第9章 光电式传感器

第八章 光电式传感器

光电器件

光电效应

外光电效应 内光电效应

光敏二极管、光敏晶体管 光电池 CCD 光电传感器的应用

光电效应

外光电效应

光子，光子能量；光电子 外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射 的现象。

内光电效应

在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应 光电导效应：光敏电阻、光敏二极管(晶体管) 光生伏特效应：光电池

光电效应

光敏电阻

无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小；当光敏电 阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中 电流迅速增大。材料 硫化镉 硫化铅 敏感范围 0.3~1μm(可见光) 1. 5~3μm(近、中红外) 如：用以火焰探测器 暗电阻 亮电阻 响应速率 10-2 10-4 大于1M 小于1K 大于2M 小于1K

基本特性

伏安特性 光照特性 光谱特性

频率特性 温度特性

光敏二极管、光敏晶体管

光敏二极管

光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态 暗电流、光电流(光照越强，光电流？) 基极无引出线，集电极相对于发射极为正电压 当光照射在集电结上时, 就会在结附近产生电子-空穴对, 从而形成光电流, 相 当于三极管的基极电流。因此集电极电流是光生电流的β倍, 所以光敏晶体管 有放大作用。

光敏三极管

硅：敏感可见光，可用来探测可见光或赤热状态物体 锗：敏感红外光，可用于红外光探测

光电池

一个大面积的PN节，光照下产生的电子-空穴对向两级扩散， 形成与光照强度有关的电动势。

光电耦合器件

光电耦合器

光电开关

CCD(电荷耦合器件)

结构：MOS电容器→光敏元或像素；MOS阵列→CCD器件 原理：金属

氧化物SiO2沟阻 耗尽层(势阱) 衬底 少数载流子

P-Si

光电传感器的应用

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光纤传感器

光纤的结构

光纤的传光原理

光纤传感器工作原理

利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量

功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成 传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它 敏感元件感受被测量的变化被测对象 光纤 至信号处理系统 光纤敏感元件 光探测器 光源

被测对象 光纤

光源

至信号处理系统 光敏感元件 光探测器

红外传感器——辐射式传感器

红外辐射

本质是热辐射 以波的形式在空间直线传播，真空中以光速传播 当物体温度低于1000℃时，向外辐射的不再是可见光，而是红外光 红外线在通过大气层时,

有三个波段透过率高, 它们是2~2.6 μm、 3~5 μm和8~14 μm

红外探测器

热探测器

利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升 高，进而使某些有关物理参数发生变化，通过测量物理参数的变化来 确定探测器所吸收的红外辐射。 利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变 电子的能量状态，引起各种电学现象。

光子探测器

红外传感器的应用

红外测温仪