傳感器原理光傳感器課件

甓源傳感器技術(shù)主講:吳秋寧傳感器原理光傳感器甓源傳感器技術(shù)主講:吳秋寧第五章光傳器光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(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。第一節(jié)概迷第二節(jié)外光電效應(yīng)蛋仵第三節(jié)內(nèi)茫電效應(yīng)件第四節(jié)新型光電侍第亞節(jié)光敏陟惑矗的應(yīng)用舉例第一予述光譜光波:波長為1010m的電磁波可見光:波長380—780nm紫外線:波長10380nm,波長300380nm稱為近紫外線波長200300nm稱為遠(yuǎn)紫外線波長10200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線紅外線:波長780106nm波長3um(即3000nm)以下的稱近紅外線波長超過3m的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線光譜分布如圖所示甓源傳感器原理光傳感器甓源1第五章光傳器光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(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。第一節(jié)概迷第二節(jié)外光電效應(yīng)蛋仵第三節(jié)內(nèi)茫電效應(yīng)件第四節(jié)新型光電侍第亞節(jié)光敏陟惑矗的應(yīng)用舉例第五章光傳器2第一予述光譜光波:波長為1010m的電磁波可見光:波長380—780nm紫外線:波長10380nm,波長300380nm稱為近紫外線波長200300nm稱為遠(yuǎn)紫外線波長10200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線紅外線:波長780106nm波長3um(即3000nm)以下的稱近紅外線波長超過3m的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線光譜分布如圖所示第一予述30.010.10.510波長/m極遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)近可見光近紅外遠(yuǎn)紅外光的波長與頻率的關(guān)系由光速確定,真空中的光速c=299793×1010cm/s,通常c≈3×1010cm/光的波長和頻率v的關(guān)系為v=3×1010cm/sv的單位為Hz,2的單位為cm0.014二、光源(發(fā)光器件)1、鎢絲白熾燈用鎢絲通電加熱作為光輻射源最為普通,一般白熾燈的輻射光譜是連續(xù)的。發(fā)光范圍:可見光外、大量紅外線和紫外線,所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信號。2、氣體放電燈定義:利用電流通過氣體產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象制成的燈氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的,光譜與氣體的種類及放電條件有關(guān)。改變氣體的成分、壓力、陰極材料和放電電流大小,可得到主要在某一光譜范圍的輻射。它們經(jīng)常用作光電檢測儀器的單色光源。氣體放電燈消耗的能量僅為白熾燈12—1/3二、光源(發(fā)光器件)53、發(fā)光二極管LED(LightEmittingdiode)由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成,其工作電壓低、響應(yīng)速度快壽命長、體積小、重量輕,因此獲得了廣泛的應(yīng)用。在半導(dǎo)體PN結(jié)中,P區(qū)的空穴由于擴(kuò)散而移動到N區(qū),N區(qū)的電子則擴(kuò)散到P區(qū),在PN結(jié)處形成勢壘(內(nèi)電場),從而抑制了空穴和電子的繼續(xù)擴(kuò)散。當(dāng)PN結(jié)上加有正向電壓時,勢壘(內(nèi)電場)降低,電子由N區(qū)注入到P區(qū),空穴則由P區(qū)注入到N區(qū),稱為少數(shù)載流子注入。所注入到P區(qū)里的電子和P區(qū)里的空穴復(fù)合,注入到N區(qū)里的空穴和N區(qū)里的電子復(fù)合,這種復(fù)合同時伴隨著以光子形式放出能量,因而有發(fā)光現(xiàn)象。3、發(fā)光二極管LED(LightEmittingdio64、激光器激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大科技成就之具有高方向性、高單色性和高亮度三個重要特性。激光波長從024m到遠(yuǎn)紅外整個光頻波段范圍。激光器種類繁多,按工作物質(zhì)分類:◆固體激光器(如紅寶石激光器)◆氣體激光器(如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器)◆半導(dǎo)體激光器(如砷化鎵激光器)◆液體激光器。4、激光器7三、光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量,從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類1、外光電效應(yīng)在光線的作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光子是具有能量的粒子,每個光子的能量E=hvh—普朗克常數(shù),6.626×1034J·s;w光的頻率(s1)三、光電效應(yīng)8根據(jù)愛因斯坦假設(shè),一個電子只能接受一個光子的能量,所以要使一個電子從物體表面逸出,必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功,超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物,從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過10%。根據(jù)能量守恒定理hv=mUoAo式中m-電子質(zhì)量;v電子逸出速度。該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。根據(jù)愛因斯坦假設(shè),一個電子只能接受一個光子9■光電子能否產(chǎn)生,取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。不同的物質(zhì)具有不同的逸出功,即每一個物體都有一個對應(yīng)的光頻閾值,稱為紅限頻率或波長限。光線頻率低于紅限頻率,光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出,因而小于紅限頻率的入射光,光強(qiáng)再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射;反之,入射光頻率高于紅限頻率,即使光線微弱,也會有光電子射出。當(dāng)入射光的頻譜成分不變時,產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。即光強(qiáng)愈大,意味著入射光子數(shù)目越多,逸出的電子數(shù)也就越多。光電子逸出物體表面具有初始動能mv02/2,因此外光電效應(yīng)器件(如光電管)即使沒有加陽極電壓,也會有光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零,必須加負(fù)的截止電壓,而且截止電壓與入射光的頻率成正比■光電子能否產(chǎn)生,取決于光電子的能量是否大于該物10傳感器原理光傳感器課件11傳感器原理光傳感器課件12傳感器原理光傳感器課件13傳感器原理光傳感器課件14傳感器原理光傳感器課件15傳感器原理光傳感器課件16傳感器原理光傳感器課件17傳感器原理光傳感器課件18傳感器原理光傳感器課件19傳感器原理光傳感器課件20傳感器原理光傳感器課件21傳感器原理光傳感器課件22傳感器原理光傳感器課件23傳感器原理光傳感器課件24傳感器原理光傳感器課件25傳感器原理光傳感器課件26傳感器原理光傳感器課件27傳感器原理光傳感器課件28傳感器原理光傳感器課件29傳感器原理光傳感器課件30傳感器原理光傳感器課件31傳感器原理光傳感器課件32傳感器原理光傳感器課件33傳感器原理光傳感器課件34傳感器原理光傳感器課件35傳感器原理光傳感器課件36傳感器原理光傳感器課件37傳感器原理光傳感器課件38傳感器原理光傳感器課件39傳感器原理光傳感器課件40傳感器原理光傳感器課件41傳感器原理光傳感器課件42傳感器原理光傳感器課件43傳感器原理光傳感器課件44傳感器原理光傳感器課件45傳感器原理光傳感器課件46傳感器原理光傳感器課件47傳感器原理光傳感器課件48傳感器原理光傳感器課件49傳感器原理光傳感器課件50傳感器原理光傳感器課件51傳感器原理光傳感器課件52傳感器原理光傳感器課件53傳感器原理光傳感器課件54傳感器原理光傳感器課件55傳感器原理光傳感器課件56傳感器原理光傳感器課件57甓源傳感器技術(shù)主講:吳秋寧傳感器原理光傳感器甓源傳感器技術(shù)主講:吳秋寧第五章光傳器光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(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。第一節(jié)概迷第二節(jié)外光電效應(yīng)蛋仵第三節(jié)內(nèi)茫電效應(yīng)件第四節(jié)新型光電侍第亞節(jié)光敏陟惑矗的應(yīng)用舉例第一予述光譜光波:波長為1010m的電磁波可見光:波長380—780nm紫外線:波長10380nm,波長300380nm稱為近紫外線波長200300nm稱為遠(yuǎn)紫外線波長10200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線紅外線:波長780106nm波長3um(即3000nm)以下的稱近紅外線波長超過3m的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線光譜分布如圖所示甓源傳感器原理光傳感器甓源58第五章光傳器光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(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。第一節(jié)概迷第二節(jié)外光電效應(yīng)蛋仵第三節(jié)內(nèi)茫電效應(yīng)件第四節(jié)新型光電侍第亞節(jié)光敏陟惑矗的應(yīng)用舉例第五章光傳器59第一予述光譜光波:波長為1010m的電磁波可見光:波長380—780nm紫外線:波長10380nm,波長300380nm稱為近紫外線波長200300nm稱為遠(yuǎn)紫外線波長10200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線紅外線:波長780106nm波長3um(即3000nm)以下的稱近紅外線波長超過3m的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線光譜分布如圖所示第一予述600.010.10.510波長/m極遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)近可見光近紅外遠(yuǎn)紅外光的波長與頻率的關(guān)系由光速確定,真空中的光速c=299793×1010cm/s,通常c≈3×1010cm/光的波長和頻率v的關(guān)系為v=3×1010cm/sv的單位為Hz,2的單位為cm0.0161二、光源(發(fā)光器件)1、鎢絲白熾燈用鎢絲通電加熱作為光輻射源最為普通,一般白熾燈的輻射光譜是連續(xù)的。發(fā)光范圍:可見光外、大量紅外線和紫外線,所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信號。2、氣體放電燈定義:利用電流通過氣體產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象制成的燈氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的,光譜與氣體的種類及放電條件有關(guān)。改變氣體的成分、壓力、陰極材料和放電電流大小,可得到主要在某一光譜范圍的輻射。它們經(jīng)常用作光電檢測儀器的單色光源。氣體放電燈消耗的能量僅為白熾燈12—1/3二、光源(發(fā)光器件)623、發(fā)光二極管LED(LightEmittingdiode)由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成,其工作電壓低、響應(yīng)速度快壽命長、體積小、重量輕,因此獲得了廣泛的應(yīng)用。在半導(dǎo)體PN結(jié)中,P區(qū)的空穴由于擴(kuò)散而移動到N區(qū),N區(qū)的電子則擴(kuò)散到P區(qū),在PN結(jié)處形成勢壘(內(nèi)電場),從而抑制了空穴和電子的繼續(xù)擴(kuò)散。當(dāng)PN結(jié)上加有正向電壓時,勢壘(內(nèi)電場)降低,電子由N區(qū)注入到P區(qū),空穴則由P區(qū)注入到N區(qū),稱為少數(shù)載流子注入。所注入到P區(qū)里的電子和P區(qū)里的空穴復(fù)合,注入到N區(qū)里的空穴和N區(qū)里的電子復(fù)合,這種復(fù)合同時伴隨著以光子形式放出能量,因而有發(fā)光現(xiàn)象。3、發(fā)光二極管LED(LightEmittingdio634、激光器激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大科技成就之具有高方向性、高單色性和高亮度三個重要特性。激光波長從024m到遠(yuǎn)紅外整個光頻波段范圍。激光器種類繁多,按工作物質(zhì)分類:◆固體激光器(如紅寶石激光器)◆氣體激光器(如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器)◆半導(dǎo)體激光器(如砷化鎵激光器)◆液體激光器。4、激光器64三、光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量,從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類1、外光電效應(yīng)在光線的作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光子是具有能量的粒子,每個光子的能量E=hvh—普朗克常數(shù),6.626×1034J·s;w光的頻率(s1)三、光電效應(yīng)65根據(jù)愛因斯坦假設(shè),一個電子只能接受一個光子的能量,所以要使一個電子從物體表面逸出,必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功,超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物,從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過10%。根據(jù)能量守恒定理hv=mUoAo式中m-電子質(zhì)量;v電子逸出速度。該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。根據(jù)愛因斯坦假設(shè),一個電子只能接受一個光子66■光電子能否產(chǎn)生,取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。不同的物質(zhì)具有不同的逸出功,即每一個物體都有一個對應(yīng)的光頻閾值,稱為紅限頻率或波長限。光線頻率低于紅限頻率,光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出,因而小于紅限頻率的入射光,光強(qiáng)再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射;反之,入射光頻率高于紅限頻率,即使光線微弱,也會有光電子射出。當(dāng)入射光的頻譜成分不變時,產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)成正比。即光強(qiáng)愈大,意味著入射光子數(shù)目越多,逸出的電子數(shù)也就越多。光電子逸出物體表面具有初始動能mv02/2,因此外光電效應(yīng)器件(如光電管)即使沒有加陽極電壓,也會有光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零,必須加負(fù)的截止電壓,而且截止電壓與入射光的頻率成正比■光電子能否產(chǎn)生,取決于光電子的能量是否大于該物67傳感器原理光傳感器課件68傳感器原理光傳感器課件69傳感器原理光傳感器課件70傳感器原理光傳感器課件71傳感器原理光傳感器課件72傳感器原理光傳感器課件73傳感器原理光傳感器課件74傳感器原理光傳感器課