《单片机原理及应用》第9章光电传感器.ppt

第9章光电传感器 本章要求 1 掌握光电效应及其光电器件 2 了解新型光电传感器 3 熟悉光电传感器的应用 本章重点 外光电效应 内光电效应及其光电器件 本章难点 光电位置传感器和光图像传感器 光电传感器的组成 光电传感器的的转换原理是基于光电效应 光电效应分为 1 外光电效应 2 内光电效应 光电传感器由四部分组成 光源 光通路 光电元件和测量电路 9 1光源 9 1 1光的特性光具有波粒二重性 既具有波动的本性 又具有粒子的特性 光的粒子说可知 光是由具有一定能量 动量和质量的粒子所组成 这种粒子称为光子 每个光子都具有一定的能量 其大小与它的频率成正比 即E h hc 式中h为普朗克常数 h 6 626 10 34 J S 为光子的频率 S 1 C为光速 C 3 108 m S 为光的波长 m 9 1 2常用光源及特性 1 热辐射光源热辐射光源输出功率大 但电源的响应速度慢 调制频率一般低于1KHz 不能用于快速的正弦和脉冲调制 2 气体放电光源气体放电光源发出的热量少 对检测对象和光电探测器件温度影响小 对电压恒定要求也比白炽灯低 3 电致发光器件具有体积小 功耗低 寿命长 106 109h 工作电压低 1 2V 响应速度快 几个纳秒至几十纳秒 便于与集成电路相匹配等优点 因此得到广泛应用 4 激光器按工作物质来分 1 固体激光器 2 气体激光器 3 半导体激光器 4 液体激光器 9 2光电效应 光电效应物质在光的照射下释放电子的现象称为光电效应 光电效应的实验规律 1 光电流的大小与入射光的强度成正比 2 光电子的初动能只与入射光的频率有关 而与入射光的强度无关 3 当入射光的频率低于某一极限频率时 不论光的强弱 照射时间的长短 均无光电流产生 4 从光照开始到光电子被被释放出来 整个过程所需的时间小于10 9S 光电效应分为外光电效应 内光电效应和光生伏特效应三种 9 3外光电效应 9 3 1外光电效应1 外光电效应在光线作用下 物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应 又称光电子发射效应 2 爱因斯坦光电效应方程式由方程式知 1 光电子能否产生 取决于光子能量是否大于该物体的表面逸出功A0 2 当入光的频谱成分不变时 产生的光电流与光强成正比3 光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 2 9 3 2外光电效应光电器件 3 光电管的主要特性光电特性暗电流伏安特性I f UAK 光谱特性K f UA C 1光电管 1 光电管的结构 2 光电管的工作原理 9 4内光电效应 内光电效应有两种 光电导效应和光生伏特效应 1 光电导效应 物体受光照后 物质吸收入射光子的能量使其内部载流子被激发而使其导电率增加 电阻值下降的现象称为光电导效应2 光生伏特效应 在光线作用下 能够使物体在一定方向上产生电动势的现象称为光生伏效应 光生伏特效应根据其产生电势的机理又可分为 1 侧向光生伏特效应 2 PN结光生伏特效应 3 光电磁效应 简称PEM效应 4 贝克勒尔 Bcquerl 效应 9 4 1内光电效应器件 一 光敏电阻 光敏电阻是基于半导体光电导效应制成的光电器件 又称光导管 1 光敏电阻的结构和工作原理2光敏电阻的主要参数 暗电阻与暗电流 亮电阻与亮电流 光电流 3 光敏电阻的基本特性 光敏电阻的伏安特性 光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光谱特性 光敏电阻的温度特性 响应时间和频率特性 稳定性 二 光电池 1光电池的结构与工作原理 2光电池的主要特性 1 光电池的光谱特性 2 光电池的光照特性 3 光电池的频率特性 4 光电池的温度特性 5 稳定性 2光电池的主要特性 三 光敏二极管 1 光敏二极管的结构与工作原理2光敏二极管的主要技术参数 1 最高反向工作电压 2 暗电流 3 光电流 4 灵敏度 5 响应时间 四 光敏三极管 1光敏三极管的结构和工作原理2 光敏三极管的主要技术特性 1 光谱特性 2 伏安特性 3 光电特性 4 温度特性 5 时间常数 5 时间常数 6 频率特性 五 光敏晶闸管 六 光敏集成器件1 达林顿光电管2 光电耦合器件独具下列特点 1 光电耦合器件实现了以光为媒介的传输 具有优良的隔离性 2 具有信号单向传输不可逆性 3 发光源使用砷化镓发光二极管 它具有低阻抗的特点 可以抑制干扰 消除噪声 4 响应速度快 可用于高频电路 5 结构简单 无触点 体积小 寿命长 9 5光电码盘 1光电码盘的工作原理 3 循环码盘 2 二进制码盘 9 6光电传感器的应用 1 光电传感器应用的几种基本形式 1 辐射型 2 吸收型 3 反射型 4 遮挡型 5 透射型 6 时差测距 2烟尘浊度监测仪 3光电转速传感器 4光电池在路灯控制器中的应用 5光电传感器在输液监测中的应用 6声控光敏延时开关电路 条形码扫描笔