工程测试第三章传感器

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光子能量超过表面逸出功的部分，表现为电 子的能量，即
mv2/2=hf-A
v—电子逸出时的速度，m—电子的质量。
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爱因斯坦光电方程说明光电发生服从以下定 律：
1）物体表面发射的电子数（光电流）与光强成 正比；
2）光电子的动能随光的频率成正比的增加，而 与光强无关；
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光电倍增管之倍增极的形状设计成 每个极都能接受前一极的二次电子，而 在各个倍增极上顺序加上越来越高的正 电压。这样如果在光电阴极上由于入射 光的作用发射出一个电子，这个电子将 被第一倍增极的正电压所加速而轰击第 一倍增极，设这时第一倍增极有δ个二次 电子发出，这δ个电子又轰击第二倍增极， 而其产生的二次电子又增加δ倍，经过n 个倍增极后，原先电子将变为δn个电子， 这些电子最后被阳极所收集而在光电阴 极与阳极之间形成电流。
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3.5.1 光电效应及其光电器件
外光电效应：物体在光的照射下产生电子发射 的现象称为光电发射效应或外光电效应。基于外 光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。
内光电效应是指光照射到半导体材料上，材料 中的电子吸收光子能量，成为自由电子，使导体 的导电性发生改变的现象。内光电效应又可分为 光电导效应、光生伏特效应和光敏晶体管效应， 相应元件有光敏电阻、光电池和光敏二、三极管。
充气光电管的优点是灵敏度高，但其灵敏度 随电压显著变化，稳定性、频率特性等都比真空 光电管差。
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(2) 主要性能 ① 光电管的伏安特性
当光通量一定时，光电管的电流与 阳极电压的关系。
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②光电管的光电（照）特性
当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时， 光通 量与光电流之间的关系。
曲线1表示氧化铯阴极光电管的光电（照）特性，光 电流与光通量呈线性关系。
曲线2为锑化铯阴极光电管的光电（照）特性，它呈 非线性关系。光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。
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③光电管的光谱特性 一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们
有不同的红限频率f0 ，(即h·f=A对应的频率)，因 此它们可用于不同的光谱范围。即同一光电管对 于不同频率的光的敏感度不同，这就是光电管的 光谱特性。
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光电导的原理：当入射光照到半导体上时，电 子受光子的激发，在外加电压作用下，导带中的电 子和空穴同时参与导电，即载流子数增多使其电阻 下降。
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光敏电阻在受到光的照射时，由于内光电效应 使其导电性能增强，电阻值下降，所以流过负载电 阻RL的电流及其两端电压也随之变化。光线越强， 电流越大。当光照停止时，光电效应消失，电阻恢 复原值，因而可将光信号转换为电信号。
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3.5.1.1 外光电效应及其光电器件
根据爱因斯坦光量子理论,光子的能量E与 它的频率成正比,即
E=h·f
h普朗克常数h=6.63×10-34J·S，f是光的频率。
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物体表面受到光的照射时，表面内的电子与光子 碰撞，就发生能量转移，光子把全部能量转移给 电子，使电子的能量增加。如果电子的能量超过 逸出功A时，电子就逸出物体表面产生光电发射。 产生光电发射的条件(不考虑电子热运动的能量) ： 光子能量h·f超过表面逸出功A。
所以对各种不同波长区域的光，应选用不同 材料的光电阴极。
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2 光电倍增管 在入射光极为微弱时，光电管产生的光电流很
小，在这种情况下即使光电流能被放大，但信号和 噪声同时被放大了，为了克服这个缺点，就要采用 光电倍增管。
它由光电阴极、若干个倍增极和阳极三部分组 成。光电阴极是由半导体光电材料锑—铯制造的， 入射光就在它上面打出光电子。
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倍增极数目在4~14个不等。在各倍 增极上加上一定的电压，阳极收集电子， 外电路形成电流输出。
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工作时，各个倍增电极上均加上电压， 阴极K电位最低。从阴极开始，各个倍增极 E1、E2、E3、E4（或更多）电位依次升高， 阳极A电位最高。入射光在光电阴极上激发 电子，由于各极间有电场存在，所以阴极 激发电子被加速轰击第一倍增极，这些倍 增极具有这样的特性，在受到一定数量的 电子轰击后，能放出更多的电子，称为“二 次电子”。
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3.5.1.2 内光电效应Hale Waihona Puke Baidu光电器件 1 光敏电阻 (1) 结构和原理
光敏电阻又称光导管。光敏电阻利用光电导效应制成， 选用半导体材料。光敏电阻的结构较简单。在玻璃底板上 均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，半导体的两端装上金 属电极，使电极与半导体层可靠地电接触，然后，将它们 压入塑料封装体内。为了防止周围介质的污染，在半导体 光敏层上覆盖一层漆膜。
3.5 光电传感器
光电式传感器是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量， 并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的 光电效应。由光的粒子学说可知，光可以被看作是由一连串具有 一定能量的粒子（称为光子）所构成，每个光子具有的能量:
物理基础: 光电效应
光电效应可分成两大类型:
外光电效应和内光电效应。
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在阴极前装有单根金属丝或环状的阳极。当 阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电 子被带正电位的阳极所吸引，这样在光电管内就 有电子流，在外电路中便产生了电流。
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除了真空光电管外还有一种充气光电管，其 构造和真空光电管基本相同，所不同的仅仅是在 玻璃泡内充以少量的惰性气体，如氩或氖。当光 电极被光照射而发射电子时，光电子在趋向阳极 的途中将撞击惰性气体的原子，使其电离，从而 使阳极电流急剧增加，提高了光电管的灵敏度。
3）要使光电子逸出物体表面，必须使h·f>A，所 以对于每一种物体都存在一个极限频率（红限频 率f0 ），当入射光的频率低于这个频率时，无论 光强多强，都不会有工程光测试电第三子章传感发器 射出来。
1 光电管及其基本特性 (1) 结构和工作原理
在一个真空装有两个电极的玻璃泡 内：光电阴极和阳极。
光电阴极有的是贴附在玻璃泡内壁， 有的是涂在半圆筒形的金属片上，阴极 对光敏感的一面是向内的。