【正文】 電效應是指在 光線作用 下，物體的 導電性能發(fā)生變化 或 產(chǎn)生光生電動勢的 現(xiàn)象。 歐姆漏電： 管座漏電、電極間玻璃漏電、灰塵漏電 。 暗電流一般為： 1016—1010A 暗電流主要由熱電子發(fā)射引起，隨溫度增加而增加。 另外，由于光電倍增管的靈敏度很高，所以不能受強光照射，否則將會損壞。而一個光子在陽極上產(chǎn)生的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的 總靈敏度 。 ΦD 1D 2D 3D 4D 5D 6AKU 0I ΦR L1（ 1）結(jié)構(gòu)與工作原理 由光陰極 ， 陽極和次陰極 （ 倍增極 ） 組成 。 ? 光電倍增管是利用 二次電子釋放效應 ，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進行放大。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應與光電器件 光電倍增管及其基本特性 （ 1）結(jié)構(gòu)與工作原理 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 ? 光照很弱時，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。 曲線 2分別為銫陰極、銻銫陰極對應不同波長光線的靈敏度。光照特性曲線的斜率（光電流與入射光光通量之間比）稱為光電管的靈敏度。曲線 1表示 氧銫陰極 光電管的光照特性，光電流 I與光通量成線性關系。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應與光電器件 （ 2）光照特性 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 通常指當光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時 ， 光通量與光電流之間的關系為光電管的光照特性 。 光電管主要性能 : 伏安特性、光照特性、光譜特性、響應時間、峰值探測率和溫度特性。一般采用真空光電管。 光電管的結(jié)構(gòu)示意圖 光 陽極 光電陰極 光窗 光電效應與光電器件 光電管及其基本特性 光電管分為 真空光電管 和 充氣光電管 .充氣光電管 充填氬或氖氣，光電作用下使氣體電離，增大光電流。電子被帶有正電的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電阻 R上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降。 根據(jù) 外光電效應做出 的光電器件有 光電管 和 光電倍增管 。 光電效應分為： 外光電效應 、 內(nèi)光電效應 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應與光電器件 外光電效應型光電器件 當 光照射 到金屬或金屬氧化物的 光電材料 上時，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使 電子獲得足夠的能量 ，電子會 克服 正離子對它的 吸引力 ， 脫離材料 表面而進入外界空間，這種現(xiàn)象稱為 外光電效應 。是構(gòu)成 光電式傳感器的主要部件 。 概述 光電式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干擾能力強（不受電磁輻射影響，本身也不輻射電磁波）、可實現(xiàn)非接觸式測量等特點 可以直接檢測光信號，間接測量溫度、壓力、位移、速度、加速度等 其發(fā)展速度快、應用范圍廣，具有很大的應用潛力 . 光電傳感器的特點 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應與光電器件 E h v??2012kE m v h v A? ? ? ?? 光電效應方程 ? 光子是具有能量的粒子，每個光子的能量可表示為 h—普朗克常數(shù)： h= 1034 J 被測物體本身就是輻射源，直接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用在光電元件上。 概述 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮去其一部分 ,使作用在光電元件上的光通量減弱 ,減弱的程度與被測物在光學通路中的位置有關。 根據(jù)反射的光通量多少測定被測物表面狀態(tài)和性質(zhì)。 根據(jù)被測物對光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測定被測參數(shù)。 主要用于零件或產(chǎn)品的 自動計數(shù) 、 光控開關 、計算機的光電輸入設備 、 光電編碼器 及 光電報警裝置 等方面。 概述 光電傳感器的基本形式 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 脈沖光電傳感器： 將被測量轉(zhuǎn)換為斷續(xù)變化的光電流，光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài) ,也就是“ 通 ”、“ 斷 ”的開關狀態(tài) ,所以也稱為光電元件的開關運用狀態(tài)。 2）光電變換器輸出光電流是輸入光通量的函數(shù)，如光電位移計、測振計、照度計、光電探測器等。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光纖溫度報警器 概述 光電傳感器的基本形式 由 光路 及 電路 兩大部分組成 :光路部分 實現(xiàn)被測信號對光量的控制和調(diào)制 。 熱釋電元件外形 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 集成 IC 溫度測量 紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應用 耳溫儀 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 固體圖像傳感器 結(jié)構(gòu)上分為兩大類，一類是用 CCD電荷耦合器件的光電轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移功能制成 CCD圖像傳感器，一類是用光敏二極管與 MOS晶體管構(gòu)成的將光信號變成電荷或電流信號的MOS金屬氧化物半導體圖像傳感器。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 熱釋電傳感器在人體檢測、報警中的應用 熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣泛的應用。而在火災發(fā)生時，煙霧進入檢測室，遮擋了部分紅外光，使光敏三極管的輸出信號減弱，經(jīng)閥值判斷電路后，發(fā)出報警信號。 (2) 內(nèi)光電效應 ： 光電導效應 :在光照作用下，物體導電性能發(fā)生改變的現(xiàn)象 。光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢等，這些因光照引起物體電學特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應。 ?光敏器件種類很多， 如： 光電管、 光敏二極管、 光電倍增管、 光敏三極管、 光敏電阻、 光電池、 光電耦合器、 光纖等等。檢 測 技 術 電子與信息工程學院 主講人： xxx 檢測技術 第 9章 光電式傳感器 概述 光電效應與光電器件 CCD固體圖像傳感器 光纖傳感器 光電式編碼器 習題 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 第 9章 光電式傳感器 工作原理演示 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 ? 光電傳感器是將被測量的變化通過光信號變化轉(zhuǎn)換成電信號，具有這種功能的材料稱為光敏材料，做成的器件稱光敏器件。在計算機、自動檢測、控制系統(tǒng)應用非常廣泛。 光信號 光電傳感器 電信號 概述 概述 通常按工作原理分為 4類 : — 光電效應傳感器 — 紅外熱釋電探測器 — 固體圖像傳感器 — 光纖傳感器 光電傳感器的分類 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 概述 光電效應傳感器 是應用光敏材料的光電效應制成的光敏器件。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應按原理又分為以下 2種： (1) 外光電效應 ：在光照作用下，物體內(nèi)電子逸出物體表面，在回路中形成光電流的現(xiàn)象。光生伏特效應 ：在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象 . 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 被測物吸收光通量的應用實例 光電式濁度計和含沙量測量 將裝有濁水的試管插入儀器中 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 煙霧報警器 無煙霧時，光敏元件接收到 LED發(fā)射的恒定紅外光。 煙霧 報警 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 定區(qū)域式光電開關 咖啡罐 流水線運行方向 罐裝高度檢測 儲料倉 落料口 遮斷式光電開關（計數(shù)） 光電開關在流水線上的應用 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光幕應用 三維尺寸檢測 寬度測量 長度測量 高度測量 概述 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 紅外熱釋電探測器 主要是利用輻射的紅外光（熱）照射材料時引起材料電學性質(zhì)發(fā)生變化或產(chǎn)生熱電動勢原理制成的一類器件。它可用于能產(chǎn)生遠紅外輻射的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動門、自動燈的控制等。 概述 光纖傳感器 它利用發(fā)光管（ LED）或激光管（ LD）發(fā)射的光，經(jīng)光纖傳輸?shù)奖粰z測對象，被檢測信號調(diào)制后，光沿著光導纖維反射或送到光接收器，經(jīng)接收解調(diào)后變成電信號。電路部分 完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換 . 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 1）由被測量控制光電變換器處于“通”或“斷”兩種狀態(tài)，如光電式轉(zhuǎn)速表、光電繼電器、光電計數(shù)器、光電開關、目標探測等。 按其輸出量的性質(zhì)可分為 脈沖式光電傳感器 和 模擬式光電傳感器 。 這類傳感器要求光電元件靈敏度高 ,而對光電特性的線性要求不高。 概述 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 概述 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 模擬式光電傳感器 ：將被測量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的光電流。如測量液體、氣體的透明度、混濁度 ,對氣體進行成分分析 ,測定液體中某種物質(zhì)的含量等。例如測量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。利用這一原理可以測量長度、厚度、線位移、角位移、振動等。光電高溫計、比色高溫計、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。S v—光的頻率 m—電子的質(zhì)量 v—電子逸出初始速度 A0 —表面逸出功 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 愛因斯坦光 電效應方程 光電效應與光電器件 可以根據(jù)光電效應制成光電器件 — 光電器件 是將 光能轉(zhuǎn)變?yōu)?電能 的一種傳感器件。 光電器件工件的物理基礎：光電效應。 即外光電效應是在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 光電效應與光電器件 光電管及其基本特性 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 RUI ?? 光強? 光電管是一個抽真空或充惰性氣體的玻璃管，內(nèi)部有光陰極、陽極，光陰極涂有光敏材料，當光線照射在光敏材料上時，如果光子的能量 E大于電子的逸出功 A（ E＞ A），會有電子逸出產(chǎn)生電子發(fā)射。 入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電子與光強成正比 光電效應與光電器件 光電管及其基本特性 第 9章 光電式傳感器 檢測技術 主要用于：分光光度計、光電比色計等分析儀器和各種自動裝置 。 第 9章 光電式傳感器 檢測技術