光電傳感器的發(fā)展及其應(yīng)用論文

1、1光電傳感器的發(fā)展及其應(yīng)用光電傳感器的發(fā)展及其應(yīng)用班級(jí)：班級(jí)：1010物理物理2班姓名：?jiǎn)涛紬澬彰簡(jiǎn)涛紬潓W(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：100704228100704228國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB766587GB766587對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和

2、轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器可以用不同的觀點(diǎn)

3、對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理傳感器可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng)或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。本文重點(diǎn)闡述光電傳感器的發(fā)展與應(yīng)用摘要：摘要：光電式傳感器（photoelectrictransducer），基于光電效應(yīng)的傳感器，在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效，將光信

4、號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。它除能測(cè)量光強(qiáng)之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測(cè)量多種物理量，如尺寸、位移、速度、溫度等，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：光電傳感器、光電效應(yīng)、發(fā)展、應(yīng)用實(shí)例1前言1.1光電式傳感器光電傳感器又稱光傳感器其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如圖1，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

5、光電傳感器一般由光源光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高反應(yīng)快非接觸等優(yōu)點(diǎn)而且可測(cè)參數(shù)多傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單形式靈活多樣因此光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛[1]。圖2光電傳感器的電源要是一個(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種：1、發(fā)光二極管是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地

6、用于計(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(shè)備中。2、絲燈泡這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。如果選用的光電元件對(duì)紅外光敏感，構(gòu)成傳感器時(shí)可加濾色片將鎢絲燈泡的可見光濾除，而僅用它的紅外線做光源，這樣，可有效防止其他光線的干擾。3、激光激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)3模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式漫

7、反射式遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)物部份被吸收后透射光投射到光電元件上，如測(cè)液體、氣體透明度和混濁度的光電比色計(jì)等所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上再從被測(cè)物體表面反射后投射到光電元件上，如光電比色溫度計(jì)和光照度計(jì)等所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物光遮其中一部份使投射剄光電元件上的光通量改變改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān)，如振動(dòng)測(cè)量、工件尺寸測(cè)量；而在脈沖式光

8、電傳感器中在這種傳感器中，光電元件接受的光信號(hào)是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關(guān)工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號(hào)，多用于光電計(jì)數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合。光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸光束的質(zhì)量又近似為零在測(cè)量中不存在摩擦和對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力。因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合，光電式傳感器比其他傳感器有明顯的優(yōu)越性。1.2光電效應(yīng)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(huì)克服束縛

9、脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)。光電效應(yīng)又可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程描述：hv=12mv0的平方式中hv為光子具有能量，h為普朗克常數(shù)，v為光頻率。m為電子質(zhì)量，v0為電子逸出速度。當(dāng)光子能量等于或大于逸出功時(shí)才能產(chǎn)生外光電效應(yīng)。因此每一種物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)于光電效應(yīng)的光頻極限。2光電傳感器的發(fā)展?fàn)顩r1839年A.E.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)當(dāng)光線落在浸沒于電介液中的

10、兩個(gè)金屬電極上，它們之間就產(chǎn)生電勢(shì)，后來稱這種現(xiàn)象為光生伏特效應(yīng)[2]。1873年W.史密斯和Ch.梅伊發(fā)現(xiàn)硒的光電導(dǎo)效應(yīng)[2]。1887年H.R.赫茲發(fā)現(xiàn)外光電效應(yīng)[2]。基于外光電效應(yīng)的光電管和光電倍增管屬真空電子管或離子管器件，曾在50～60年代廣泛應(yīng)用，直到目前仍在某些場(chǎng)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(dǎo)探測(cè)器的專利權(quán)[3]，但半導(dǎo)體光敏元件卻是在60年代以后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展而開始迅速發(fā)展的。在此期

11、間各種光電材料都得到了全面的研究和廣泛的應(yīng)用。它們的結(jié)構(gòu)有單晶和多晶薄膜的，也有非晶的，它們的成分有元素半導(dǎo)體的和化合物半導(dǎo)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(duì)光電效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)光電管、雪崩光電二極管、電荷耦合器件等），適用于不同的

12、場(chǎng)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(shù)的發(fā)展而達(dá)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(jī)化學(xué)汽相沉積、分子束外延、單分子膜生長(zhǎng)等新技術(shù)和異質(zhì)結(jié)等新工藝。光電式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到紡織、造紙、印刷、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在紅外探測(cè)、輻射測(cè)量、光纖通信，自動(dòng)控制等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究也有新發(fā)展[10]。例