1、光電傳感器高利敏080601203808機制（2）班摘要：在科學技術高速發展的現代社會中，人類已經入瞬息萬變的信息時代，人們在日常生活，生產過程中，主要依靠檢測技術對信息經獲取、篩選和傳輸，來實現制動控制，自動調節，目前我國已將檢測技術列入優先發展的科學技術之一。 由于微電子技術，光電半導體技術，光導纖維技術以及光柵技術的發展，使得光電傳感器的應用與日俱增。這種傳感器具有結構簡單、非接觸、高可靠性、高精度、可測參數多、反應快以及結構簡單,形式靈活多樣等優點，在自動檢測技術中得到了廣泛應用，它一種是以光電效應為理論基礎，由光電材料構成的器件。關鍵字：光電效應光電元件光電特性傳感器分類傳感器應用正

2、文： 一、理論基礎光電效應 光電效應一般有外光電效應、光導效應、光生伏特效應。光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會克服束縛脫離材料表面而進入外界空間，從而改變光電子材料的導電性，這種現象成為外光電效應根據愛因斯坦的光電子效應，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv(v為光波頻率，h為普朗克常數，h6.63*10-34 J/HZ)，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉換成電子能量。根據能量守恒定律： 式中，m為電子質量,v為電

3、子逸出的初速度,A微電子所做的功。 由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產生光電子發射，此頻率限稱為“紅限”。相應的波長為 式中，c為光速，A為逸出功。 當受到光照射時，吸收電子能量，其電阻率降低的導電現象稱為光導效應。它屬于內光電效應。當光照在半導體上是，若電子的能量大與半導體禁帶的能級寬度，則電子從價帶躍遷到導帶，形成電子，同時，價帶留下相應的空穴。電子、空穴仍留在半導體內，并參與導電在外電場作用下形成的電流。除金屬外，多數絕緣體和半導體

4、都有光電效應，半導體尤為顯著，根據光導效應制造的光電元件有固有入射光頻率，當光照在光電阻上，其導電性增強，電阻值下降。光強度愈強，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢復到原阻值。半導體受光照射產生電動勢的現象稱為光生伏特效應，據此效應制造的光電器件有光電池，光電二極管，管控晶閘管和光耦合器等。 二、光電元件及特性 根據外光電元件制造的光電元件有光電子，充氣光電管和光電倍曾管。 1.光電管 光電管的種類繁多，典型的產品有真空光電管和充氣光電管，光它的外形和結構如圖1所示，半圓筒形金屬片制成的陰極K和位于陰極軸心的金屬絲制成的陽極A封裝在抽成真空的玻殼內，當入射光照射在陰極上時，單個光子就把它的全部能

5、量傳遞給陰極材料中的一個自由電子，從而使自由電子的能量增加h。當電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功A時，它就可以克服金屬表面束縛而逸出，形成電子發射。這種電子稱為光電子，光電子逸出金屬表面后的初始動能為光電管正常工作時，陽極電位高于陰極，如圖2所示。在人射光頻率大于“紅限”的前提下，從陰極表面逸出的光電子被具有正電位的陽極所吸引，在光電管內形成空間電子流，稱為光電流。此時若光強增大，轟擊陰極的光子數增多，單位時間內發射的光電子數也就增多，光電流變大。在圖2所示的電路中，電流和電阻只上的電壓降就和光強成函數關系，從而實現光電轉換。當光線照射到光電陰極K上時，電子從陰極表面逸出，并被光電陽極的正電

6、廠吸收，外電路產生電流I，在負載電阻 上的電壓光電管的光電特性如圖3 所示，從圖中可知，在光通量不太大時，光電特性基本是一條直線。圖3光電管的光電特性圖2光電管測量電路圖1光電光結構示意圖 2.光電倍曾管 由于真空光電管的靈敏度低，因此人們研制了具有放大光電流能力的光電倍增管。圖4是光電倍增管結構示意圖。圖4光電倍增結構示意圖從圖中可以看到光電倍增管也有一個陰極K和一個陽極A，與光電管不同的是在它的陰極和陽極間設置了若干個二次發射電極，D1、D2、D3它們稱為第一倍增電極、第二倍增電極、，倍增電極通常為1015級。光電倍增管工作時，相鄰電極之間保持一定電位差，其中陰極電位最低，各倍增電極電位逐

7、級升高，陽極電位最高。當入射光照射陰極K時，從陰極逸出的光電子被第一倍增電極D1加速，以高速轟擊D1 ，引起二次電子發射，一個入射的光電子可以產生多個二次電子， D1發射出的二次電子又被D1、D2問的電場加速，射向D2并再次產生二次電子發射，這樣逐級產生的二次電子發射，使電子數量迅速增加，這些電子最后到達陽極，形成較大的陽極電流。若倍增電極有n級，各級的倍增率為 ，則光電倍增管的倍增率可以認為是N ，因此，光電倍增管有極高的靈敏度。在輸出電流小于1mA的情況下，它的光電特性在很寬的范圍內具有良好的線性關系。光電倍增管的這個特點，使它多用于微光測量。 參考文獻：林德杰 林均淳 許錦標 曾憲云 .電器檢測技術.機械工業出版社年徐潔檢測技術與儀表清華大學出版