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第8章光电传感器主要内容：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、其他光电器件、电荷耦合器8.3 光纤传感器8.4 光栅式传感器概述：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。
光敏器件种类很多，如：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏晶极管、光电池、光电耦合器件（CCD）、光纤等等。
8．1 光电效应传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分为：外光电效应内光电效应：光电导效应光生伏特效应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。
光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：——普朗克常数()——光的频率（Hz），波长短，频率高，能量大一个电子逸出的能量（动能）为, 由能量守恒定律有：如果光子的能量E大于电子的逸出功A，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。
能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。
8．1．2内光电效应∙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的半导体都有，这是由于在入射光线作用下，电子吸收光子能量，电子从价带被激发到导带上，过渡到自由状态。
同时价带也因此形成自由空穴，使导带的电子和价带的空穴浓度增大，引起电阻率减少。
为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E0应大于禁带宽度Eg。
基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。
图8—1 光电导效应∙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。
为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？有下面两种情况：∙不加偏压的PN结；当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁带宽度（E0 ＞ Eg） ,可激发出电子—空穴对，在PN结内电场作用下空穴移向P区，电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生伏特效应产生的光生电动势。
当向电极加正偏压时，在电场的作用下，电极下的MOS光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片2．读出移位寄存器3．电荷的输出8.4.2 8.4.2 线感光单元和存储单元交替排列。
在感光区光敏元件积分(a) 被测物是光源(b) 被测物吸收光通量(c) 被测物是有反射能力的表面(d) 被测物遮蔽光通量光电式浊度计工作原理——被测物吸收光通量可发出高分贝笛鸣 可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测控制器原理1— 被测带材；2—卷取电机 ；3—卷取辊；4—液压缸；5—活塞；6—滑台；7—光电检测装置；8—光源；9、10—透镜；11-光敏；12—遮光罩电阻R1当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反线阵线阵CCD CCD CCD器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径器件精密检测工件直径n =60( f /z )8.68.6 光栅传感器光栅式传感器有如下的特点：8.6.18.6.1 计量光栅的种类通常在600线/mm以上。
2．圆光栅8.6.2 莫尔条纹8.6.22．莫尔条纹的特性3) 误差平均效应(a) 刻线对齐 (b) 错开W/4 (c) 错开W/2 (d) 错开3W/42) 圆光栅的莫尔条纹(1) 径向光栅的莫尔条纹。
在几何量的测量中，径向光栅主要使用两种莫尔条纹：圆弧形莫尔条纹和光闸莫尔条纹。
① 圆弧形莫尔条纹。
两块栅距角γ相同的径向光栅以不大的偏心叠合，在光栅的各个部分，栅线的夹角均不同，便形成了不同曲率半径的圆弧形莫尔条纹。
光栅式传感器8.6.38.6.3 光栅式传感器光栅式传感器有多种不同的光学系统，其中，比较常见的有透射式光栅传感器和反射式光栅传感器。
1．透射式光栅传感器光电元器件输出电信号的幅值可用光栅位移量若指示光栅采用路，即可实现对位移的测量。
2．反射式光栅传感器接近，能减小温度误差。
3．光栅测量辨向原理4．细分技术8.7.1 绝对编码器8.7.1绝对式接触式编码器演示绝对式接触式编码器2．绝对编码器的工作原理以4位绝对码盘的光电读出装置为例，如图，由最外向内依3．提高分辨力的措施。
《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。
