第五章(1)光传感器

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1、ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术第五章第五章 光传感器光传感器教学目的与要求：要求学生了解光敏传感器的性能参数教学目的与要求：要求学生了解光敏传感器的性能参数; ;理理 解光电效应的原理；掌握常用光电器件解光电效应的原理；掌握常用光电器件 的特性及应用。的特性及应用。 教学重点：内光电效应器件的工作电路、特性及应用教学重点：内光电效应器件的工作电路、特性及应用 教学难点：光电效应教学难点：光电效应ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术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，它是把件，它是把

2、光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件信号的器件。第五章第五章 光传感器光传感器 ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术光学变换光学变换电路处理电路处理变换电路变换电路光电传感光电传感光光源源光学系统光学系统被测对象被测对象光学变换光学变换存储存储显示显示控制控制电信号处理电信号处理ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术门禁门禁光光电电鼠鼠标标ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术光电开关ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术光栅光栅光纤光纤光电管光电管光敏电阻光敏电

3、阻ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术照明和能源应用卫星和飞船靠太阳能电池提供电力卫星和飞船靠太阳能电池提供电力 采用太阳能供电的楼房。由于采用了聚光式的结构，使用很小面积的高效太阳能电池也可以达到大面积采光的效果，但可以明显降低成本。ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术一、光谱一、光谱 光波光波：波长为：波长为101010106 6nmnm的电磁波的电磁波 可见光：可见光：波长波长380380780nm780nm 紫外线：紫外线：波长波长1010380nm380nm， 波长波长300300380nm380nm称为近紫外线称为近紫外线 波长波长20020

4、0300nm300nm称为远紫外线称为远紫外线 波长波长1010200nm200nm称为极远紫外线，称为极远紫外线， 红外线：红外线：波长波长78078010106 6nmnm 波长波长3m3m（即（即3000nm3000nm）以下的称近红外线）以下的称近红外线 波长超过波长超过3m 3m 的红外线称为远红外线。的红外线称为远红外线。 可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/m远紫外近紫外ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术光就是一种电磁现象光就是一种电磁现象cv频率与波长的关系:C真空中的光速ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试

5、技术 光源（发光器件）光源（发光器件）1 1、钨丝白炽灯、钨丝白炽灯 发光范围：发光范围：可见光、大量红外线和紫外线，所以任何光敏元可见光、大量红外线和紫外线，所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信号。件都能和它配合接收到光信号。光谱范围：0.43 m 发光效率：10 lm/W色温2856K白炽钨丝灯是可见光和近红外区光电探测器积分灵敏度测试标准光源 ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术2 2、气体放电灯、气体放电灯 利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。 光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、光谱与气体的种类及放电条件

6、有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。它们经常用作光电检测仪器的它们经常用作光电检测仪器的单色光源。单色光源。 卤钨灯卤钨灯是填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯充气白炽灯。在普通白炽灯中，灯丝的高温造成钨的蒸发，蒸发的钨沉淀在玻壳上，产生灯泡玻壳发黑的现象。卤钨灯，用卤钨循卤钨循环的原理消除环的原理消除了了这一发黑的现象发黑的现象。辐射光谱约辐射光谱约0.250.253.5m3.5m。色温可达。色温可达 3200K3200K，发光效率，发光效率30 30 lm/Wlm/W，更广泛地

7、用作仪器的白光源。，更广泛地用作仪器的白光源。 如荧光灯（低压汞灯）如荧光灯（低压汞灯）ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术 光源（发光器件）光源（发光器件）3 3、发光二极管、发光二极管LEDLED（Light Emitting DiodeLight Emitting Diode） 由半导体由半导体PNPN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。 ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术LED屏幕 北京北京奥运开幕现场最令人吃惊之处，在地

8、上那副转轴不断转动的画面，这奥运开幕现场最令人吃惊之处，在地上那副转轴不断转动的画面，这就就是是LEDLED屏幕屏幕所做出的效果，所做出的效果，这个屏幕长这个屏幕长147m147m、宽宽36m36m，上面有，上面有4 4万万4 4千千颗颗LEDLED灯灯，藉由藉由电脑动画电脑动画，幻化出各，幻化出各种不断流动的图案种不断流动的图案，该屏幕经过测试该屏幕经过测试，完全，完全经得起表经得起表演人员演人员踩踏及水淹踩踏及水淹考验。考验。ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术4 4、激光器、激光器 激光具有激光具有高方向性、高单色性、高亮度和高相干性高方向性、高单色性、高亮度和高相干

9、性四个重四个重要特性。激光波长从要特性。激光波长从0.24m0.24m到远红外整个光频波段范围。到远红外整个光频波段范围。激光器按工作物质分类：激光器按工作物质分类：u固体固体激光器（如红宝石激光器）激光器（如红宝石激光器）u气体气体激光器（如氦激光器（如氦- -氖气体激光氖气体激光器、二氧化碳激光器）器、二氧化碳激光器）u半导体半导体激光器（如砷化镓激光激光器（如砷化镓激光器）器）u液体液体激光器。激光器。ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术1 1、外光电效应、外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的

10、现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应外光电效应、内光电效应内光电效应。二、光电效应二、光电效应2 2、内光电效应、内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻率当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内

11、光电效应，它多发生于半导体内。生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。 根据工作原理的不同，根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类特效应两类。 ch5 光传感器光传感器传感器与测试技术传感器与测试技术光电导效应光电导效应 在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。ch5 光传感器光传感器传感器