关器件，具有非接触、响应速度快、可靠性 高等优点。
光电耦合器

传感器原理与应用习题第8章光电式传感器

传感器原理与应用习题第8章光电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第8章光电式传感器8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。

8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。

光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。

光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。

8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。

答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。

它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。

当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。

8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。

答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。

因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。

光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。

8-6 简述CCD图像传感器的工作原理及应用。

8-7 何谓PSD？简述其工作原理及应用。

8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。

8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。

8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。

答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。

应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。

8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。

第8章_光电传感器

第8章_光电传感器
可靠性高; 广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、
自动报警、自动计数等领域和装置。
第8章 光电式传感器 传感器原理及应用
8.2 光电器件 4、 光敏二极管和光敏三极管 （1）光敏二极管
光敏二极管结构与一 般二极管相似，它们都 有一个P—N结，并且都 是单向导电的非线性元 件。为了提高转换效率 大面积受光，PN结面积 比一般二极管大。
换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料， 做成的器件称光敏器件。光敏器件种类很多，如：
光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 等等。 在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。
第8章 概述
光电式传感 器
传感器原理及应用
光 电 鼠 标
第8章 概述
光电式传感 器
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受 到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价 带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子 和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。
导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
第8章 光电式传感器 传感器原理及应用
8.1 光电效应 8.1.1 工作原理 (2)内光电效应
光敏二极管伏—安特性
第8章 光电式传感器 传感器原理及应用
8.2 光电器件 4、 光敏二极管和光敏三极管
温度特性， 由于反向饱和电流与温 度密切有关，因此光敏 二极管的暗电流对温度 变化很敏感。
光敏二极管暗电流与温度关系
第8章 光电式传感器 传感器原理及应用
8.2 光电器件
4、 光敏二极管和光敏三极管
当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁 带

第八章 图像信息的光电变换2-1节

第八章 图像信息的光电变换2-1节

序信号；CMOS图像传感器采用顺序开通行、列开关的方式完成像
素信号的一维输出。因此，有时也称面阵CCD、CMOS图像传感 器以自扫描的方式输出一维时序电信号。
监视器或电视接收机的显像管几乎都是利用电磁场使电子束偏
转而实现行与场扫描，因此，对于行、场扫描的速度、周期等参数 进行严格的规定，以便显像管显示理想的图像。
(8-1)
式中thf为行扫描周期，而W/thf应为电子 束的行扫描速度，记为vhf，式可改写为
f=fx〃vhf
（8-2）
CCD与CMOS等图像传感器只有遵守上 述的扫描方式才能替代电子束摄像管，因
此， CCD与CMOS的设计者均使其自扫描制式与电子束摄像管相同。

8.2.2 电视制式
电视的图像发送与接收系统中，图像的采集（摄像机）与图像
当摄像管有光学图像输入时，则入射光子打到靶上。 由于本征层占有靶厚的绝大部分，入射光子大部分被本征 层吸收，产生光生载流子。且在强电场的作用下，光生载 流子一旦产生，便被内电场拉开，电子拉向N区，空穴被 拉向P区。这样，若假定把曝光前本征层两端加有强电场 看作是电容充电，则此刻由于光生载流子的漂移运动的结 果相当于电容的放电。其结果，在一帧的时间内，在靶面 上便获得了与输入图像光照分布相对应的电位分布，完成 了图像的变换和记录过程。
传感器件通过电子束扫描或数字电路的自扫描方式将二维光学图像 转换成一维时序信号输出出来。这种代表图像信息的一维信号称为 视频信号。视频信号可通过信号放大和同步控制等处理后，通过相 应的显示设备（如监视器）还原成二维光学图像信号。 视频信号的产生、传输与还原过程中都要遵守一定的规则才能 保证图像信息不产生失真，这种规则称为制式。
第二，要求相邻两场光栅必须均匀地镶嵌，确保获得最高的清晰度。

光电传感器-PPT

光电传感器-PPT

⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<&micro;A），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
光电传感器通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。 发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。
接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。

光电传感器应用技术教学配套课件王庆有第8章第3节

光电传感器应用技术教学配套课件王庆有第8章第3节

8.6 典型面阵CCD图像传感器
8.6.1概述
二维面阵CCD图像传感器有不同的结构与排列方式，如帧转移、隔列转 移、线转移和全帧转移等方式。
(1) 帧转移面阵CCD
如图8-31所示为 帧转移方式的面阵 CCD图像传感器的原 理结构图。
(2) 隔列转移型面阵CCD
隔列转移型面阵CCD的结构如图8-32(a)所示。
(3) 线转移型面阵CCD
如图8-33所示为线转 移方式的面阵CCD的结构 图，它与前面两种转移方 式相比，取消了存储区， 多了一个线寻址电路。
8.6.2典型帧转移型面阵CCD器件
1. TCD5130AC面阵CCD
TCD5130AC是一种帧转移型面阵CCD。常用于三管彩色 CCD电视摄像机中。它的有效像元数为754(H)×583(V)；像元尺寸 (长×高)为12.0μm×11.5μm；像敏面积为9.05mm×6.70mm，一般将 它封装如图8-34所示 。各管脚的定义如图8-35所示。
8.6 若二相线阵CCD器件TCD1251D像敏单元为2700个，器 件的总转移效率为0.92，试计算它每个转移单元的最低转移效率 为多少？
8.7 设TCD1209D的驱动频率为2MHz，试计算TCD1209D 的最短积分时间为多少？当从表5-1中查到其光照灵敏度（响应 R）31v/lx.s时，试求使其饱和所需要的最低照度？
8.15 试说明隔列转移型面阵CCD的信号电荷是如何从像敏区 转移出来成为视频信号的。
8.11 TCD1251D的转移脉冲SH的下降沿落在驱动脉冲CR1还 是CR2的高电平上？这说明了什么？如果将CR1和CR2的相位颠 倒会出现怎样的情况？
8.12 为什么TCD1251D的积分时间必须大于2752个TRS （TRS为复位脉冲RS的周期）？若积分时间小于2752个TRS，输 出信号将会如何？

光电式传感器及其应用ppt课件

光电式传感器及其应用ppt课件
暗电阻普通超越1MΩ,甚至高达100MΩ，亮电阻那么在几kΩ 以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，灵敏度很高。
21
第8章 光电式传感器及其应用
4) 光照特性 光敏电阻的光电流与光强之间的关系,称为光敏电阻
的光照特性。不同类型的光敏电阻,光照特性不同。
光 电 / 流 m A
0. 25 0. 20 0. 15 0. 10 0. 05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 光 通 量 / lm
光敏电阻的光照特性
多数是非线性的。不宜 做线性丈量元件，普通 用做开关式的光电转换 器。
22
第8章 光电式传感器及其应用
5)光谱特性
光敏电阻对不同波长的光,光谱灵敏度不同,而且不
同种类光敏电阻峰值波长也不同。
10 0
80
60
硫 化铅
40
硫 化铊
第8章 光电式传感器及其应用
1
第8章 光电式传感器及其应用
按任务原理分类： 光电效应传感器 红外热释电传感器 固体图像传感器 光纤传感器
2
第8章 光电式传感器及其应用
第5章 光电式传感器及其运用
光电传感器:将光信号〔红外、可见光及紫外光〕转变成为 电信号的器件。
被丈量 的变化
光信号 的变化
电信号 的变化
20
硫 化镉
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
①不同资料，其峰值 波长不同。
②同一种资料，对不 同波长的入射光，其 相对灵敏度不同，呼 应电流不同。
应根据光源的性质， 选择适宜的光电元件 〔匹配〕使光电元件 得到较高得相对灵敏 度。
光敏电阻的光谱灵敏度
23
第8章 光电式传感器及其应用
6) 伏安特性

光电式传感器PPT课件

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第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。

光电传感器PPT课件

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28
.
光电倍增管的类型
29
.
30
个人观点供参考，欢迎讨论！
20
.
五、光电池
光电池是根据光生伏特效应工作的。是
一种自发式的光电元件，它受到光照射时能 产生一定方向的电动势，只要接通外电路， 便有电流通过。应用最广泛的是硅光电池。
21
.
光电池的外形
22
.
光电池既可以作为电源，又可以作为光 电检测器件，作为电源使用的光电池，主要 是直接把太阳的辐射能转换为电能，成为太 阳电池。太阳电池不需要燃料，没有运动部 件，也不排放气体，具有重量轻、性能稳定、 光电转换率高、使用寿命长、不产生污染等 优点，在航天技术、气象观测、工农业生产 乃至人们的日常生活等方面都得到广泛的应 用。
两种，它们都是根据光电导效应工作的。与
光敏电阻器相比，光敏晶体管具有灵敏度高、 高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便 等优。
11
.
1、光敏二极管
将光敏二极管的PN 结设 置在透明管壳顶部的正下方， 光照射到光敏二极管的PN结 时，电子-空穴对数量增加， 光电流与照度成正比。
光敏二极管把光信号转换 为电信号。
2、内光电效应
.
光照射在半导体材料时，激发出光生电子—空穴对，
从而使半导体材料产生分为两种
1）光电导效应——光照射使材料的电阻率变化的现
象。
根据该效应工作的器件有光敏电阻和光敏二极管与三
极管。
2）光生伏特效应——光照引起半导体PN结两端产生
电动势的现象。
5
根据该效应工作的光电器件有光电池。
12
.
PN结相关知识
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导 体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗） 基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。

光电传感器详细ppt课件

光电传感器详细ppt课件
二、光电倍增管及其基本特性
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多

光电传感器PPT课件

光电传感器PPT课件

材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材
料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照 射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光
电导体的电导率增加。
（2）光生伏特效应
某些半导体或电介质材料，在光线作用下，能够使物体产 生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。当光线照 射于半导体PN结时，在PN结两端就会产生一定的电位差， 并将在外回路中产生电流。基于这种效应的光电器件有光 电池和光敏二极管、光敏三极管。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射 到金属释放电子所需时间不超过10-9s。
根据能量守恒定理，可以得到爱因斯坦光电效应方程：
h
1 2
mv02
A0
式中m—电子质量；v0—电子逸出速度。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物 体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功， 即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红线频率或 波长限。光束频率低于红线频率时，光子能量不足以使物 体内的电子逸出，因而小于红线频率的入射光，光强再大 也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红线频率， 即使光线微弱，也会有光电子射出。
光电器件的基本特性参数
（1）响应度k 光电器件输出电压VO与入射光功率PI之比称为响应度
k，即： k= VO/ PI = VO /(H·Ad)
式中， VO是器件的输出电压， PI为入射光敏面的辐射功 率，Ad是器件受光面积，H为光敏面的辐射照度。k的单 位是(V/W)。
响应度k是表征光电器件输出信号能力的特征量。
光电倍增管：
二，光电倍增管(photomultiplier ,PMT)
当入射光很微弱时，普通光电管的产生的光电流很小， 不容易探测，这时常用光电倍增管对电流进行放大。

光电传感器PPT

光电传感器PPT
等领域的发展提供有力支持。
05 光电传感器的未来展望
拓展光电传感器的应用领域
医疗领域
光电传感器在医疗领域的应用将 进一步拓展，如用于监测生命体 征、诊断疾病的光电传感器。
环保领域
随着环保意识的提高，光电传感 器在环境监测、污染治理等方面 的应用将得到加强。
智能家居领域
光电传感器在智能家居领域的应 用将更加广泛，如智能照明、智 能安防等。
详细描述
目前，科研人员正致力于研究新型光电传感器材料，如石墨烯、过渡金属硫化物等，这些材料具有优异的光电性 能和化学稳定性，有望在光电传感器领域发挥重要作用。
实现光电传感器的智能化和网络化
总结词
随着物联网和人工智能技术的快速发展，实现光电传感器的智能化和网络化已成为必然 趋势。
详细描述
通过集成微处理器、通信模块和人工智能算法，光电传感器可以实现自适应调整、远程 控制和实时数据分析等功能，从而更好地适应复杂多变的应用环境。同时，通过将光电 传感器接入物联网，可以实现大规模的远程监控和数据共享，为工业自动化、智慧城市
激光雷达
利用光电传感器中的激光雷达技术， 可以测量物体的距离和速度，广泛应 用于自动驾驶和机器人领域。
光电传感器在环保领域的应用
水质监测
光电传感器可以检测水中的溶解氧、浊度、 PH值等参数，对水质进行实时监测。
紫外线检测
光电传感器中的紫外线传感器能够检测紫 外线的强度，常用于防晒霜效果评估和环
境监测等领域。
提高光电传感器的可靠性和稳定性
材料改进
通过改进光电传感器的材料，提高其耐久性和稳定性， 降低故障率。
工艺优化
优化光电传感器的制造工艺，提高其生产效率和产品 质量。
可靠性测试
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大于物体表面的电子逸出功。 第8章光电传感器
e
第8章 光电式传感器 8.1.2 内光电效应
传感与检测技术
1）光电导效应
☻ 入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应。
• 这种效应几乎所有高电阻率半导体都有，在入射光作用下
电子吸收光子能量，电子从价带激发到导带过度到自由状 态，同时价带也因此形成自由空穴，使导带电子和价带空 穴浓度增大引起电阻率减小。
➢ 当光线照射在光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子
的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产生光电子发射。
➢ 电子被带有正电的阳极 吸引在光电管内形成电 子流，电流在回路电阻 RL上产生正比于电流大 小的压降。
URLI光 强 第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
传感与检测技术
8.2.1 光电管
• 光电管主要用于分析仪器和各种自 动控制装置；如，分光光度计、光电 比色计等 。
式中：
h —— 普朗克常数 ( J.S )
—— 光的频率（Hz）
1/ 波长短，频率高，能量大。
➢ 入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比 。
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器 传感与检测技术
8.1.1 外光电效应
➢ 每个光子具有的能量可由能量守恒定律表示为
1 2
Eh 12mv02 A (爱因斯坦光电效应方程)
第8章 光电式传感器 8. 1 光电效应
传感与检测技术
• 光敏器件主要利用各种光电效应
☺ 光电效应可分为：
➢ 外光电效应
光电导效应 ➢ 内光电效应
光生伏特效应
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
传感与检测技术
8.1.1 外光电效应
☻ 在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。
每个光子具有能量 E h
式中： K —— 常数 N —— 倍增极数
光电倍增管不能直接受强光照 射,否则会损坏.通常密封使用。
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
传感与检测技术
8.2.2 光电倍增管
➢ 增益变化与外加电压（电源）有关
G /GN ( U d/U d)
➢ 上式可见，倍增级外加电压Ud的变化将引起光电倍增管增益 的变化，因此对供给光电倍增管的电源电压要求较高，必须
• 为使电子从价带激发到导带， 入射光子的能量应大于禁带 宽度的能量E0＞Eg。
• 基于光电导效应的光电器件有 光敏电阻。
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器 传感与检测技术
2） 光生伏特效应
☻ 光生伏特效应是半导体材
+
料吸收光能后，在PN结上
产生电动势的效应。
光源
-+
-
P - +N
-+
➢ 为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？
• 光敏器件种类很多，在自动检测及控制系统、计算机 系统中应用非常广泛。
• 普通的光电器件包括： 光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、 光电池、光电倍增管、光电耦合器等。
被
测
光信号
量
光电传感器
第8章光电传感器
电信号
第8章 光电式传感器 概述
传感与检测技术
光敏管
光电开关
光敏电阻
光
电
鼠
光栅
标
第8章光电传感器
传感与检测技术
8.2.2 光电倍增管
➢ 光电倍增管与普通光电管不同,在光阴极和阳极之间加了 许多倍增极（10级左右），在阳极和阴极之间加有几 百～上千伏的高压，每个倍增极间分压有100～200V；
➢ 光电倍增管的电流增益很大在105～106之间。倍增极外加 电压Ud与增益G的关系近似为：
G KUdN
空穴
第8章 光电式传感器
传感与检测技术
2） 光生伏特效应
处于反偏时的P-N结（给P-N结加电场） -
+
➢ 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小； ➢ 有光照时，产生光生电子—空穴对，在外电场作用下，
光生电子→N，空穴→P 运动，形成光电流Ig。
☻ 光敏二极管通常加反向电压。
光源
• 电流方向与反向电流一致，
电压就是光生电动势。
光源
➢ 基于这种效应的器件有光 +
-+
-
电池。
P - +N -+
• 二极管PN结开路电压有
电子
U 0kh T c P IS ， 光 生 电 压 与 光 功 率 P 、 波 长 成 正 比 c光 速 、 h普 朗 克 常 数 、 k、 ， 为 常 数 第8， 章T 光绝 电对 传感温 器度 ， IS暗 电 流
m
v
2 0
为一个电子逸出的动能（能量）； m 为电子质量 ，
ν0电子逸出物体表面时的速度； A 为电子的逸出功。
➢ 光照射物体时电子吸收入射光子的能量 ，当
物体吸入的能量超出物体逸出功A 时，电子
就会逸出物体表面，产生光电子发射。 ➢ 超出的能量就表现在电子逸出的动能上。 光电子
光照射
➢ 能否产生光电效应，取决于光子的能量是否
有极好的稳定性。
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
第8章光电传感器第8章 光电式传感器来自主要内容：传感与检测技术
8.1 光电效应
8.2 光电器件 光电管、光电倍增管、光敏电阻、 光电晶体管、光电池、色敏、 其他光电器件
8.3 光栅传感器
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器 概述
传感与检测技术
➢ 光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成 电信号。具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的 器件称光敏器件。光电传感器是物性型传感器。
电子管
光电管外壳不透明
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器 8.2.2 光电倍增管
传感与检测技术
➢ 光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常 常使用光电倍增管。
➢ 光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固 体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
光照强光电流越大。
• 具有这种性能的器件有：
光敏二极管、光敏晶体管
Ig
• 从原理上讲，不加偏压的光
电二极管就是光电池。
第8章光电传感器
-
P-
电子
E
+
+N
+
空穴
第8章 光电式传感器
8.2 光电器件
传感与检测技术
8.2.1 光电管
➢ 光电管是一个抽真空或充惰性气体的玻璃管，内部有光阴 极K、阳极A，光阴极涂有光敏材料；
下面分两种情况讨论：
• 不加偏压时的PN结 • 处于反偏时的PN结
第8章光电传感器
第8章 光电式传感器
2） 光生伏特效应
传感与检测技术
不加偏压P-N结
➢ 当光照射在P-N结时，如果光电子能量足够大，就可激
发出电子——空穴对，在P-N结内电场作用下空穴移向P
区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个