【正文】 ut modulation longfocallength only through the use of mechanical shielded, scenes that receiver transmitter only can receive the emission of light, can make its energy bees very high. In contrast, through modulation transceivers can ignore ambient light, only to own light or with the same modulation frequencies of light without modulation response. The sensor used to test the infrared rays or around the radiation, if just baked red bottle, in this application situation if use other sensor, may be incorrect actions. Photoelectric sensor due to noncontact, high reliability, etc, and to change in measurement, damage the object to be tested So since its invention in fields since play a significant role, at present it has been widely used in measuring mechanical quantity, thermal quantity, weight, intelligent vehicle system into etc. Now it in power system automatically grid device plays a very important role, because generator input power grid operation often USES accurate with law, must meet: threephase line sequence is consistent, frequency, phase agree unanimously, voltage amplitude equal, one of the conditions in system design has been satisfied, after three conditions must also meet to grid, of course, artificially grid is more difficult, photoelectric grid is easier. The development of times, science and technology in the update, photoelectric sensor types are increasing and application domain more and more widely, such as a recent kind of infrared already in intelligent vehicle electrical sensors in to the application, one of which had based on infrared sensor is the core of intelligent vehicle, reflective type infrared sensor using reflex infrared sensor design path detection module and speed monitoring module。 Another method based on infrared sensor using the car tracing is to collect infrared sensor data. Photoelectric sensor has cannot be replaced by other sensors superiority, so it development foreground is very good, the application will also bee more widespread. 光電傳感器關(guān)鍵字：光電效應(yīng)　光電元件　光電特性　傳感器分類　傳感器應(yīng)用　　摘要：在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，人類已經(jīng)入瞬息萬變的信息時(shí)代，人們在日常生活，生產(chǎn)過程中，主要依靠檢測技術(shù)對信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來實(shí)現(xiàn)制動控制，自動調(diào)節(jié)，目前我國已將檢測技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。 由于微電子技術(shù)，光電半導(dǎo)體技術(shù)，光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展，使得光電傳感器的應(yīng)用與日俱增。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、高可靠性、高精度、可測參數(shù)多、反應(yīng)快以及結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)，在自動檢測技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，它一種是以光電效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，由光電材料構(gòu)成的器件。正文： 一、理論基礎(chǔ)——光電效應(yīng) 光電效應(yīng)一般有外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會克服束縛脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)，光子是運(yùn)動著的粒子流，每種光子的能量為hv(v為光波頻率，h為普朗克常數(shù)，h＝*1034 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律： 式中，m為電子質(zhì)量,v為電子逸出的初速度,A微電子所做的功。 由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是hA。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個(gè)確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限”。相應(yīng)的波長為 式中，c為光速，A為逸出功。 當(dāng)受到光照射時(shí)，吸收電子能量，其電阻率降低的導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)。它屬于內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)光照在半導(dǎo)體上是，若電子的能量大與半導(dǎo)體禁帶的能級寬度，則電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子，同時(shí)，價(jià)帶留下相應(yīng)的空穴。電子、空穴仍留在半導(dǎo)體內(nèi)，并參與導(dǎo)電在外電場作用下形成的電流。除金屬外，多數(shù)絕緣體和半導(dǎo)體都有光電效應(yīng)，半導(dǎo)體尤為顯著，根據(jù)光導(dǎo)效應(yīng)制造的光電元件有固有入射光頻率，當(dāng)光照在光電阻上，其導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻值下降。光強(qiáng)度愈強(qiáng)，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢復(fù)到原阻值。半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，據(jù)此效應(yīng)制造的光電器件有光電池，光電二極管，管控晶閘管和光耦合器等。 二、光電元件及特性 根據(jù)外光電元件制造的光電元件有光電子，充氣光電管和光電倍曾管。 光電管的種類繁多，典型的產(chǎn)品有真空光電管和充氣光電管，光它的外形和結(jié)構(gòu)如圖1所示，半圓筒形金屬片制成的陰極K和位于陰極軸心的金屬絲制成的陽極A封裝在抽成真空的玻殼內(nèi)，當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí)，單個(gè)光子就把它的全部能量傳遞給陰極材料中的一個(gè)自由電子，從而使自由電子的能量增加h。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功A時(shí)，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發(fā)射。這種電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面后的初始動能為光電管正常工作時(shí)，陽極電位高于陰極，如圖2所示。在人射光頻率大于“紅限”的前提下，從陰極表面逸出的光電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)形成空間電子流，稱為光電流。此時(shí)若光強(qiáng)增大，轟擊陰極的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)也就增多，光電流變大。在圖2所示的電路中，電流和電阻只上的電壓降就和光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)光線照射到光電陰極K上時(shí)，電子從陰極表面逸出，并被光電陽極的正電廠吸收，外電路產(chǎn)生電流I，在負(fù)載電阻 上的電壓光電管的光電特性如圖3 所示，從圖中可知，在光通量不太大時(shí)，光電特性基本是一條直線。圖3光電管的光電特性圖2光電管測量電路圖1光電光結(jié)構(gòu)示意圖 由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的光電倍增管。圖4是光電倍增管結(jié)構(gòu)示意圖。圖4光電倍增結(jié)構(gòu)示意圖從圖中可以看到光電倍增管也有一個(gè)陰極K和一個(gè)陽極A，與光電管不同的是在它的陰極和陽極間設(shè)置了若干個(gè)二次發(fā)射電極，DDD3…它們稱為第一倍增電極、第二倍增電極、…，倍增電極通常為10～15級。光電倍增管工作時(shí)，相鄰電極之間保持一定電位差，其中陰極電位最低，各倍增電極電位逐級升高，陽極電位最高。當(dāng)入射光照射陰極K時(shí)，從陰極逸出的光電子被第一倍增電極D1加速，以高速轟擊D1 ，引起二次電子發(fā)射，一個(gè)入射的光電子可以產(chǎn)生多個(gè)二次電子， D1發(fā)射出的二次電子又被DD2問的電場加速，射向D2并再次產(chǎn)生二次電子發(fā)射……，這樣逐級產(chǎn)生的二次電子發(fā)射，使電子數(shù)量迅速增加，這些電子最后到達(dá)陽極，形成較大的陽極電流。若倍增電極有n級，各級的倍增率為σ ，則光電倍增管的倍增率可以認(rèn)為是σN ，因此，光電倍增管有極高的靈敏度。在輸出電流小于1mA的情況下，它的光電特性在很寬的范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。光電倍增管的這個(gè)特點(diǎn)，使它多用于微光測量。 光敏電阻 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料的兩端裝上電極引線，將其封在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。光敏電阻的特性和參數(shù)如下：1）暗電阻 光敏電阻置于室溫、全暗條件下的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過電阻的電流稱為暗電流。2)亮電阻 光敏電阻置于室溫和一定光照條件下測得穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻，此時(shí)流過電阻的電流稱為亮電流。伏安特性 光敏電阻兩端所加的電壓和流過光敏電阻的電流間的關(guān)系稱為伏安特性，如圖5所示。從圖中可知，伏安特性近似直線，但使用時(shí)應(yīng)限制光敏電阻兩端的電壓，以免超過虛線所示的功耗區(qū)。圖5光敏電阻的伏安特性光電特性 光敏電阻兩極間電壓固定不變時(shí)，光照度與亮電流間的關(guān)系稱為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線性，這是光敏電阻的主要缺點(diǎn)之一。光譜特性 入射光波長不同時(shí)，光敏電阻的靈敏度也不同。入射光波長與光敏器件相對靈敏度間的關(guān)系稱為光譜特性。使用時(shí)可根據(jù)被測光的波長范圍，選擇不同材料的光敏電阻。響應(yīng)時(shí)間 光敏電阻受光照后，光電流需要經(jīng)過一段時(shí)間（上升時(shí)間）才能達(dá)到其穩(wěn)定值。同樣，在停止光照后，光電流也需要經(jīng)過一段時(shí)間（下降時(shí)間）才能恢復(fù)到其暗電流值，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。光敏電阻上升響應(yīng)時(shí)間和下降響應(yīng)時(shí)間約為101～103s，即頻率響應(yīng)為10Hz～1000Hz，可見光敏電阻不能用在要求快速響應(yīng)的場合，這是光敏電阻的一個(gè)主要缺點(diǎn)。溫度特性 光敏電阻受溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降，這也是光敏電阻的另一缺點(diǎn)。頻率特性 頻率特性是指外加電壓和入射光強(qiáng)一定是，光電流I與入射光的調(diào)制頻率f之間的關(guān)系，光電二極管的頻率特性較光電三極管的頻率特性好，這是由于光電三極管的基射結(jié)存在電容和載流子基區(qū)需要時(shí)間的緣故。利用內(nèi)光電效率原理制造的光電元件的頻率特性最差，這是由于俘獲載流子和釋放電荷都需要一定時(shí)間的緣故。三、光電傳感器光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如圖6，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛.光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路，如圖7所示，發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維，三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。 圖7 光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來達(dá)到測量目的的，因此光電傳感器的光源扮演著很重要的角色，光電傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種： 發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動控制設(shè)備中。 絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。 激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。 由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y量電路。測量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。不同的光電元件，所要求的測量電路也不相同