第3章传感器讲述.pptVIP

4.集成温度传感器 晶体管是半导体器件，其电流放大倍数随温度而变化。将热敏晶体管和外围电路集成在一个芯片上构成集成温度传感器。可直接输出电压、电流或数字信号。 特点：体积小、反应快、线性好、价格便宜，后接电路简单。测温范围为-50~150℃。 5．红外温度传感器 由于分子的热运动，温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都在不停地向周围辐射包括红外波段在内的电磁波。辐射能量的大小与该物体的温度关系符合普朗克（Plank）定律。 红外温度传感器顶部开有窗口。被测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在受热片上，受热片上有多只串联的热电偶。每只热电偶的热端在受热片的中央部位围成一圈，焊接在一起，从引线就可以得到所有电偶的热电势之和。 1）红外辐射体温计 红外辐射体温计是通过光学组件将人体表面发射和反射的能量汇集到传感器上，传感器将此能量转换成电信号，经过放大处理，然后根据人体表面的温度与体温的关系得到人体的实际体温信号。在人流密度大的公共场合，常用其快速检测人体温度。 2）红外成像仪 红外成像仪是采用面式测温方式，通过红外探器对物体整个表面的热辐射进行探测，将物体热辐射的功率信号转换成电信号，经过处理就可以得到与物体表面热分布相应的温度分布信号，即温度场。通过热图像技术，给出热辐射体的温度值及温度场分布图，并转换成可见的热像图。 3.2.7 光电式传感器 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 1．外光电效应 在光照作用下，物体内的电子从物体表面逸出的现象称为外光电效应。光电效应可以把光信号转变成电信号，光电管就是利用光电效应的一种传感器。 光电管可以用在自动控制的机械中，由光照控制电路的接通和断开。如热金属检测器就是基于光电管实现的一种红外开关。其工作原理是透镜将红外线辐射传送到红外检测器，当辐射量达到触发点时，电子开关输出线路就被触发。红外开关特别适合于轧钢厂、焦炉、锻压铸造等恶劣的环境中使用。 2．光电导效应 光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。即光电导效应是光照射到某些物体上后，引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。基于这种效应工作器件有光敏电阻（光电导型）和反向工作的光敏二极管、光敏三极管（光电导结型）。 1）光敏电阻 是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。光敏电阻的材料主要是金属硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体即梳状欧姆电极，然后封装在具有透光镜的密封壳体内。在黑暗中，光敏电阻的阻值很高，受到光照时，由光子激发产生的电子-空穴对使其导电能力增强，光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，阻值恢复原值。 2）光敏二极管 无光照时，光敏二极管截止，只有很小的饱和反向漏电流，即暗电流。当光线照射PN结时，PN结中产生电子-空穴对，使少数载流子的密度增加。 3）光敏三极管 光敏三极管的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。光敏三极管的基极管通常不引出，有些光敏三极管的基极有引出，是用于温度补偿和附加控制等作用。 4）图像传感器 CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合器件)与CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体）传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据。 (a ) CCD (b) CMOS 3．光生伏特效应 光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 1）光电池 光电池的工作原理就是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大面积的PN结，能将光能转化为电能。有的光电池能将可见光转化为直流电；有的光电池能将红外光和紫外光转化为直流电；有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。 2）照度计 照度计是专门测量光照强度(照度)的仪表。照度