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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划光电材料,论文光电传感器工作原理及其应用摘要光电传感器是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件，是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单、形式灵活多样等优点，它可用于检测直接引起光量变化的非电量；也可用来检测能转换成光量的其他非电量。因此在工业自动检测技术中和机器人中获得广泛应用。关键词:光电传感器发展趋势工作原理传感器应用绪论发展现状与发展趋势我国目前的发展状况：我国的
2、优势有：已经形成了研究、生产和应用体系、人材队伍和部分传感技术的优势，是进一步发展的基础；有一批先进的成果，如刀具砂轮监控仪系列成果，石油油井用高温、高压传感检测系统、高精度热敏检测传感等等；有一个量大面广的用户市场。不足之处有：研究开发战略在系统性上的不足，如：传感器与传感系统未能统一布置，形成两套并列，相互脱节的攻关；对传统传感器的革新改进不足，微小型化步子慢，在国内与国际市场上形不成竞争力；加紧特殊环境和工程项目传感技术的研究开发；集成化、智能化和纳米技术与国外差距大。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加
3、速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。传感器产品结构向全面、协调、持续发展。产品品种要向高技术、高附加值倾斜，尤其要填补“空白”品种。传感器的门类、品种繁多，所用的敏感材料各异，决定了传感器制造技术的多样性和复杂性，综观当前传感器工艺线的概况，多数工艺已实现单机自动化，但距离生产过程全自动化尚存在诸多困难，有待今后广泛采用CAD、CAM及先进的自动化装备和工业机器人，予以突破。光电传感器的结构及工作原理理论基础-光电效应光电元件是光电传感器中最重要的部件，
4、常见的有真空光电元件和半导体光电元件两大类。它们的工作原理都基于不同形式的光电效应。根据光的波粒二像性，我们可以认为光是一种以光速运动的粒子流，这种粒子称为光子。每个光子具有的能量为hv，对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看作是一连串能量为Au的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物理现象称为光电效应。传感器结构在一般情况下，光电传感器由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。其结构如图1所
5、示：发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。接收器包括光电二极管、光电三极管、光电池等。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等；在其后面是检测电路，它能滤出有效信号并应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维，三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。工作方式反射板反射式光电开关:在一个装置里装入发光器和收光器,前方装一反光板,利用反射原理的开
6、关。一般看来，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到,要是被物体挡住了,收光器接收不到光时,光电开关就会做出相应的反应。输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器,只是没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。要是检测物体背光挡住了,只有部分光反射回,收光器就会收到信号,作出相应的反应。通常把光电效应分为三类1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管管等。3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势
7、的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。工作原理1.外光电效应器件光电管是利用外光电效应制成的光电元件，其外形和结构如图2所示，半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为(12)m。根据能量守恒定律有2IE图2图3阴极材料不同的光电管，具有不同的红限，因此适用于不同的光谱范围。此外，即使
8、入射光的频率大于红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性，要求人们应当根据检测对象是紫外光、可见光还是红外光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏度。由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。图41m?h?-A是光电倍增管结构示意图。光电倍增管主要由光阴极K、倍增极D和阳极A组成，并根据要求采用不同性能的玻璃壳进行真空封装。依据分装方法，可分成端窗式和侧窗式两大类。端窗式光电倍增管的阴极通常为透射式阴极，通过管壳的端面接受入射光。侧窗式阴极则是通过管壳的
9、侧面接收入射光，它的阴极通常为反射式阴极。D3D1D50图4光阴极的量子效率是一个重要的参数。波长为的光辐射入射到光阴极时，一个入射光子产生的光电子数，定义为光阴极的量子效率。光阴极有很多种，常用的有双碱，S11及S20三种。光阴极通常由脱出功较小的锑铯或钠钾锑铯的薄膜组成，光阴极接负高压，各倍增极的加速电压由直流高压电源经分压电阻分压供给，灵敏检流计或负载电阻接在阳极A处，当有光子入射到光阴极K上，只要光子的能量大于光阴极材料的脱出功，就会有电子从阴极的表面逸出而成为光电子。在K和D1之间的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍增极D1，从而使D1产生二次电子发射每一个电子的轰击约可产生35个
10、二次电子，这样就实现了电子数目的放大。D1产生的二次电子被D2和D1之间的电场加速后轰击D2，?。这样的过程一直持续到最后一级倍增极Dn，每经过一级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有813个，最后一级倍增极Dn发射的二次电子被阳极A收集。若倍增电极有n级，各级的倍增率为，则光电倍增管的(来自:写论文网:光电材料,论文)倍增率可以认为是n，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。若将灵敏检流计串接在阳极回路中，则可直接测量阳极输出电流。若在阳极串接电阻RL作为负载，则可测量RL
11、两端的电压，此电压正比于阳极电流。2.内光电效应器件光敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与否的感应以及光强度的测量等领域。它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光电流流过。这种阻性特征使得它具有很好的品质：通过调节供应电源就可以从探测器上获得信号流，且有着很宽的范围。光敏电阻是薄膜元件，它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在光电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之间，做的狭小、交叉，使得在适度的光线时产生较低的阻值。光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管，它们的工作原理也是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半
12、导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。光敏二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上，图5a是其结构示意图。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，如图5b所示。我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。但是当光照PN结时，只要光子能量h大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子.空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它们在外加反向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN
13、结，使反向电流明显增大。如果入射光的照度变化，光生电子.空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。b)基本电路a)结构示意图b)基本电路a)结构示意图和图形符号图5图6光敏三极管有两个PN结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。其结构如图6a所示。当光敏三极管按图6b所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置。无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注人基区，由于基区很
14、薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流IC。这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流IC是原始光电流的(l+)倍。这样集电极电流IC将随入射光照度的改变而更加明显地变化。3.光生伏特效应器件硅光电池的工作原理基于光生伏特效应，它是在一块N型硅片上用扩散的方法掺人一些P型杂质而形成的一个大面积PN结，见图7。当光照射P区表面时，若光子能量大于硅的禁带宽度，则在P型区内每吸收一个光子便产生一个电子.空穴对，P区表面吸收的光子最多，激发的电子空穴最多，越向内部越少。这种浓度差便形成从表面向体内扩散的自然趋势。
15、由于PN结内电场的方向是由N区指向P区的，它使扩散到PN结附近的电子空穴对分离，光生电子被推向N区，光生空穴被留在P区。从而使N区带负电，P区带正电，形成光生电动势。若用导线连接P区和N区，电路中就有光电流流过。光电子技术发展态势与分析题目光电子技术发展态势与分析学生姓名熊光星专业班级电子科技1042班学号系电气信息工程学院光电子技术发展态势与分析光电显示技术发展熊光星XX摘要生活中的光在不断地被人类掌控用来改变我们的生活，现在环境日益恶化石油、煤等不可再生能源日益匮乏，未来中光能是最好的选择，没有污染而且可以再生。光不仅在能源领域有用在其他领域同样受到重视，如在激光领域、显示领域、通信领域等。本文首先介绍光电子技术的基本概念，再介绍光电技术的发展前景，最后重点介绍光电技术在显示领域的发展。从而对光电技术的发展有一个总体的随着社会科学的加速发展，光电子技术的应用越来越深入到社会生活的各个方面。今天，各种电子高科技产品太多源于光电子技术。相信在以后的生活中，光电子技术会得到更普遍的应用，得到了解和把握。通过本专业的学习，我们可以更进一步地了解光电子技术的含义，熟悉光电子技术的发展历史和所研究的方向、领域。引言光电子技术是光学技术
