光電式傳感器分類

基于外光電效應的光電敏感器件有光電管和光電倍增管?；诠怆妼挠泄饷綦娮??；趧輭拘挠泄怆姸O管和光電三極管(見半導體光敏元件)?；趥认蚬怆娦挠蟹崔D光敏二極管。光電式傳感器還可按信號形式分為模擬式光電傳感器(見位移傳感器)和數(shù)字式光電傳感器(見轉速傳感器、光柵式傳感器、數(shù)字式傳感器)。光電式傳感器還有光纖傳感器、固體圖像傳感器等。

結構:MOS電容器→光敏元或像素;MOS陣列→CCD器件

原理:如圖所示 :

1.光電耦合器

2.光電開關

一個大面積的PN節(jié)，光照下產(chǎn)生的電子-空穴對向兩級擴散，形成與光照強度有關的電動勢。

1.光敏二極管

光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)

暗電流、光電流(光照越強，光電流?)

2.光敏三極管

基極無引出線，集電極相對于發(fā)射極為正電壓

當光照射在集電結上時, 就會在結附近產(chǎn)生電子-空穴對, 從而形成光電流, 相當于三極管的基極電流。因此集電極電流是光生電流的β倍, 所以光敏晶體管有放大作用。

無光照時，光敏電阻阻值很大，電路中電流很小;當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急劇減小，電路中電流迅速增大。

它是光照射到某些物質上，使該物質的導電特性發(fā)生變化的一種物理現(xiàn)象，可分為外光電效應和內光電效應和光生伏特效應三類。外光電效應是指，在光線作用下物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的物理現(xiàn)象。光子是以量子化"粒子"的形式對可見光波段內電磁波的描述。光子具有能量hv，h為普朗克常數(shù)，v為光頻。光子通量則相應于光強。外光電效應由愛因斯坦光電效應方程描述:

Ek =hν -W

其中，h表示普朗克常量，ν表示入射光的頻率)。當光子能量等于或大于逸出功時才能產(chǎn)生外光電效應。因此每一種物體都有一個對應于光電效應的光頻閾值，稱為紅限頻率。對于紅限頻率以上的入射光，外生光電流與光強成正比。內光電效應又分為光電導效應和光生伏特效應兩類。光電導效應是指，半導體材料在光照下禁帶中的電子受到能量不低于禁帶寬度的光子的激發(fā)而躍遷到導帶，從而增加電導率的現(xiàn)象。能量對應于禁帶寬度的光子的波長稱光電導效應的臨界波長。光生伏打效應是指光線作用能使半導體材料產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。光生伏打效應又可分為勢壘效應(結光電效應)和側向光電效應。勢壘效應的機理是在金屬和半導體的接觸區(qū)(或在PN結)中，電子受光子的激發(fā)脫離勢壘(或禁帶)的束縛而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內電場的作用下電子移向 N區(qū)外側，空穴移向 P區(qū)外側，形成光生電動勢。側向光電效應是當光電器件敏感面受光照不均勻時，受光激發(fā)而產(chǎn)生的電子空穴對的濃度也不均勻，電子向未被照射部分擴散，引起光照部分帶正電、未被光照部分帶負電的一種現(xiàn)象。

光子，光子能量;光電子

外光電效應是指在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。

在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的效應

光電導效應:光敏電阻、光敏二極管(晶體管)

光生伏特效應:光電池

光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點而且可測參數(shù)多。傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小。近年來，隨著光電技術的發(fā)展，光電式傳感器已成為系列產(chǎn)品其品種及產(chǎn)量日益增加。用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格的產(chǎn)品它在機電控制、計算機、國防科技等方面。

光電式傳感器有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電二極管和光電三極管、光電池、半導體色敏傳感器、光電閘流晶體管、熱釋電傳感器、光電耦合器件等光電元件。另外，光電式傳感器還可分為模擬式光電式傳感器和脈沖式光電式傳感器兩類。

光電式傳感器是將光通量轉換為電量的一種傳感器，光電式傳感器的基礎是光電轉換元件的光電效應。由于光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多，具有非接觸，高精度，高可靠性和反應快等特點，使得光電傳感器在檢測和控制領域獲得了廣泛的應用。

photoelectric transducer

1839年A.E.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)當光線落在浸沒于電介液中的兩個金屬電極上，它們之間就產(chǎn)生電勢，后來稱這種現(xiàn)象為光生伏特效應。1873年W.史密斯和Ch.梅伊發(fā)現(xiàn)硒的光電導效應。1887年H.R.赫茲發(fā)現(xiàn)外光電效應?；谕夤怆娦墓怆姽芎凸怆姳对龉軐僬婵针娮庸芑螂x子管器件，曾在50~60年代廣泛應用，直到目前仍在某些場合繼續(xù)使用。雖然早在1919年T.W.凱斯就已取得硫化鉈光導探測器的專利權，但半導體光敏元件卻是在60年代以后隨著半導體技術的發(fā)展而開始迅速發(fā)展的。在此期間各種光電材料都得到了全面的研究和廣泛的應用。它們的結構有單晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它們的成分有元素半導體的和化合物半導體的，也有多元混晶的。其中最重要的兩種是硅和碲鎘汞。硅的原料豐富,工藝成熟,是制造從近紅外到紫外波段光電器件的優(yōu)良材料。碲鎘汞是碲化汞和碲化鎘的混晶，是優(yōu)良的紅外光敏材料。通過對光電效應和器件原理的研究已發(fā)展了多種光電器件(如光敏電阻、光電二極管、光電三極管、場效應光電管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件等)，適用于不同的場合。光電式傳感器的制造工藝也隨薄膜工藝、平面工藝和大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而達到很高的水平，并使產(chǎn)品的成本大為降低。被稱為新一代攝像器件的聚焦平面集成光敏陣列正在取代傳統(tǒng)的掃描攝像系統(tǒng)。光電式傳感器的最新發(fā)展方向是采用有機化學汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長等新技術和異質結等新工藝。光電式傳感器的應用領域已擴大到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護等領域。在紅外探測、輻射測量、光纖通信，自動控制等傳統(tǒng)應用領域的研究也有新發(fā)展。例如，硅光電二極管自校準技術的提出為光輻射的絕對測量提供了一種很有前途的新方法。

光電傳感器的構成

光電傳感器由光源、光學通路、光電元件構成。

光電式傳感器應用

1、光量變化的非電量;

2、能轉換成光量變化的其他非電量。

光電式傳感器的應用可歸納為四種基本形式，即輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。

光電式傳感器特點

非接觸、響應快、性能可靠。

6.1 氣測式位置傳感器

6.2 放大器

6.3 電感式傳感器

6.4 光電式傳感器

6.5 轉換器

6.6 壓力傳感器

物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是利用某些物理效應，把被測量的物理量轉化成為便于處理的能量形式的信號的裝置。其輸出的信號和輸入的信號有確定的關系。主要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導纖維傳感器等。作為例子，讓我們看看比較常用的光電式傳感器。這種傳感器把光信號轉換成為電信號，它直接檢測來自物體的輻射信息，也可以轉換其他物理量成為光信號。其主要的原理是光電效應:當光照射到物質上的時候，物質上的電效應發(fā)生改變，這里的電效應包括電子發(fā)射、電導率和電位電流等。顯然，能夠容易產(chǎn)生這樣效應的器件成為光電式傳感器的主要部件，比如說光敏電阻。這樣，我們知道了光電傳感器的主要工作流程就是接受相應的光的照射，通過類似光敏電阻這樣的器件把光能轉化成為電能，然后通過放大和去噪聲的處理，就得到了所需要的輸出的電信號。這里的輸出電信號和原始的光信號有一定的關系，通常是接近線性的關系，這樣計算原始的光信號就不是很復雜了。其他的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器。