光电传感器详解：光电效应与应用

"发光强度I-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第十章（上） 光电传感器）" 发光强度是衡量光源在特定方向上辐射光通量密度的重要参数，用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。光通量是指光源发出的光能量总量，单位为流明（lm）。立体角（sr）则是描述空间角度大小的量，用来度量光源向四周辐射光的范围。公式I=/ω 描述了发光强度的计算方法，其中代表在立体角ω内的光通量。 光电传感器是利用光电效应工作的设备，光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。外光电效应涉及电子从材料表面逸出，如光电管、光电倍增管等；内光电效应则导致材料电阻率的变化，如光敏电阻、光敏二极管等；光生伏特效应则是光能直接转化为电能，如光电池。 光电效应的基础是爱因斯坦的光量子理论，他因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。光电效应中，当光子能量大于材料的逸出功W时，电子才能逸出。红限是使电子逸出的最小入射光频率，低于此频率的光无法引发光电效应。爱因斯坦光电方程描述了电子吸收光子能量后的动力学过程，2mv² = hf - W，其中m是电子质量，v是电子速度，f是光的频率，W是逸出功。 光电元件的应用广泛，例如光电管，它由阳极a、阴极k、石英玻璃外壳等部分组成，工作时受光照的阴极会产生电子，这些电子在电场作用下向阳极移动，形成电流。光敏电阻则是根据内光电效应工作的，其阻值会随着光照强度变化而变化。 光电传感器的种类繁多，包括光电开关和光电断续器，它们常用于检测物体的存在、位置、颜色、运动状态等。此外，还有CCD图像传感器用于图像捕捉，热成像技术用于非接触温度测量，以及光导纤维传感器用于传输和检测光信号。 第十章（上）主要讲解了光电效应的基本概念、光电元件的工作原理及其应用实例，为后续章节的深入探讨奠定了基础。通过学习这部分内容，读者可以理解光电转换的物理过程，并掌握如何利用光电元件设计和实现各种自动检测系统。