第8章光电式传感器IT·服务·创新第第88章光电式传感器章光电式传感器光电式传感器是一种将光量的变化转换为电量变化的传感器。光电式传感器是各类传感器中发展最迟的一类传感器，但发展之快、应用之广，都超过其它传感器。电磁辐射的频谱第8章光电式传感器IT·服务·创新x1光源光通路光电器件测量电路光量光量电量x2输出x1——被测量直接引起光源光量的变化；☻对光量的调制方法：早期的光电传感器，主要是利用各种光电效应制成的光敏器件，有外光电效应的光电管和光电倍增管；内光电效应的光导管、光敏二极管、光敏三极管及光电池等。新发展的光电传感器主要是光纤传感器、红外传感器和图像传感器（CCD、CMOS）等。x2——被测量在光传播过程中调制光量。第8章光电式传感器IT·服务·创新光电传感器测量方法灵活多样，除直接检测光信号外，还可间接测量位移、压力、速度、加速度、转速、液位、浊度、颜色及温度等多种物理量。具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和抗干扰能力强等优点。8.1光电效应8.2光电器件8.3光源及光学元件8.4光电式传感器的应用8.6红外传感器8.7图像传感器简介☻组成：光源、光学元件和光电器件。第8章光电式传感器IT·服务·创新8.1光电效应光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。一、外光电效应光线照射在某些物体上，使物体内的电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。也称为光电发射，逸出的电子称为光电子。它是1887年由德国科学家赫兹发现的。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。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。第8章光电式传感器IT·服务·创新逸出功：物体内电子脱离物体表面所需能量，也称功函数，其值与材料性质和表面状态有关。式中m——电子静止质量；（9.1091×10-31kg）v0——电子逸出速度。该方程称为爱因斯坦光电效应方程。由上式可知：02021Amvh光线照射物体，物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。如果一个电子要想逸出，光子能量h必须超过逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量式中h——普朗克常数，6.626×10-34J·s；——光的频率(s-1)。hE根据能量守恒定理第8章光电式传感器IT·服务·创新（1）光电子能否产生，取决于入射光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，这意味着每一种物质都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子的能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。（2）当入射光的频谱成分不变时（≥红限频率），产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。第8章光电式传感器IT·服务·创新二、内光电效应当光照射在物体上，使物体的电阻率（电导率）发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。1.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，这种现象被称为光电导效应。受到光照射时光电导变大。基于这种效应的光电器件有光敏电阻，又称为光导管。第8章光电式传感器IT·服务·创新当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光电导材料价带上的电子将被激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg式中、λ分别为入射光的频率和波长，c为光速。g24.1Ehchg24.1EcE电子能量导带价带禁带h光生电子-空穴对也就是说，对于一种光电导体材料，总存在一个照射光波长限λc，只有波长小于λc的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃迁，从而使光电导体的电导率增加。g24.1E第8章光电式传感器I...
