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光电传感器的组成及分类 [复制链接]

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发表于 2021-7-13 18:43:08 |显示全部楼层
  光电传感器一般由处理通路和处理元件2 部分组成。其基本原理是以光电效应为基础,把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体,可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子,并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收,电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化,从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3 类:

  (1 )在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管等;

  (2 )在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应,如光敏电阻、光敏晶体管等;

  (3 )在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应,如光电池等。

  光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

  光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(可见及紫外镭射光)转变成为电信号的器件。

  光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

  光电传感器

  光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

  光电效应原理
  光电元件是光电传感器中最重要的组成部分,它的核心工作原理是不同类型的光电效应。根据波粒二象性,光是由光速运动的光子所组成, 当物体受到光线照射时,其内部的电子吸收了光子的能量后改变状态,自身的电性质也会发生改变,这样的现象称为光电效应。

  根据电属性状态的不同变化,将光电效应分为以下三种:

  1)外光电效应

  在光线作用下使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电元件有光电管,光电倍增管等

  2)光电导效应

  半导体内的电子吸收光子后不能跃出半导体,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象称为内光电效应。内光电效应按其工作原理可分为光电导效应和光生伏特效应。基于光电导效应的光电元件有光敏电阻,光敏晶体管等

  3)光生伏特效应

  在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电元件有光电池和光敏二极管、三极管等

  光电元件工作原理
  基于不同的光电效应,我们来看一下他们分别是如何工作的:

  外光电效应器件

  利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件,一般都是真空的或充气的光电器件,如光电管和光电倍增管。

  以光电管为例,当入射光照射在阴极上时,单个光子把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子,从而使自由电子的能量增加。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功时,它就可以克服金属表面束缚而逸出,形成电子发射,这种电子称为光电子。 只有当入射光的频率高于极限频率时,才会产生光电子。

  光电子产生之后,被真空管中的阳极所吸收,从而产生电流。若此时增加光照强度,更多的光子将会照射到阴极材料,从而产生更多光电子,光电流也会相应增加。在电阻R值确定的情况下,回路中的光电流与入射光的光照强度成函数关系,从而实现光电转化,通过测量电路读取电流数,即可算出光照强度。

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