【正文】 第 2章 光電式傳感器 98 紅外光傳感器的應(yīng)用 1．紅外測溫儀 紅外測溫儀是利用熱輻射在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。市場上常見有國產(chǎn)的 SD0PH5324，日本的 SCA021，美國的 P2288等。 3） 只能探測輻射的 變化 第 2章 光電式傳感器 95 由實驗證實，電阻上壓降的變化為 ）溫度（熱釋電系數(shù)電極面積式中KT )KcmC( 1 0 S : 128???????????????dtdTRSRdtdTdTdpSRdtdpSUss由于 dT/dt與 紅外線強度的變化 成正比，結(jié)合上式，可得出輸出電壓正比于紅外線強度的 變化 。 溫度升高，則極化強度減少 。 紅外光傳感器的工作原理與結(jié)構(gòu) 第 2章 光電式傳感器 94 1）材料 ： 具有 自發(fā)極化 的特征 — 鐵電晶體。 熱電型：吸收紅外光后變?yōu)闊崮?，使材料的溫度升高，電學(xué)性能發(fā)生變化，人們利用這個現(xiàn)象制成了測量光輻射的器件。 光量子型：可直接把紅外光轉(zhuǎn)換成電能 。因此紅外探測器一般都工作在這 3個波段（大氣窗口）之內(nèi)。 空氣中對稱的雙原子氣體，如 N O H2等不吸收紅外線。 紅外輻射基礎(chǔ) 第 2章 光電式傳感器 92 1)紅外輻射的物理本質(zhì)： 熱輻射 溫度 輻射紅外線 2)紅外輻射 以波的形式在空間直線傳播 的。它的波 長范圍大致在 。 1 2 02 AI I x IL?? 210()2AAX K I IK x IL???? 可見電極輸出光電流之差與 xA成正比，通過測量減法器輸出電壓值即可得到光照能量中心位置 xA值。即利用 PSD 的光電流可測量入射到感光區(qū)域的光斑能量中心的位置（一維），將光敏面上光點位置轉(zhuǎn)化為電信號。 第 2章 光電式傳感器 87 光位置傳感器工作原理： 2 1 11 2 2I R XI R X??2211RXRX?當(dāng)電阻層均勻分布時： 則： 第 2章 光電式傳感器 88 PSD 位置傳感器 組成： PSD 是一種新型光電檢測器件，由 P 襯底、PIN 光電二極管及表面電阻組成。 3）溫度特性 不考慮溫度影響 第 2章 光電式傳感器 85 U0=C(ln ISD2 ― ln ISD1)=C ln (ISD2 / ISD1) 第 2章 光電式傳感器 86 光位置傳感器 光位置傳感器是一種硅光電二極管，它 利用光線來檢測位置 。 第 2章 光電式傳感器 83 基本特性 1）光譜特性 表示它所能檢測的波長范圍。 ISD2在長波區(qū)較大， ISD1在短波區(qū)較大；因而 ISD2 / ISD1與入射單色光波長的關(guān)系就可以確定 。 深結(jié)對紅外光有較高的靈敏度 。 結(jié)構(gòu)與基本原理 第 2章 光電式傳感器 82 工作原理： P+N結(jié)為淺結(jié) ， PN結(jié)為深結(jié) ； 半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌ㄩL分別具有不同靈敏度： 淺結(jié)對紫外光有較高靈敏度 。) 倍增極數(shù) 陰極靈敏度( u A/l m ) 陽極工作電壓( V) 暗電流( A) 環(huán)境溫度( ℃ ) GDB 525 3 000 – 6500 11 40 900 8 10 9 40 40 GDB 251 3 000 – 6500 13 30 900 6 10 9 50 50 GDB 220 3000 – 6500 8 40 900 8 10 9 40 50 GDB 410 3 000 – 7500 11 30 1000 1 10 7 8 0 60 GDB 423 3 000 – 8500 11 60 1300 5 10 8 40 40 GDB 125 2022 – 6500 9 40 750 2 10 9 40 50 國產(chǎn)光電倍增管的技術(shù)參數(shù) 第 2章 光電式傳感器 80 光電倍增管的應(yīng)用 閃爍計數(shù)器是一種通用的精密核輻射探測器。靈敏度也較高，與人的視覺光譜特性很接近，是一種新型的光電陰極； 但也有些光電管的光譜特性和人的視覺光譜特性有很大差異，因而在測量和控制技術(shù)中，這些光電管可以擔(dān)負人眼所不能勝任的工作，如坦克和裝甲車的夜視鏡等。 對 紫外光源 ，常用銻銫陰極和鎂鎘陰極。它適用于 白光光源 ，因而被廣泛地應(yīng)用于各種光電式自動檢測儀表中。其紅限λ0=7000197。 光照特性 第 2章 光電式傳感器 78 光譜特性： 對各種不同波長區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。 宇宙射線對閃爍體的照射而使其激發(fā)，被激發(fā)的閃爍體照射在光電倍增管上而形成的電流，稱為 本底電流（ 本底脈沖 ）具有脈沖形式。 (2) 光電陰極靈敏度和光電管的總靈敏度 最大靈敏度可達 10A/lm， 極間電壓越高（不能太高），M越大， 不能受強光照射。 主要參數(shù) 第 2章 光電式傳感器 75 一個光子在陰極能夠打出的平均電子數(shù)叫做 光電陰極的靈敏度 。電壓越穩(wěn)越好。δin, / niIi????M與所加的電壓有關(guān)，在 105— 108之間。相鄰兩個倍增電極之間有電位差，因此存在加速電場。通常為 12~14級。 結(jié)構(gòu)： 由光 陰極 、 次陰極 （倍增電極）、 陽極 組成 陰極由半導(dǎo)體光電材料 銻銫 做成，次陰極是 在鎳或銅 鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料 形成。 特點：將微小光電流放大，（ 103A~104A）。 外光電效應(yīng) ：當(dāng)光線照射到光敏材料上，便有電子逸出，這些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，在外電路就產(chǎn)生電流。因此應(yīng)用于高速信息處理系統(tǒng)領(lǐng)域。 響應(yīng)時間極短，靈敏度極高。 比普通的光電二極管施加較高的反偏電壓。 １ .太陽電池電源 光電池的應(yīng)用 蓄電池組 第 2章 光電式傳感器 61 J M J1 12V 2A 51K L 39K 470uF ～ 手放入干手器時： 光電池： 不受光照 晶體管： 導(dǎo)通 繼電器： 吸合 風(fēng)機和電熱絲： 通電，烘手 ??手干抽出后： 光電池： 受光照，產(chǎn)生光生電動勢 三極管： 截止 繼電器： 釋放 風(fēng)機和電熱絲： 斷電 第 2章 光電式傳感器 62 控制回路 主回路 第 2章 光電式傳感器 63 二倍壓整流電路： U0=2√2 e2 第 2章 光電式傳感器 65 高速光電二極管 P I N P、 N間加了層很厚的高電阻率的本征半導(dǎo)體 I。 ：面積越大，輸出光電流也越大 第 2章 光電式傳感器 60 太陽電池方陣 有光照時 ,太陽電池方陣對負載供電，同時對蓄電池組供電。 硅光電池有較好的頻率響應(yīng)。 3）做檢測元件時 ,當(dāng)作電流源的形式來使用， 不宜用作電壓源，且負載電阻越小越好。 2） 開路電壓 （負載電阻 RL →∝ ）： 非線性 , 并且當(dāng)照度在 2022 lx時就趨于飽和了。 負載電阻越小越好 ，光電流與照度之間的線性越好，且線性范圍越寬。 3） 使用 ：光源 選光電池， 光電池 選光源 第 2章 光電式傳感器 56 2. 光照特性 反映短路電流、開路電壓與光照度的關(guān)系。 2） 光譜響應(yīng)波長范圍： 硅光電池的為 ~，而硒光電池為~。 光電池 光電效應(yīng) 第 2章 光電式傳感器 53 第 2章 光電式傳感器 54 光電池外形 光敏面 第 2章 光電式傳感器 55 光電池的基本特性 ： 光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的。 結(jié)構(gòu)與工作原理 光電池的工作原理是基于 “ 光生伏特效應(yīng) ” 。 1U2U測量元件 溫度補償元件 測量偏離正確位置的大小和方向 第 2章 光電式傳感器 52 光電池 是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能 (電動勢 )的光電器件 。 （ 2）帶材 5偏左，遮光面積減小，光照增加， R1阻值減小， U1增加， U1 U2，輸出電壓 UO為負。 第三部分用數(shù)字表示產(chǎn)品序號。 第一部分用字母表示主稱。 第 2章 光電式傳感器 47 常用光敏電阻的性能參數(shù) 見書 P25表 。 隨著溫度的升高 ， 暗電阻和靈敏度都下降 。 硫化鉛 的使用頻率比 硫化鎘 高得多，但 多數(shù)光敏電阻的 時延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場合 。 第 2章 光電式傳感器 45 4）頻率特性 當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的 時延特性 。 ②同一種材料，對不同波長的入射光，其相對靈敏度不同，響應(yīng)電流不同。 亦稱為光譜響應(yīng) 。 ③受額定功率限制 第 2章 光電式傳感器 43 2) 光照特性 （ I～ E） 光敏電阻的光照特性為非線性，不宜作檢測元件，主要用于自動控制中作光電開關(guān)。 ②一定電壓， I隨著光照 E增強而增大。 暗電阻 ——兆歐級 , 亮電阻 ——幾千歐以下。 光電流 ：亮電流與暗電流之差稱為光電流。 防潮措施：密封結(jié)構(gòu)、防潮樹脂涂層 第 2章 光電式傳感器 40 第 2章 光電式傳感器 41 光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性 1 主要參數(shù) １ ） 暗電阻與亮電阻 暗電阻 ：光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻 , 此時流過的電流稱為 暗電流 。 金 屬 電 極半 導(dǎo) 體玻 璃 底 板電源檢 流 計RLEI(a ) (b ) (c )Ra第 2章 光電式傳感器 38 光敏電阻演示 當(dāng)光敏電阻受到光照時， 光生電子 — 空穴對增加， 阻值減小，電流增大。 無光照時 , 光敏電阻值（暗電阻）很大 , 電路中電流（暗電流）很小。 第 2章 光電式傳感器 37 光敏電阻 1. 光敏電阻的工作原理 光敏電阻的工作原理： 光電導(dǎo)效應(yīng) 光敏電阻又稱光導(dǎo)管 , 它幾乎都 是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。 第 2章 光電式傳感器 33 電源 24v 輸出電壓 發(fā)光二極管 光敏三極管 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為 n，輻條數(shù)為 N 限流電阻 輸出電信號：頻率 f = nN 的脈沖 第 2章 光電式傳感器 34 2. 光電轉(zhuǎn)速傳感器 第 2章 光電式傳感器 35 有光照 BG1時，使 U0為高電位， 無光照 BG1時，使 U0為低電位。 當(dāng)光照射在集電結(jié)上時 , 在結(jié)附近產(chǎn)生電子 空穴對 , 電子在結(jié)電場的作用下 ， 由 P區(qū)向 N區(qū)運動 ，形成基極電流 ， 空穴在基區(qū)積累 ， 提高發(fā)射結(jié)正向偏置 ， 發(fā)射區(qū)多子電子穿過基區(qū)向集電區(qū)移動 ， 在外電場作用下形成集電極電流 Ic， 結(jié)果表現(xiàn)為 基極電流放大 β 倍形成集電極電流 （ 光電流 ） , 所以光電三極管有放大 作用 。 第 2章 光電式傳感器 28 光敏三極管 光敏三極管比具有相同有效面積的光敏二極管的光電流大幾十至幾百倍，但響應(yīng)速度較二極管差。 第 2章 光電式傳感器 24 部分 2DU 型光敏二極管主要參數(shù) 主要用于可見光和近紅外光探測器，也可用于光電轉(zhuǎn)換的自動控制儀器、觸發(fā)器、光電耦合、編碼器 、特性識別、過程控制和激光接收等方面。 光敏二極管主要參數(shù) 第 2章 光電式傳感器 21 部分 2CU型光敏二極管主要參數(shù) 第 2章 光電式傳感器 22 部分 2CU型光敏二極管主要參數(shù) 用于可見光和近紅外光的接收，也可用于自動控制儀器和電氣設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。