《單片機原理及應用》第9章光電傳感器.ppt

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第9章光電傳感器,本章要求：1、掌握光電效應及其光電器件；2、了解新型光電傳感器；3、熟悉光電傳感器的應用。本章重點：外光電效應、內(nèi)光電效應及其光電器件。本章難點：光電位置傳感器和光圖像傳感器。,光電傳感器的組成,光電傳感器的的轉換原理是基于光電效應。光電效應分為：1、外光電效應；2、內(nèi)光電效應；光電傳感器由四部分組成：光源、光通路、光電元件和測量電路。,9.1光源,9.1.1光的特性光具有波粒二重性，既具有波動的本性，又具有粒子的特性。光的粒子說可知，光是由具有一定能量、動量和質(zhì)量的粒子所組成，這種粒子稱為光子。每個光子都具有一定的能量，其大小與它的頻率成正比，即E=hυ=hc/λ式中h為普朗克常數(shù)，h=6.62610-34（J.S）；υ為光子的頻率（S-1）；C為光速，C=3108（m/S）；λ為光的波長（m）。,,9.1.2常用光源及特性,1、熱輻射光源熱輻射光源輸出功率大，但電源的響應速度慢，調(diào)制頻率一般低于1KHz，不能用于快速的正弦和脈沖調(diào)制。2、氣體放電光源氣體放電光源發(fā)出的熱量少，對檢測對象和光電探測器件溫度影響小，對電壓恒定要求也比白熾燈低。3、電致發(fā)光器件具有體積小、功耗低、壽命長（106∽109h）、工作電壓低（1∽2V）、響應速度快（幾個納秒至幾十納秒），便于與集成電路相匹配等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。4、激光器按工作物質(zhì)來分：（1）固體激光器；（2）氣體激光器；（3）半導體激光器；（4）液體激光器。,9.2光電效應,光電效應物質(zhì)在光的照射下釋放電子的現(xiàn)象稱為光電效應。光電效應的實驗規(guī)律：（1）光電流的大小與入射光的強度成正比；（2）光電子的初動能只與入射光的頻率有關，而與入射光的強度無關；（3）當入射光的頻率低于某一極限頻率時，不論光的強弱，照射時間的長短，均無光電流產(chǎn)生；（4）從光照開始到光電子被被釋放出來。整個過程所需的時間小于10-9S。光電效應分為外光電效應、內(nèi)光電效應和光生伏特效應三種。,9.3外光電效應,9.3.1外光電效應1.外光電效應在光線作用下，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，又稱光電子發(fā)射效應。2.愛因斯坦光電效應方程式由方程式知：1)光電子能否產(chǎn)生，取決于光子能量是否大于該物體的表面逸出功A0。2)當入光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強成正比3)光電子逸出物體表面具有初始動能mv02/2，,,9.3.2外光電效應光電器件,（3）光電管的主要特性光電特性暗電流伏安特性I=f（UAK）光譜特性K=f（υ）UA=C,1光電管（1）光電管的結構（2）光電管的工作原理,9.4內(nèi)光電效應,內(nèi)光電效應有兩種：光電導效應和光生伏特效應。1、光電導效應：物體受光照后，物質(zhì)吸收入射光子的能量使其內(nèi)部載流子被激發(fā)而使其導電率增加，電阻值下降的現(xiàn)象稱為光電導效應2、光生伏特效應：在光線作用下，能夠使物體在一定方向上產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏效應。光生伏特效應根據(jù)其產(chǎn)生電勢的機理又可分為：（1）、側向光生伏特效應（2）、PN結光生伏特效應（3）、光電磁效應（簡稱PEM效應）（4）、貝克勒爾（Bcquerl）效應,9.4.1內(nèi)光電效應器件,（一）光敏電阻：光敏電阻是基于半導體光電導效應制成的光電器件，又稱光導管。1、光敏電阻的結構和工作原理2光敏電阻的主要參數(shù)①暗電阻與暗電流②亮電阻與亮電流③光電流,3、光敏電阻的基本特性,①光敏電阻的伏安特性②光敏電阻的光照特性③光敏電阻的光譜特性④光敏電阻的溫度特性⑤響應時間和頻率特性⑥穩(wěn)定性,（二）光電池,1光電池的結構與工作原理,2光電池的主要特性(1)光電池的光譜特性,(2)光電池的光照特性(3)光電池的頻率特性(4)光電池的溫度特性(5)穩(wěn)定性,2光電池的主要特性,（三）光敏二極管,1、光敏二極管的結構與工作原理2光敏二極管的主要技術參數(shù)(1)、最高反向工作電壓(2)、暗電流(3)、光電流(4)、靈敏度(5)、響應時間,（四）光敏三極管,1光敏三極管的結構和工作原理2、光敏三極管的主要技術特性（1）、光譜特性（2）、伏安特性（3）、光電特性（4）、溫度特性（5）、時間常數(shù)（5）、時間常數(shù)（6）、頻率特性,（五）光敏晶閘管,（六）光敏集成器件1、達林頓光電管2、光電耦合器件獨具下列特點：（1）光電耦合器件實現(xiàn)了以光為媒介的傳輸，具有優(yōu)良的隔離性。（2）具有信號單向傳輸不可逆性。（3）發(fā)光源使用砷化鎵發(fā)光二極管，它具有低阻抗的特點，可以抑制干擾，消除噪聲。（4）響應速度快，可用于高頻電路（5）結構簡單，無觸點，體積小，壽命長。,9.5光電碼盤,1光電碼盤的工作原理,3、循環(huán)碼盤,2、二進制碼盤,9.6光電傳感器的應用,1.光電傳感器應用的幾種基本形式：（1）輻射型（2）吸收型（3）反射型（4）遮擋型（5）透射型（6）時差測距,2煙塵濁度監(jiān)測儀,3光電轉速傳感器,4光電池在路燈控制器中的應用,5光電傳感器在輸液監(jiān)測中的應用,6聲控光敏延時開關電路,條形碼掃描筆,