第8章 光电效应及光电器件.pptVIP

* 传感器原理及应用 光电池工作原理也是基于光生伏特效应，是直接将光能转换成电能的器件。 有光线作用时就是电源(太阳能电池)，所以广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。 8.2.5 光电池 光信号 光电池 电信号 光电池结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅状受光电极，下面有一抗反射膜，下电极是一层衬底铝。 原理：当光照射PN结的一个面时，电子—空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般普通光电池可产生0.2V～0.6V电压，50mA电流。 光电池结构 电路符号 开路电压—光生电动势与照度之间关系；开路电压与光照度关系是非线性关系，开路电压在照度2000lx 趋于饱和。 短路电流—光电流与照度之间关系称短路电流曲线，短路电流是指外接负载相对内阻很小时的光电流。 光电池光照特性 1）光电池光照特性 P N 电子 空穴 - - - + + + - + 光源 光电池工作原理示意图 2）光谱特性 硅光电池的光谱响应峰值在0.8μm附近，波长范围0.4～1.2μm。硅光电池可在很宽的波长范围应用。 硒光电池光谱响应峰值在0.5μm附近，波长范围0.38～0.75μm。 光电池对不同波长的光灵敏度不同，不同材料光灵敏度峰值不同。 3）频率特性 指光电池相对输出电流与光的调制频率之间关系。 硅光电池频率响应较好，硒光电池较差。所以高速计数器的转换电路一般采用硅光电池作为传感器元件。 光电池作为控制元件，通常接非线性负载，若控制锗管，发射结导通电压为0.2V～0.3V；若控制硅管，发射结导通电压为0.6V～0.7V，光电池的0.5V电压不能起到控制作用。 光电池电路连接 光电池做电源时当电压源使用; 用做控制元件时当电流源使用。 光电池 电路符号 光电池电路连接 可将两个光电池串联后接入基极，或用偏压电阻、二极管产生附加电压。有光照度变化时，引起基极电流Ib变化，集电极电流发生β倍的变化。电流Ic与光照近似线性关系。 光电池作为电源使用，需要电压高时应将光电池串联使用；需要大电流时应将光电池并联使用。 光电池电路连接 当心脏跳动时，一个压力波会沿着动脉血管以每秒几米的速度传递。这个压力波会引起人体组织毛细血管中血流量的变化，可记录出脉波。 光学测量法是，在一个夹子的两边分别装一个红外发光管和一个光敏电阻，然后夹在耳垂上。 心脏压力波引起的毛细血管中血流量的变化导致耳垂的透光率不同，使光敏电阻的阻值变化，阻值的变化周期就是每秒心跳的次数。 1）心脏跳动测量传感器（光敏电阻受光） 8.3 光电器件的应用 * * 2.）烟雾报警器 无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。 烟雾 报警 * * 无线烟雾报警器内部结构 可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器 * * 3）光电自动门 自动门光电传感器放大图 有效检测区域 * * 4）遮断式光电开关原理 遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。 被检测物体 光发射器 光接收器 * * 定区域反射式光电开关 定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。 检测距离 检测距离 * * 8.3 光栅式传感器 光栅是一种光学元件，用于测量的光栅称为计量光栅。 光栅是光栅尺的简称。光栅尺是一块尺子，尺面上刻有排列规则和形状规则的刻线。 光栅式传感器主要用于高精度的机械位移测量以及精密测量系统的传感装置。 光栅式传感器的特点：精度高；可实现动态测量；大量程测量兼有高分辨率；具有较强的抗干扰能力。 1）计量光栅的种类 长光栅，用于长度或直线位移的测量，刻线相互平行； 圆光栅，用来测量角度或角位移，在圆盘玻璃上刻线； 根据光栅用途的不同，可将光栅尺分为长光栅，圆光栅盘： 长 光 栅 圆 光 栅 在玻璃板上设计，其中透光缝宽为b ，不透光线宽为 a ，一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光的线宽，即a=b。 图中W = a + b，称为（光栅节距或光栅常数）。 光栅栅距是光栅尺的重要参数。 长光栅尺的设计： W = a + b 光栅栅距 形成莫尔条纹的光学原理 2 ）莫尔条纹 莫尔条纹通常是由两块光栅（标尺光栅、指示光栅）叠合而成的，为了避免摩擦，光栅之间留有间隙， 两光栅的栅线透光部分与透光部分叠加； 光线透过透光部分形成亮带；光栅不透光部分叠加，互相遮挡，形成暗带. 这种