光電式傳感器的原理及應(yīng)用

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。

二、光電式產(chǎn)品應(yīng)用

1、太陽總輻射傳感器

太陽總輻射傳感器采用光電原理，可用來測量太陽光下的總輻射值。輻射傳感器采用高精度的感光元件，寬光譜吸收，全光譜范圍內(nèi)吸收量高，穩(wěn)定性好；同時感應(yīng)元件外安裝透光率高達(dá)95%的防塵罩，防塵罩采用特殊處理，減少灰塵吸附，有效防止環(huán)境因素對內(nèi)部元件的干擾，能夠較為精準(zhǔn)的測量太陽輻射量。產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)Mod-bus通信協(xié)議，可直接讀取當(dāng)前太陽輻射值，接線方式簡單。外形小巧美觀，占用安裝空間小。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于太陽能利用、氣象、農(nóng)業(yè)、建筑材料老化以及大氣污染等部門做太陽總輻射的測量。

2、光電式煙霧報警器

光電感煙火災(zāi)探測報警器（以下稱報警器）能夠探測火災(zāi)時產(chǎn)生的煙霧。報警器采用光電感煙器件及優(yōu)良的生產(chǎn)工藝，工作穩(wěn)定，外形美觀，安裝簡單，無需調(diào)試，可廣泛應(yīng)用于商場、賓館、商店、倉庫、機(jī)房、住宅等場所進(jìn)行火災(zāi)安全檢測。報警器內(nèi)置蜂鳴器，報警后可發(fā)出強(qiáng)烈聲響。

3、光合有效輻射傳感器

光合有效輻射傳感器采用光電感應(yīng)原理，可用來測量光譜范圍在400~700nm的光合有效輻射。傳感器采用高精度的光電感應(yīng)元件，寬光譜吸收，400-700nm范圍內(nèi)吸收量高，穩(wěn)定性好；當(dāng)有光照時，產(chǎn)生一個與入射輻射強(qiáng)度成正比的電壓信號，并且其靈敏度與入射光的直射角度的余弦成正比。防塵罩采用特殊處理，減少灰塵吸附，有效防止環(huán)境因素對內(nèi)部元件的干擾，能夠較為精準(zhǔn)的測量光合有效輻射量。
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