光电传感器的组成、原理及分类

2018-02-12 16:10:47 来源:传感器技术
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光电传感器是一种小型电子设备,各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。它主要是利用光的各种性质,检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。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。
 
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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