Фотоэлектрические датчики

Принцип действия фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) основан на использовании фотоэлектрического эффекта, т.е. они реагируют на изменение светового потока.

В зависимости от поведения электронов, высвобождающихся под действием светового потока, различают следующие фотоэлементы: с внешним фотоэффектом; с внутренним фотоэффектом, с запирающим слоем.

Фотоэлемент с внешним фотоэффектом (рис. 25 а, с.3) представляет собой вакуумную двухэлектродную лампу. Катод 1 имеет светочувствительный слой (цезий или сплав сурьмы с цезием), анод 2 выполнен в виде кольца или пластины. Под действием световой энергии с поверхности катода выбиваются электроны. Внутри лампа заполнена газом - аргоном, который ионизируется под ударами летящих электронов и увеличивает за счет своих ионов величину протекающего через лампу тока.

Достоинства:

высокая чувствительность;

высокая температурная стабильность;

линейная зависимость фототока от интенсивности светового потока.

Недостатки:

повышенное напряжение питания;

хрупкость стеклянного баллона;

старение (уменьшение чувствительности при очень сильной освещенности)

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы). Представлен на рис. 25 б с.3. Представляет собой стеклянную пластину с нанесенным на нее полупроводниковым слоем (селен, талий висмут, кадмий или свинец). К этому слою (1) прикреплены электроды (2). При появлении освещения на пластине, через фоторезистор начинает протекать электрический ток, значение которого пропорционально интенсивности освещения.

Достоинства:

высокая чувствительность ;

не требуется вспомогательного источника тока;

удобная форма;

Недостатки:

влияние окружающей температуры

большая инерционность;

старение.

Вентильные преобразователи (рис. 25 в, с.3). Под действием светового потока свободные электроны изменяют свою энергию, но остаются в веществе. Изготавливают селеновые и меднозакисные фотоэлементы.

Селеновые фотоэлементы состоят из четырех слоев: первый слой представляет собой тонкую пластину золота, второй слой – запирающий, третий слой селеновый, 4 слой – стальная пластина. Второй слой, обладая детекторным свойством, пропускает электроны, выделившиеся из первого слоя, и препятствуют прохождению электронов в противоположную сторону. Таким образом, электроны из освещенного слоя переходят в неосвещенный, что создает разность потенциалов (U_вых).