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[[传感器考前划重点#第九章 光电]]

外光电效应

定义：在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
爱因斯坦光电效应方程：

hv=12mv02+A0hv=\frac{1}{2}mv_0^2+A_0

每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出。

内光电效应器件

利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
分为光电导效应（光敏电阻）和光生伏特效应（光电池和光敏二极管、三极管）。

外光电效应器件

利用物质在光照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件，一般是光电管和光电倍增管。

光电管的工作原理

光电管有真空和充气两类。
由一个阴极和一个阳极组成，阴极在玻璃管内壁上，上面涂有光电发射材料（逸出功小的光敏材料），阳极通常用弯折成圆形或矩形的金属丝，置于玻璃管中央。
当光线照射到阴极光敏材料上，逸出电子，电子被具有正电位的阳极吸引，在外电路作用下形成电流。
充气的光电管还利用光电子碰撞气体原子使其电离来增大光电流，灵敏度高，但因为光电流和光强不成比例，稳定性差。

光电管各种特性和差异

  1. 伏安特性
    光照一定时，所加电压与阳极产生电流之间的关系。
    入射光光强越大，输出电流达到饱和所需要的阳极电压越高。
    通常把工作点选在光电流与阳极电压无关的饱和区内。
    充气光电管不具有真空光电管的那种饱和特性。
  2. 光照特性
    当所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系。
    光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之间比）称为光电管的灵敏度。
    不同材料的光照特性线性不同，如氧铯阴极呈线性，锑铯阴极呈非线性。
  3. 光谱特性
    光电阴极材料不同的光电管，红限频率v0不同，可用于不同的光谱范围。
    同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。
    所以对于不同波长区的光，应该选用不同材料的阴极。

光电倍增管

由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。
一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做阴极灵敏度。
一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做总灵敏度。
暗电流：即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有的电流
本底电流：如果光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全蔽光情况下，由于宇宙射线激发闪烁体而出现的电流。本底电流具有脉冲形式。

四种应用形式

辐射式 吸收式 遮光式 反射式
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  1. 光源本身是被测物，被测物发出的光量投射到光电器件上，光电器件的输出反映了光源的某些参数。典型应用如非接触式高温测量、光照度计等。
  2. 光源发射的光量穿过被测物。一部分光量由被测物吸收，剩余的光量照射到光电器件上，被吸收的光量与被测物透明度有关。典型应用如透明度计、浊度计等。
  3. 光源发射的光量被测物遮去一部分，使作用在光敏器件上的光减弱，减弱程度与被测物在光学通路中的位置有关。典型应用如非接触式测位置、工件尺寸测量等。
  4. 光源发射的光量照射到被测物上，被测物将部分光反射到光电器件上，反射的光通量与反射表面的性质、状态和光源间的距离有关。典型应用如位移、振动测试、工件表面的粗糙度等。