光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎,把被測量的變化轉換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將非電信號轉換成電信號。光電效應是指用光照射某一物體,可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上,此時光子能量就傳遞給電子,并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收,電子得到光子傳遞的能量后其狀態就會發生變化,從而使受光照射的物體產生相應的電效應。通常把光電效應分為3 類:
(1 )在光線作用下能使電子逸出物體表面的現象稱為外光電效應,如光電管、光電倍增管等;
(2 )在光線作用下能使物體的電阻率改變的現象稱為內光電效應,如光敏電阻、光敏晶體管等;
(3 )在光線作用下,物體產生一定方向電動勢的現象稱為光生伏特效應,如光電池等。
光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點,而且可測參數多,傳感器的結構簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。
光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件,它是把光信號(可見及紫外鐳射光)轉變成為電信號的器件。
光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量,如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度,以及物體的形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點,因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現,特別是CCD圖像傳感器的誕生,為光電傳感器的進一步應用開創了新的一頁。
光電傳感器
光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。 把被測量的變化轉換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。
光電效應原理
光電元件是光電傳感器中最重要的組成部分,它的核心工作原理是不同類型的光電效應。根據波粒二象性,光是由光速運動的光子所組成, 當物體受到光線照射時,其內部的電子吸收了光子的能量后改變狀態,自身的電性質也會發生改變,這樣的現象稱為光電效應。
根據電屬性狀態的不同變化,將光電效應分為以下三種:
1)外光電效應
在光線作用下使電子逸出物體表面的現象稱為外光電效應。基于外光電效應的光電元件有光電管,光電倍增管等
2)光電導效應
半導體內的電子吸收光子后不能躍出半導體,使物體的電導率發生變化,或產生光生電動勢的現象稱為內光電效應。內光電效應按其工作原理可分為光電導效應和光生伏特效應。基于光電導效應的光電元件有光敏電阻,光敏晶體管等
3)光生伏特效應
在光線作用下,物體產生一定方向電動勢的現象稱為光生伏特效應。基于光生伏特效應的光電元件有光電池和光敏二極管、三極管等
光電元件工作原理
基于不同的光電效應,我們來看一下他們分別是如何工作的:
外光電效應器件
利用物質在光的照射下發射電子的外光電效應而制成的光電器件,一般都是真空的或充氣的光電器件,如光電管和光電倍增管。
以光電管為例,當入射光照射在陰極上時,單個光子把它的全部能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。當電子獲得的能量大于陰極材料的逸出功時,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。 只有當入射光的頻率高于極限頻率時,才會產生光電子。
光電子產生之后,被真空管中的陽極所吸收,從而產生電流。若此時增加光照強度,更多的光子將會照射到陰極材料,從而產生更多光電子,光電流也會相應增加。在電阻R值確定的情況下,回路中的光電流與入射光的光照強度成函數關系,從而實現光電轉化,通過測量電路讀取電流數,即可算出光照強度。