传感器原理及应用光敏传感器重点.pptx

《传感器原理及应用光敏传感器重点.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理及应用光敏传感器重点.pptx（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器外光电效应及器件外光电效应:在光照射下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电子发射现象，也称光电发射效应。爱因斯坦假设：一个电子只能吸收一个光子的能量，一部分用以克服物质对电子的束缚（即表面逸出功F），一部分转化为电子的能量，且此过程必须满足能量守恒定律。若电子得到的能量全部变为电子的动能，则光电子的最大动能为：其中：F为金属逸出功，g0为产生光电发射的极限频率，g为入射光的频率，m为电子的质量=光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光的强度无关。给发射材料上放置一个电子接收板连成一个光电发射检测装置，如图所示，测定逸出电子随光的强度、频

2、率的变化情况。若入射光的频率一定或频谱成分不变时，饱和光电流I的大小与光强成正比。(光强大,光子数多)若入射光子的能量hg小于hg0即ll0时，光电流都为零。由此说明光的波长必须小于l0才能产生光电子，=极限频率g0。第1页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器外光电效应及器件光电发射二极管:将检测装置中发射电子的极板称为阴极，吸收电子的极板称为阳极，且将两者封于同一壳内，连上电极，就成为光电二极管。按光电发射二极管的原理可以分为真空光电二极管和充气光电二极管两类。真空光电二极管：第2页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器外光电效应及器件真空光电二

3、极管的伏安特性：在020V范围内,阳极电压增大,光电子达到阳极的数目也增大,阳极电流增大;当阳极电压大于20V后,几乎全部发射电子都已到达阳极,电压再增大,电流几乎不变,曲线平坦,此部分称饱和区,一般工作电压选择在饱和区,但要尽量小些。而随着光强的增加,产生的光电子数就增多,所以光电流与光强成正比。实际工作中，阳极负载电阻RL不能太大，因为电极间有杂散电容，则其充电常数=RLC；降低频响。但电阻也不能太低，一般应大于0.05欧姆，电容亦不能低于几个皮法，否则输出信号将太小。第3页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器外光电效应及器件充气光电二极管：结构与真空光电二极管类似

4、，只是管壳内充有低压惰性气体(氩气和氖气)光照射到阴极产生光电子，阳极电压使其加速，加速的电子使气体分子电离，形成更多的电子和离子，这些电子和离子又被加速，与另外的气体分子碰撞使其电离，产生更多电子，即发生了倍增效应，此外，气体电离的正离子又与阴极碰撞产生光电子，因此达到阳极的电子数目比真空二极管所产生的电子数目大很多，相当于具有一定的放大倍数，可达10倍左右。比较右图所示的伏安特性可知，充气光电二极管的灵敏度高，但其灵敏度随电压显著变化，使其稳定性和频率特性都比真空光电二极管差，所以在实际应用中应选择合适的电压。大多数金属的光谱响应都在紫外或远紫外，只适于做紫外灵敏的光电器件。对于半导体光电

5、材料,在绝对零度时,光电逸出功较小，对可见光、红外光都很灵敏。第4页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器外光电效应及器件光电倍增管：光照射到阴极上产生光电子，光电子在真空中电场的作用下被加速而投射到第一个打拿极上，一个光电子可以产生多个电子，多次被加速而激发打拿极后电子数目得到倍增。电极电位从阴极到阳极经过各个打拿极逐级升高。第5页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光电导效应器件及其应用光电导效应：光照射半导体材料时，材料吸收光子而产生电子-孔穴对，使导电性能加强，电导率增加，人们把这种光照后电导率发生变化的现象称为光电导效应。该过程在半导体材

6、料内进行的，故又称为内光电效应。光敏电阻器：光敏电阻器就是利用光敏材料的内光电效应制成的光电元件。典型结构如右图所示：第6页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光电导效应器件及其应用光敏电阻的参数及特性暗电阻R0：在全暗条件下测得的电阻值，一般超过1M,甚至高达100M;亮电阻RL：受到光照时测得的电阻值，一般在几千欧以下，此时电路中的电流叫做亮电流；亮电流与暗电流之差叫做光电流。暗电阻与亮电阻之比一般在102106之间。光电灵敏度：电压相对灵敏度Ks=在单位外加电压下入射单位光通量时所输出的光电流值：Ks=IL/(U)；积分灵敏度S积=单位光通量入射时，电阻值的相对变

7、化率：S积=(RT-RC)/(RC)光光敏敏电电阻阻的的伏伏安安特特性性第7页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光电导效应器件及其应用光光敏敏电电阻阻的的光光谱谱特特性性响响应应时时间间和和频频率率特特性性光光谱谱温温度度特特性性光光敏敏电电阻阻的的光光照照特特性性第8页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光电导效应器件及其应用光敏电阻的应用：自控照明装置第9页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光电导效应器件及其应用光敏电阻的应用：曝光定时电路第10页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特

8、效应器件光生伏特效应：早期利用光照射半导体材料的一端，在两端可以测量到电位差的光生伏特效应现象(称为丹倍效应)，制成光生伏特效应器件。目前应用较多的是利用光照PN结后，而在PN结两端产生电动势(可用作电压源)的光生伏特效应现象，制成很多光生伏特效应器件。无光照时：I=Is(eqV/kT-1)其中Is为反向饱和电流；V为PN结上的正向压降；有光照时：I=Is(eqV/kT-1)-IL其中IL为光电流；由上式可见当V=0，即PN接短路时，I=IL当PN结断路时：I=Is(eqV/kT-1)-IL=0=第11页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件主要光生伏特探

9、测器：1.结光电池光照强度与开路电压的关系：因为光照强度越大，产生的电子孔穴对越多，光电流越大，运动到PN结边界的电荷量增加，VOC增加。伏安特性(如前图)给PN结加反偏电压，可以使IL大大增加；反向工作电压是指无光照且反向电流ID0.20.3uA时，允许的最高反向工作电压，为10V左右。实验发现：无光照时反向电压下的电流为暗电流(即是反向饱和电流)，一般ID=0.1uA;在一定反向电压下，光电流IL与光强成正比，一般可达十几微安。2.PIN管3.雪崩光电二极管(PDA)第12页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件主要光生伏特探测器：4.光电三极管第13

10、页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件光生伏特效应器件的应用光敏二极管的应用；光电池的应用调节控制器光电池、蓄电池组和负载连接起来，实现充放自动控制的中间控制器。在充电电压达到蓄电池上限电压时，它能自动切断充电电路。当蓄电池电压低于下限值时，能自动切断输出电路。第14页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件光电耦合器件的应用把发光器件与光接收器件组装在同一密闭管壳内，或用一根光导纤维把两部分连接起来的器件称为光电耦合器件。第15页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件光敏三极管的

11、应用脉冲编码器：光电转速传感器：第16页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件光敏三极管的应用听指挥的红外线光控玩具汽车：第17页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器光生伏特效应器件听指挥的红外线光控玩具汽车：第18页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第19页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第20页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第21页/共42页传传感感器器原原理理及及应应

12、用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第22页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第23页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第24页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第25页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第26页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第27页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物

13、流监测系统*第28页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第29页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第30页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第31页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器管道内蓬松状物流监测系统*第32页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计 红外遥控是以红外线为载体来传送遥控命令的。红外线的波长介于红光和微波之间，0.773um=近红外区；330um为中红外区，

14、301000um为远红外区。红外线在通过云雾尘埃等充满悬浮粒子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有不易受干扰，易于产生等优点，因此被广泛用于遥控装置。红外发光二极管IR LED=Infrared Light Emitting Diode人类视觉灵敏度最高：555nm=绿光；650nm=红光降低约10%大多数红外受光在波长900nm附近灵敏度最高；第33页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外接收器件：光电二极管PIN光电二极管：与普通光电二极管相比：灵敏度高，响应速度快是目前红外遥控装置中最普遍使用的。光敏三极管：结构模型及符号第34页/

15、共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外接收器件：第35页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外接收放大电路：简单的红外接收放大电路采用复合管的红外接收放大电路第36页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外接收放大电路：由运放组成的放大电路：第37页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外接收放大电路：为了解决放大倍数与零点漂移之间的矛盾，须采用交流放大器以取得高的放大倍数，级与级之间通过电容耦合。第38页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外调制发射电路：高频光脉冲=载波；包络=调制信号；二者相组合的波形=已调波第39页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外信号的带通滤波：红外信号的解调电路：第40页/共42页传传感感器器原原理理及及应应用用第2章 光敏传感器智能红外遥控器的设计红外一体化接收头：第41页/共42页传感器原理及应用感谢您的观看！第42页/共42页