光电式传感器:光电式传感器

2021/10/31 01:55 · 传感器知识资讯 ·  · 光电式传感器:光电式传感器已关闭评论
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光电式传感器
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光电式传感器photoelectric transducer,基于光电效应的传感器,在受到可见光照射后即产生光电效应,将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外,还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量,如尺寸、位移、速度、温度等,因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合,光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面,光学器件和电子器件价格较贵,并且对测量的环境条件要求较高。
中文名
光电式传感器
外文名
photoelectric transducer
拼 音
guāng diàn shì chuán gǎn qì
基 于
光电效应
适用条件
受到可见光照射
功 能
测量光强等物理量
目录
1
简介
2
概述
3
类型
4
应用
5
光电效应
?
外光电效应
?
内光电效应
6
光敏电阻
7
光敏管
8
光电池
9
耦合器件
10
CCD
11
分类
12
发展状况
13
构成特点
光电式传感器简介
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语音
photoelectric transducer
光电式传感器概述
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光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器,光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。由于光电测量方法灵活多样,可测参数众多,具有非接触,高精度,高可靠性和反应快等特点,使得光电传感器在检测和控制领域获得了广泛的应用。
光电式传感器类型
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光电式传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管和光电三极管、光电池、半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、热释电传感器、光电耦合器件等光电元件。另外,光电式传感器还可分为模拟式光电式传感器和脉冲式光电式传感器两类。
光电式传感器应用
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光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点而且可测参数多。传感器的结构简单,形式灵活多样,体积小。近年来,随着光电技术的发展,光电式传感器已成为系列产品其品种及产量日益增加。用户可根据需要选用各种规格的产品它在机电控制、计算机、国防科技等方面。
光电式传感器光电效应
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它是光照射到某些物质上,使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象,可分为外光电效应和内光电效应和光生伏特效应三类。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物理现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hv,h为普朗克常数,v为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述:Ek=hν -W其中,h表示普朗克常量,ν表示入射光的频率)。当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值,称为红限频率。对于红限频率以上的入射光,外生光电流与光强成正比。内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指,半导体材料在光照下禁带中的电子受到能量不低于禁带宽度的光子的激发而跃迁到导带,从而增加电导率的现象。能量对应于禁带宽度的光子的波长称光电导效应的临界波长。光生伏打效应是指光线作用能使半导体材料产生一定方向电动势的现象。光生伏打效应又可分为势垒效应(结光电效应)和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区(或在PN结)中,电子受光子的激发脱离势垒(或禁带)的束缚而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下电子移向 N区外侧,空穴移向 P区外侧,形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受光照不均匀时,受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀,电子向未被照射部分扩散,引起光照部分带正电、未被光照部分带负电的一种现象。
光电式传感器外光电效应
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。
光电式传感器内光电效应
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
光电式传感器光敏电阻
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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。
图1
光电式传感器光敏管
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1.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
图2
暗电流、光电流(光照越强,光电流?)2.光敏三极管基极无引出线,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。
图3
图4
光电式传感器光电池
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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。
图5
光电式传感器耦合器件
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图6
1.光电耦合器2.光电开关
光电式传感器CCD
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结构:MOS电容器→光敏元或像素;MOS阵列→CCD器件
图7
原理:如图7所示
[1]

光电式传感器分类
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基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。基于光电导效应的有光敏电阻。基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管(见半导体光敏元件)。基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。光电式传感器还可按信号形式分为模拟式光电传感器(见位移传感器)和数字式光电传感器(见转速传感器、光栅式传感器、数字式传感器)。光电式传感器还有光纤传感器、固体图像传感器等。
光电式传感器发展状况
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1839年A.E.贝可勒尔发现当光线落在浸没于电介液中的两个金属电极上,它们之间就产生电势,后来称这种现象为光生伏特效应。1873年W.史密斯和Ch.梅伊发现硒的光电导效应。1887年H.R.赫兹发现外光电效应。基于外光电效应的光电管和光电倍增管属真空电子管或离子管器件,曾在50~60年代广泛应用,直到目前仍在某些场合继续使用。虽然早在1919年T.W.凯斯就已取得硫化铊光导探测器的专利权,但半导体光敏元件却是在60年代以后随着半导体技术的发展而开始迅速发展的。在此期间各种光电材料都得到了全面的研究和广泛的应用。它们的结构有单晶和多晶薄膜的,也有非晶的,它们的成分有元素半导体的和化合物半导体的,也有多元混晶的。其中最重要的两种是硅和碲镉汞。硅的原料丰富,工艺成熟,是制造从近红外到紫外波段光电器件的优良材料。碲镉汞是碲化汞和碲化镉的混晶,是优良的红外光敏材料。通过对光电效应和器件原理的研究已发展了多种光电器件(如光敏电阻、光电二极管、光电三极管、场效应光电管、雪崩光电二极管、电荷耦合器件等),适用于不同的场合。光电式传感器的制造工艺也随薄膜工艺、平面工艺和大规模集成电路技术的发展而达到很高的水平,并使产品的成本大为降低。被称为新一代摄像器件的聚焦平面集成光敏阵列正在取代传统的扫描摄像系统。光电式传感器的最新发展方向是采用有机化学汽相沉积、分子束外延、单分子膜生长等新技术和异质结等新工艺。光电式传感器的应用领域已扩大到纺织、造纸、印刷、医疗、环境保护等领域。在红外探测、辐射测量、光纤通信,自动控制等传统应用领域的研究也有新发展。例如,硅光电二极管自校准技术的提出为光辐射的绝对测量提供了一种很有前途的新方法。
光电式传感器构成特点
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图8
[2]
光电传感器的构成光电传感器由光源、光学通路、光电元件构成。光电式传感器应用1、光量变化的非电量;2、能转换成光量变化的其他非电量。光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式,即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。光电式传感器特点非接触、响应快、性能可靠。
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陈杰.传感器与检测技术:高等教育出版社,2002.8:75
2.

光电式传感器的工作原理
.汽车电子网[引用日期2013-05-04]
光电式传感器:光电式传感器  第1张

光电式传感器:光电式传感器工作原理

展开全文
下面简单介绍光电式传感器农业传感器。
9.1什么是光电式传感器?光电式传感器的基本工作原理是什么?? 利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、电流、电阻等)的装置。? 光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的,即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。
9.2光电式传感器按照工作原理可分为哪四大类? 反射式、透射式、
9.3光电式传感器的基本形式有哪些??
9.4什么是光电效应?内光电效应?
外光电效应?? 光电效应、内光电效应、外光电效应9.5典型的光电器件有哪些?? 光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光敏二极管、光电耦合器
9.6光电管是如何工作的?其主要特性是什么?? 光照在光电管的阴极上,阴极电子吸收光子,克服表面功,向外发生电子,电子在外加电场的作用下,被光电管的阳极收集并形成光电流。?
9.7简述光电倍增管得工作原理。光电倍增管的主要参数有哪些?? 倍增系数;光电阴极灵敏度和光电管总灵敏度;暗电流;光谱特性。?9.8试画出光敏电阻的结构;光敏电阻的主要参数有哪些?? 暗电阻,亮电阻,暗电流,亮电流,光电流。
光电式传感器:光电式传感器  第2张

光电式传感器:光电式传感器都有哪些

一、光电式传感器的原理
光电式传感器的感光元件是采用光电效应,而光电效应又分为外光电效应和内光电效应(分为光电导效应和光生伏特效应)。
1、内光电效应:
(1)光电导效应:当入射光子射入到半导体表面时,半导体吸收入射光子产生电子空穴对,使其自身电导增大。
(2)光生伏特效应:当一定波长的光照射非均匀半导体(如PN结),在自建场的作用下,半导体内部产生光电压。
光照射到半导体或绝缘体的表面时,使物体内部的受束缚电子受到激发,从而使物体的导电性能改变。这就称为内光电效应。显然照射的辐射通量愈大,则被激发的电子数愈多,该物体的电阻值就变得愈小。
光导管(又称光敏电阻)就是利用内光电效应制成的半导体器件。像硫化镉、硫化铅、硫化铟、硒化镉、硒化铅的那个均是半导体光导管。光导管的优点是体积小、牢固耐用。它主要用于光谱仪器的光接收器、光电控制、激光接收和远距离探测等方面。
2、外光电效应:
由光电效应或光致电离引起的光电子发射。在光线作用下能使电子从物体表面逸出地称为“外光电效应”或光电发射。
当物质受到光线照射时,电子得到了足够的光能后从物质表面上放射出来的现象,称为光电子发射效应。发射出来的电子称为光电子,可以发射光电子的物体称为光电发射体。光电子形成的电流即为光电流。
二、光电式产品应用
1、太阳总辐射传感器
太阳总辐射传感器采用光电原理,可用来测量太阳光下的总辐射值。辐射传感器采用高精度的感光元件,宽光谱吸收,全光谱范围内吸收量高,稳定性好;同时感应元件外安装透光率高达95%的防尘罩,防尘罩采用特殊处理,减少灰尘吸附,有效防止环境因素对内部元件的干扰,能够较为精准的测量太阳辐射量。产品采用标准Mod-bus通信协议,可直接读取当前太阳辐射值,接线方式简单。外形小巧美观,占用安装空间小。产品广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化以及大气污染等部门做太阳总辐射的测量。
2、光电式烟雾报警器
光电感烟火灾探测报警器(以下称报警器)能够探测火灾时产生的烟雾。报警器采用光电感烟器件及优良的生产工艺,工作稳定,外形美观,安装简单,无需调试,可广泛应用于商场、宾馆、商店、仓库、机房、住宅等场所进行火灾安全检测。报警器内置蜂鸣器,报警后可发出强烈声响。
3、光合有效辐射传感器
光合有效辐射传感器采用光电感应原理,可用来测量光谱范围在400~700nm的光合有效辐射。传感器采用高精度的光电感应元件,宽光谱吸收,400-700nm范围内吸收量高,稳定性好;当有光照时,产生一个与入射辐射强度成正比的电压信号,并且其灵敏度与入射光的直射角度的余弦成正比。防尘罩采用特殊处理,减少灰尘吸附,有效防止环境因素对内部元件的干扰,能够较为精准的测量光合有效辐射量。

光电式传感器photoelectrictransducer,基于光电效应的传感器,在受到可见光照射后即产生光电效应,将光信号转换成电信号输出。它除能测量 光强之外,还能利用 光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种 物理量,如尺寸、 位移、速度、温度等,因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合,光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。其缺点是在某些应用方面,光学器件和 电子器件价格较贵,并且对测量的环境条件要求较高。

一、光电式传感器的原理
光电式传感器的感光元件是采用光电效应,而光电效应又分为外光电效应和内光电效应(分为光电导效应和光生伏特效应)。
1、内光电效应:
(1)光电导效应:当入射光子射入到半导体表面时,半导体吸收入射光子产生电子空穴对,使其自身电导增大。
(2)光生伏特效应:当一定波长的光照射非均匀半导体(如PN结),在自建场的作用下,半导体内部产生光电压。
光照射到半导体或绝缘体的表面时,使物体内部的受束缚电子受到激发,从而使物体的导电性能改变。这就称为内光电效应。显然照射的辐射通量愈大,则被激发的电子数愈多,该物体的电阻值就变得愈小。
光导管(又称光敏电阻)就是利用内光电效应制成的半导体器件。像硫化镉、硫化铅、硫化铟、硒化镉、硒化铅的那个均是半导体光导管。光导管的优点是体积小、牢固耐用。它主要用于光谱仪器的光接收器、光电控制、激光接收和远距离探测等方面。
2、外光电效应:
由光电效应或光致电离引起的光电子发射。在光线作用下能使电子从物体表面逸出地称为“外光电效应”或光电发射。
当物质受到光线照射时,电子得到了足够的光能后从物质表面上放射出来的现象,称为光电子发射效应。发射出来的电子称为光电子,可以发射光电子的物体称为光电发射体。光电子形成的电流即为光电流。
二、光电式产品应用
1、太阳总辐射传感器
太阳总辐射传感器采用光电原理,可用来测量太阳光下的总辐射值。辐射传感器采用高精度的感光元件,宽光谱吸收,全光谱范围内吸收量高,稳定性好;同时感应元件外安装透光率高达95%的防尘罩,防尘罩采用特殊处理,减少灰尘吸附,有效防止环境因素对内部元件的干扰,能够较为精准的测量太阳辐射量。产品采用标准Mod-bus通信协议,可直接读取当前太阳辐射值,接线方式简单。外形小巧美观,占用安装空间小。产品广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化以及大气污染等部门做太阳总辐射的测量。
2、光电式烟雾报警器
光电感烟火灾探测报警器(以下称报警器)能够探测火灾时产生的烟雾。报警器采用光电感烟器件及优良的生产工艺,工作稳定,外形美观,安装简单,无需调试,可广泛应用于商场、宾馆、商店、仓库、机房、住宅等场所进行火灾安全检测。报警器内置蜂鸣器,报警后可发出强烈声响。
3、光合有效辐射传感器
光合有效辐射传感器采用光电感应原理,可用来测量光谱范围在400~700nm的光合有效辐射。传感器采用高精度的光电感应元件,宽光谱吸收,400-700nm范围内吸收量高,稳定性好;当有光照时,产生一个与入射辐射强度成正比的电压信号,并且其灵敏度与入射光的直射角度的余弦成正比。防尘罩采用特殊处理,减少灰尘吸附,有效防止环境因素对内部元件的干扰,能够较为精准的测量光合有效辐射量。

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