深入理解光電傳感器的原理

各式各樣的傳感器是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的感知層的重要感知設(shè)備，是物聯(lián)網(wǎng)獲取信息和實現(xiàn)物體控制的初步環(huán)節(jié)，可以說傳感器對物聯(lián)網(wǎng)有著相當(dāng)重要的影響。

光電式傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器，具有反應(yīng)快、精度高、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。因此，光電式傳感器在監(jiān)測和控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。

一、光電式傳感器的原理

光電式傳感器的感光元件是采用光電效應(yīng)，而光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)(分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng))。

1、內(nèi)光電效應(yīng)：

(1)光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)入射光子射入到半導(dǎo)體表面時，半導(dǎo)體吸收入射光子產(chǎn)生電子空穴對，使其自身電導(dǎo)增大。

(2)光生伏特效應(yīng)：當(dāng)一定波長的光照射非均勻半導(dǎo)體(如PN結(jié))，在自建場的作用下，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電壓。

光照射到半導(dǎo)體或絕緣體的表面時，使物體內(nèi)部的受束縛電子受到激發(fā)，從而使物體的導(dǎo)電性能改變。這就稱為內(nèi)光電效應(yīng)。顯然照射的輻射通量愈大，則被激發(fā)的電子數(shù)愈多，該物體的電阻值就變得愈小。

光導(dǎo)管(又稱光敏電阻)就是利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件。像硫化鎘、硫化鉛、硫化銦、硒化鎘、硒化鉛的那個均是半導(dǎo)體光導(dǎo)管。光導(dǎo)管的優(yōu)點是體積小、牢固耐用。它主要用于光譜儀器的光接收器、光電控制、激光接收和遠(yuǎn)距離探測等方面。

2、外光電效應(yīng)：

由光電效應(yīng)或光致電離引起的光電子發(fā)射。在光線作用下能使電子從物體表面逸出地稱為“外光電效應(yīng)”或光電發(fā)射。

當(dāng)物質(zhì)受到光線照射時，電子得到了足夠的光能后從物質(zhì)表面上放射出來的現(xiàn)象，稱為光電子發(fā)射效應(yīng)。發(fā)射出來的電子稱為光電子，可以發(fā)射光電子的物體稱為光電發(fā)射體。光電子形成的電流即為光電流。