第8章___光电式传感器.ppt

1.外光电效应 光线作用下, 使电子逸出物体表面的现象. 如:光电管、光电倍增管 2.内光电效应 光线作用下, 物体的电导性能改变的现象. 如:光敏电阻 内光电效应又可分为以下两类： (1)光电导效应 在光线作用下，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低。 光敏电阻是基于光电导效应的光电器件。 (2)光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 光电器件有光电池。 光敏二极管、光敏晶体管是基于内光电效应。 光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。 ３． 基本特性 （1） 伏安特性 在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与其两端 的电压的关系. 在一定的电压范围内, 其I-U曲线为直线，其阻 值与入射光量有关, 而与电压、电流无关。  (2)光照特性 描述光电流 I 和光照强度之间的关系， （3） 光谱特性 光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系. 亦称为光谱响应。 (4)频率特性 光敏二极管 在不受光照射时, 处于截止状态, 受光照射时, 处于导通状态。  (3)频率特性 指光敏管输出的光电流(或相对灵敏度)随频率变化的关系。 (3)频率特性 透射式的光电开关, 当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 这样起到检测作用。 反射式的光电开关, 当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。 CCD的结构及工作原理 (1)结构 由若干个电荷耦合单元组成的。 基本单元是MOS电容器. (１). CCD原理 构成CCD的基本单元是MOS电容器, MOS电容器能够存储电荷 。 光信号注入: 光信号照射到CCD硅片表面时, 形成信号电荷, 存储电荷的多少正比于照射的光强。 电信号注入: 是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样, 将信号电压或电流转换为信号电荷。  CCD输出端结构: 在负载RL上形成脉冲电流的大小与信号电荷大小成正比，并通过负载电阻RL变为信号电压U0输出。 光敏元件排列形式,分为线型和面型两种。  （1） 线型CCD图像传感器 有三种基本类型: 线转移、 帧转移和隔列转移. 线转移由行扫描发生器、 感光区和输出寄存器组成。 8.3 光 纤 传 感 器 光的全反射实验 光在光纤中的全反射 相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光束会合产生干涉效应。 激光干涉仪的干涉条纹的移动可由光电接收装置转换为电信号, 经过处理电路处理后便可测出加速度值。 （３）旋涡流量传感器 当液体或气体流经与其垂直的光纤时, 光纤受到流体涡流的作用而振动, 振动的频率与流速有关系, 测出频率便可知流速。 小结 光电器件 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 利用半导体材料的能量隙随温度几乎成线性变化。 敏感元件是一个半导体光吸收器，光纤用来传输信 号。当光源的光强度经光纤达到半导体薄片时，透 过薄片的光强受温度的调制温度T升高，材料吸收光 波长向长波移动，半导体薄片透过的光强度变化。 8.3 光纤传感器 (3) 光纤传感器 光纤温度传感器 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 利用光纤实现无接触位移测量。光源经一束多 股光纤将光信号传送至端部，并照射到被测物体 上。另一束光纤接受反射的光信号，并通过光纤 传送到光敏元件上。 被测物体与光纤间 距离变化，反射到 接受光纤上，光通 量发生变化。再通 过光电传感器检测 出距离的变化。 8.3 光纤传感器 (3) 光纤传感器 反射式光纤位移传感器 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 8.3 光纤传感器 (3) 光纤传感器 反射式光纤位移传感器 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 反射式光纤位移传感器一般是将发射和接收光纤捆绑组合在一起，组合的形式有不同， 如：半分式、 共轴式、 混合式， 混合式灵敏度高， 半分式测量范围大