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传感器原理-4.ppt 80页
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第二章 一、光电效应传感器： v 原理：
利用光敏材料的光电效应制成的器件。 v 光电效应：
因光照引起物体电学特性改变的现象，分为外
光电效应和内光电效应器件 。 CCD：
感光器件面积 CCD和CMOS CCD/CMOS是感光成像部件 CCD/CMOS尺寸越大，成像效果越好。
2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸 四、光纤传感器：
v 是唯一的有光源的光敏传感器
v 工作过程：
由发光管或激光管发射光,
经光纤传输到被测对象,
光被被测信号调制,
光沿着光导纤维反射或送到光接收器,
经接收解调后变成电信号。 2.1 外光电效应及器件 v 光电发射检测装置 2.1.3
光电倍增管
2、工作电压：
一般有11个左右的倍增极，工作时，电极电位从阴极到阳极经过各个倍增极逐级升高，即每个倍增极电压应满足：V11&……V3&V2&V1 2.2.1 光电导效应
三、本征半导体的最小频率和最长波长
2.2.2 光敏电阻器 2.2.3
光敏电阻的参数及特性
主要的光生伏特探测器 §2.4 红外热释电光敏器件 §2.4 红外热释电光敏器件 §2.4 红外热释电光敏器件 §2.4 红外热释电光敏器件 §2.4 红外热释电光敏器件 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.5 固态图像传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 光纤微弯传感器 光纤反射传感器
应用于表面粗糙度及小位移测量。
压力测量、圆平膜片、弹性合金材料、电子束焊、抛光或镀膜提高反射率。 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6 光纤传感器 2.6.1 光纤的传光原理
将待测量与光纤内的导光联系起来形成光纤传感器。 一、光纤结构
是一种多层介质结构的对称圆柱体，包括纤芯、包层、涂敷层及护套。
使光线无耗地从一端传向另一端。
光线入射 折射 反射
二、传光原理
v 临界入射角θc：
当入射角增大到θc时，折射角θ2=90o，即折射光折向界面方向，该入射角θc为临界角。
v 全反射：
当入射角θ1〉θc时，光线就不会透过界面射出纤芯，全部反射到纤芯内，即发生全反射。光不断地在纤芯和包层界面产生全反射，光线呈锯齿状轨迹向前传播。
全反射原理是光纤传光原理的基础。
光在光纤中传播，光强发生衰减现象，即存在光纤传输损耗。
式中 L为光纤长度；Pi为入射端的光功率；
Po为出射端的光功率。
v 传输损耗 一般光纤损耗在3～10dB/km，最低0.2dB/km。 能量损耗的原因： 1.吸收损耗(本征吸收)
与光纤材料的电子受激跃迁和分子共振有关。 2.微弯损耗
由于光纤护套的不均匀性或光纤成缆时产生的不均匀侧向压力引起的曲率半径很大的轻度弯曲；
某些地方光线不满足全反射，进入包层，形成能量损耗。 3.散射损耗
由于光纤材料密度的微观变化、成分起伏以及制造光纤过程中产生的结构不均匀性或缺陷，使纤芯材料各部分的折射率存在差异，使一部分光波散射到各个方向，不能传输到终点，造成能量损耗。
一、按工作原理分类：
2.6.2 光纤传感器的原理 传光型光纤传感器(非功能型光纤传感器) 传感型光纤传感器(功能型光纤传感器）
v 传光型光纤传感器
光纤只起传导功能；
调制器感觉信息，调制器使待测信号与光互相作用，导致光的性质发生变化；
光探测器，解调后获得被测的信息。 传光型光纤传感器的原理示意图
v 传感型光传感器
光纤传导光
光纤敏感外界信号，使入射光的光学性质发生变化。
强度调制型光纤传感器 相位调制型光纤传感器 频率调制光纤传感器 时分调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器
二、按调制类型分类： 1、强度调制原理
被测物理量通过调制器改变光纤的强度，检测光强变化解算出被测物理量。 出射光 调制器 可动反射器 可动透射调制器 内调制型—微弯调制器 被测信号 入射光 三种强度调制原理示意图
被测量 位移或压力 变形器 光纤微弯曲 光强变化 大型结构健康监测
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光电效应中光电子能量为什么不能累积
你是说,为什么不能一次吸收两个、甚至多个光子,从而达到阈值是吧因为要达到双光子吸收,一方面和光源有关系,另一方面和材料也有很大关系如果是脉冲峰值能量比较高的光源,如飞秒激光,对一些材料是可以达到双光子吸收的像一些宽禁带半导体,可以同时吸收两个、多个光子,电子从禁带跑到导带但是对于一般的光源,金属材料,电子不能一次吸收几个光子,单光子如果达不到截止频率,多光子也达不到.你问的很好.你可能会问 为什么普通光源不出现双光子吸收,我也只能解释到这儿了,双光子吸收有它的条件和机理,想了解的话你可以看下非线性光学,它是种三阶非线性效应,一般而言需要的光强很高.不过有些有机材料阈值比较低.
与《光电效应中光电子能量为什么不能累积》相关的作业问题
入射光的频率越大,其产生的光电子的初动能也越高.由E=hv可得：当光的频率越高时,则光子的能量也越高.光子被原子吸收时,由hv=Ek+W得：因为W是逸出功,对于一定的金属来说是定值,光电子的初动能Ek=hv-W,因此当光频率越高时,光子的能量越高,产生的光电子的初动能也越高.
光电效应中,光未达到极限频率时光子中的能量会被吸收,但不会产生逸出效应.吸收的光子,会使得物体发热,并通过空气的热交换,将多余的热量散发到空气中.
由于红光光子能量小,相同光强的红光和紫光,红光光子数多,打出的光电子数多,故光电流大. 再问： 嗯嗯，完全同意，正解
一个不太恰当但是很形象的比喻,比如你用石头打树上的苹果,被击中的苹果从树上飞出来,那苹果的速度大小决定了动能,速度的方向决定了方向性,落地后的区域就是分布概率了,而你仍的石头就是光子,你扔石头时的力量就是光子的能量,就是光的频率,被从树上打出来的苹果（假设不会被打碎）就是光电子,可以这么粗浅的理解,但很管用.
不断.不断的话最后当然能直接脱离原子了,光电效应和这个其实是一个意思
当入射频率大于溢出频率（这个频率称为红限）时,随着光强增大电子势能增大,当入射频率小于红限时,电子势能与光强无关,这是外光电效应. 再问： 那再麻烦问一下光电子的势能大小是由哪些因素决定的？谢谢
没有关系,和光强有关
光电效应中,光子的作用是给电子提供能量的.在方程中,其实已经隐含了电子本身热运动的动能Ek. 只不过由于Ek不足够大,电子不能脱离束缚到达金属外部. 方程中的 逸出功 + Ek,就恰好能让电子脱离束缚了. 所以,方程中当光子能量恰好等于逸出功的时候,被打出的电子的动能恰好为零. 方程中就不需要直接体现电子热运动的动能了
波动、电磁波、波粒二象性、激光、颜色、光电效应当空间粒子基本上表现为离散态,并且其ρ,e,v在一定范围时.若受源作用点的周期性作用,能产生整体的波动.空间粒子振动时,产生复杂的波动形式.□电磁波是这种形式的空间粒子的波动.□在无序的空间粒子的运动中,小粒子因为碰撞使运动方向改变,无法沿直线运动.而在空间粒子发生一定规则
电子吸收光子而激发.但只吸收特定能量的(或频率的)光子.对于非吸收光子,就只能发生弹性碰撞.而不能吸收.电子吸收光子激发的能态是固定的,并不能随便什么频率的光子都能吸收.
虽然光照强度和频率不变时,阴极单位时间内逸出光电子数是一定的.但是,光电子逸出的方向不都是垂直金属表面的,另外,金属内部对电子的束缚（库仑力,电子出来与其他原子碰撞等）也是不同的.第一条可能造成有些电子到不了阳极（方向）,第二条造成光电子出来的初速度不同,所以单位时间内（1s）到达阳极的只有一部分逸出的光电子.当加了电
其实这里面涉及到量子力学里面的内容了,我觉得电能石电厂具有能量,然后给了微观粒子,微观粒子吸收能量后发生跃迁,跃迁就会产生光!每句话都是正确的,里面包含的内容很广. 再问： 恩，你这个我懂了。能不能再举一些其他能量形式间转化的例子，微观解释一下，谢谢 再答： 比如光电效应中光能转化成电能；还有就是用光照射原子发生共振吸
/>（1）在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小．（2）用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转．故答案为：（1）减小；（2）无
不能累积…电子与光子间能量交换是通过两者的碰撞完成的,两次碰撞之间有一段时间,未被激发的电子上次碰撞所获的能量已经在两次碰撞之间损耗了
楼主光子能力公式的解释是正确的,但光电效应强弱的解释错了；光电效应的原理是：金属表面的电子吸收外界的光子,克服金属的束缚而逸出金属表面.注意上面的一句话：“表面电子吸收光子”,这句话就说明一个光子射到金属表面,它最多能激发出一个电子,产生1ev电压；所不同的是：各个频率的光子,它们的能量大小不一,而只有一些频率很低、能
我来给你解释一下,这是物理选修3－5的知识,当光照射金属表面时,光子给电子能量,当能量大于溢出功时,使其越迁,能量变高,发出电子,电子从K端到A端,就会产生微弱电流,就会在微安表显示出来,电子的流动方向,是电流的反方向,所以,电流会向正极,不过很微弱,只能在微安表上体现出来 再问： 到了电源所在的那一段，那里的电流又是
你想想 核外电子是受原子核的束缚的.自身能量小的核外电子没有办法客服原子核的束缚,所以会在内侧.而那些能量大的核外电子能够多克服原子核的束缚,所以在外侧.来源比较复杂,你可以去看看光电效应电子本身就是一种物质,也具有同样的性质,即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态）,也就是能量最低时的状态.当
不可积累性的意思是,一个电子最多只能吸收一个光子的能量.也就是说,吸收了光子的电子射出后,即使再遇到光子也不会吸收它的能量了.而光子是没有质量的,即使和电子相遇也不会影响电子的轨迹.其实,光电效应的理论是突破了经典力学的,你之所以不理解,是因为你还是在试图用经典力学的理论去理解光电效应.比如,你所谓的顺便在吸收积分光子
光电效应是电子受到能量的激发而脱离原子核束缚逸出.从原子核束缚的状态下到脱离原子核跑到自由空间所需要的功是逸出功.电子所能吸收的能量是E=hυ,其中υ是辐射波的频率.E大于逸出功就可以使电子摆脱原子核的束缚而逃离,公式中h是一个常量,υ越大电子能量越大,达到逸出功就出去了,能让电子获得足够的能量的频率一般在光频的波段,(雨后彩虹哦哦)
(惊鸿一面)
(雨后彩虹哦哦)
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