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光電傳感器的組成及分類

2020-1-20  閱讀(999)

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光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ),把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體,可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上,此時(shí)光子能量就傳遞給電子,并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收,電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化,從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類:

 

(1 )在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管等;

 

(2 )在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻、光敏晶體管等;

 

(3 )在光線作用下,物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光生伏*應(yīng),如光電池等。

 

光電檢測方法具有精度高、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。

 

光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件,它是把光信號(hào)(可見及紫外鐳射光)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。

 

光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量,如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量,如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度,以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn),因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。新的光電器件不斷涌現(xiàn),特別是CCD圖像傳感器的誕生,為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。

 

光電傳感器的組成及分類

光電傳感器

 

光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。 把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

 

光電傳感器的組成及分類

光電效應(yīng)原理

 

光電元件是光電傳感器中重要的組成部分,它的核心工作原理是不同類型的光電效應(yīng)。根據(jù)波粒二象性,光是由光速運(yùn)動(dòng)的光子所組成, 當(dāng)物體受到光線照射時(shí),其內(nèi)部的電子吸收了光子的能量后改變狀態(tài),自身的電性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變,這樣的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。

 

根據(jù)電屬性狀態(tài)的不同變化,將光電效應(yīng)分為以下三種:

 

1)外光電效應(yīng)

 

在光線作用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?;谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管,光電倍增管等

 

光電傳感器的組成及分類

2)光電導(dǎo)效應(yīng)

 

半導(dǎo)體內(nèi)的電子吸收光子后不能躍出半導(dǎo)體,使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化,或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏*應(yīng)?;诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電元件有光敏電阻,光敏晶體管等

 

光電傳感器的組成及分類

3)光生伏*應(yīng)

 

在光線作用下,物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光生伏*應(yīng)。基于光生伏*應(yīng)的光電元件有光電池和光敏二極管、三極管等

 

光電傳感器的組成及分類

光電元件工作原理

 

基于不同的光電效應(yīng),我們來看一下他們分別是如何工作的:

 

外光電效應(yīng)器件

 

利用物質(zhì)在光的照射下發(fā)射電子的外光電效應(yīng)而制成的光電器件,一般都是真空的或充氣的光電器件,如光電管和光電倍增管。

 

以光電管為例,當(dāng)入射光照射在陰極上時(shí),單個(gè)光子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。當(dāng)電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功時(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。 只有當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí),才會(huì)產(chǎn)生光電子。

 

光電傳感器的組成及分類

光電子產(chǎn)生之后,被真空管中的陽極所吸收,從而產(chǎn)生電流。若此時(shí)增加光照強(qiáng)度,更多的光子將會(huì)照射到陰極材料,從而產(chǎn)生更多光電子,光電流也會(huì)相應(yīng)增加。在電阻R值確定的情況下,回路中的光電流與入射光的光照強(qiáng)度成函數(shù)關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化,通過測量電路讀取電流數(shù),即可算出光照強(qiáng)度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(來源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)

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