光敏传感器是将光信号转换成电信号的一类传感器，因其体积小、灵敏度高、功耗低等优点，在自动控制领域得到较为广泛的应用。

当特定波长光线照射某些物体表面时，物体收到具有一定能量光子的轰击，物体中电子吸收光子能量而发生相应的电效应，例如电导率变化、发射电子或产生电动势等，此种现象称为光电效应。

光电效应通常分为三类：

1 外光电效应——在光线的作用下，可以使电子逸出物体表面的现象。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。

2 内光电效应——在光线作用下能使物体电阻率发生变化的现象。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻等。

3 光生伏特效应——在光线的作用下，能使物体产生一定电动势的现象。基于光生伏特效应的元件有光电池、光电晶体管等。

光电管的工作原理

图1 光电管的基本工作原理图

如图1所示，在真空（或充有惰性气体）的玻璃容器内装有阴极和阳极，阴极表面涂有感光金属层，两级之间施加数百伏特的电压。在无光照的情况下，阴极阳极之间仅有极为微弱的电流流过，称为漏电流i`。当特定波长光束照射在阴极表面时，阴极表面逸出一定数量的光电子，在电场的作用下向阳极移动，形成光电流i。

光电管的阴极材料一般采用碱金属Li、K、Na等，用于紫外光区域的涂覆Hg、Au、Ag等金属材料，当入射光束的频率低于某个数值（波长高于某个数值）时，光电效应不再发生。即使增加入射光强度，也不会产生光电流。

在一定范围内，光电流的强度与入射光束的强度成正比，因此光电管可以将明暗变化的光信号转换成强弱变化的电信号，但其存在灵敏度较低的弱点，不能检测微弱光信号。

光电倍增管

光电倍增管除去阴极和阳极之外，增加了若干个倍增电极（亦称为打拿极或次级发射阴极），可以实现更高的光电转换灵敏度，光电倍增管的结构如图2所示。

打拿极的工作原理是次级电子发射，即具有一定能量的电子轰击某些金属表面时，会有更多的电子从该表面释放出来。例如每个电子激发3-6个电子，这些电子经电场加速后轰击到下一个打拿极表面，将产生更多电子，如此不断倍增，最终阳极收集到的电子数达到阴极发出光电子数目的10⁸倍以上，所以光电倍增管的灵敏度要显著高于光电管，微弱的光照就可以产生较大的输出电流。

图2 光电倍增管的原理

光电倍增管良好运行需要供电电源保持稳定、表面清洁干燥和良好的散热条件，特别注意不可以使其接受过于强烈的光照，可能会造成倍增电极的老化甚至损坏。当色谱系统使用氦气做载气时，一般需要将光电倍增管周围以氮气保护，避免氦气渗入倍增管内部，造成分析灵敏度降低或者损坏。

光电倍增管一般用于气相色谱仪的火焰光度检测器（FPD）、脉冲火焰光度检测器（PFPD）和硫化学发光检测器（SCD），用于微量有机硫和有机磷化合物的测定，可以获得极高的分析灵敏度。

光电倍增管工作时需要较高的直流电压，运行环境需要保持较低的湿度。

光电倍增管一般配合微电流放大器工作，与氢火焰离子化检测器（FID）相比，由于其漏电流相对较大，FPD检测器的噪声水平略高。

小结

光电管、光电倍增管的基本原理。

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