第十章 光电传感器(河南理工大学)VIP专享VIP免费

第十章光电传感器主要内容：10.1光电效应10.2光电器件1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。概述概述光电传感器是一种以光电效应为原理的传感器。一、光的分类（根据波长分类）一、光的分类（根据波长分类）可见光红外光近红外中红外远红外红620nm--760nm橙592nm--620nm黄578nm--592nm绿500nm--578nm青464nm--500nm蓝446nm--464nm紫400nm--446nm光具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。光具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。1.1.光的性质光的性质光衍射：光在传播路径中，遇到障碍物（不透明或透明），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。光干涉：光干涉：两列或几列光波在空间相遇时相互迭加，在某些区域加强，在另一些区域则削弱，形成稳定的强弱分布的现象。条件：频率相同、振动方向相同以及有恒定的相位差光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为γγ的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为h--h--普朗克常数，普朗克常数，6.626×106.626×10-34-34J·sJ·s；；γ--γ--光的频率（单位光的频率（单位ss-1-1）。）。可见，光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大可见，光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大Eh2.2.光子能量光子能量二、光源（发光器件）二、光源（发光器件）1.1.白炽光源白炽光源用钨丝通电加热作为光辐射源。用钨丝通电加热作为光辐射源。发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，所以很多光敏元件都能和它配合接收到光信号。所以很多光敏元件都能和它配合接收到光信号。特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。是可取之处。2.2.荧光灯荧光灯发光原理：高压使灯丝放电，发射电子。电子发光原理：高压使灯丝放电，发射电子。电子与灯管内的惰性气体（氖气）及少量的水银中的原子碰与灯管内的惰性气体（氖气）及少量的水银中的原子碰撞，发出紫外线，紫外线照射到灯管臂的荧光物质上，撞，发出紫外线，紫外线照射到灯管臂的荧光物质上，变成可见光。变成可见光。特点：发光效率高，节能效果明显（特点：发光效率高，节能效果明显（75%75%），），寿命长（提高寿命长（提高8~108~10倍）。倍）。波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。3.3.发光二极管（发光二极管（LED—LightEmittingDiodeLED—LightEmittingDiode））由半导体由半导体PNPN结构成，其工作电压低、响应速度快结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。发光原理：当发光原理：当PNPN结上加有正向电压时，电子由结上加有正向电压时，电子由NN区注入到区注入到PP区，空穴则由区，空穴则由PP区注入到区注入到NN区，称为载流区，称为载流子注入。所注入到子注入。所注入到PP区里的电子和区里的电子和PP区里的空穴复合区里的空穴复合，注入到，注入到NN区里的空穴和区里的空穴和NN区里的电子复合，在复合区里的电子复合，在复合的同时，伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现的同时，伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。象。44、激光器、激光器发光原理：在特制的谐振腔加上电压，光子在里面不发光原理：在特制的谐振腔加上电压，光子在里面不断来回振动，光子振动时，产生碰撞激发出新的光子，数量断来回振动，光子振动时，产生碰撞激发出新的光子，数量不断翻倍，光子越来越多，最后从谐振腔的窗口出释放出来，不断翻倍，光子越来越多，最后从谐振腔的窗口出释放出来，再被经过的光子激发，放出光。再被经过的光子激发，放出光。特点：高方向性、高单色性和高亮度。特点：高方向性、高单色性和高亮度。波长范围：从波长范围：从0.24μm0.24μm到远红外整个波段。到远红...