光电传感器

本章知识点

1.光电效应 （外光电效应、内光电效应和光生伏特效应）；

2.常见的光电元件的特性；

3.光电传感器的类型及应用。

先导案例

宾馆等对防火设施有严格考核的场所均必须按规定安装火灾传感器。火灾发生时伴随有光和热的化学反应。利用光电传感器应用的形式：

①由被测物吸收光通量多少决定被测物的某些参数（光电直射型烟雾传感器）；

②被测物将光反射到光电元件上，光电元件的输出反映被测物的某些参数（反射式烟雾报警器），可进行防火报警。

本案例要解决的问题

分析火灾时物质在燃烧过程中发生的现象，比较防火系统中常见的两种烟雾报警器“光电直射型烟雾传感器”和 “反射式烟雾报警器”的原理及特点。

几个世纪以来，关于光的本质，一直是物理界争论的一个课题。2000多年前，人类已了解到光的直线传播特性，但对光的本质并不了解。1860年，英国物理学家麦克斯韦建立了电磁理论，认识到光是一种电磁波。光的波动学说很好地说明了光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象，但是仍然不能解释物质对光的吸收、散射和光电子发射等现象。1900年德国物理学家普朗克提出了量子学说，认为任何物质发射或吸收的能量是一个最小能量单位 （称为量子）的整数倍。1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦认为，光由光子组成，每一个光子具有的能量E正比于光的频率f，即E＝hf （h为普朗克常数），光子的频率越高 （即波长越短）光子的能量就越大。比如绿色光的光子就比红色光的光子能量大，而相同光通量的紫外线能量比红外线的能量大得多，紫外线可以杀死病菌，改变物质的结构等。爱因斯坦确立了光的波动－粒子两重性质，并用实验所证明。

光照射在物体上会产生一系列的物理或化学效应，例如植物的光合作用，化学反应中的催化作用，人眼的感光效应，取暖时的光热效应以及光照射在光电元件上的光电效应等。光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。使用这种传感器测量其他非电量 （如转速、浊度）时，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。此种测量方法具有反应快、非接触等优点，故在非电量检测中应用较广。本章简单介绍光电效应、光电元件的结构和工作原理及特性，着重介绍光电传感器的各种应用。