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第8章 光电式传感器及其应用 8.1 光敏电阻及其应用 8.2 光敏晶体管及其应用 8.3 CCD摄像传感器及其应用 8.4 光纤传感器在通讯中的应用 小 结 4、特点 光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强（不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、可实现非接触式测量等特点 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、位移、速度、加速度等 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用潜力 （1）光电效应传感器 是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等等，这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。 （2）红外热释电探测器 主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性质发生变化或产生热电动势原理制成的一类器件。 （3）固体图像传感器 结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转换和电荷转移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管与MOS晶体管构成的将光信号变成电荷或电流信号的MOS金属氧化物半导体图像传感器。 （4）光纤传感器 它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接收解调后变成电信号。 6、光电式传感器的基本形式 由光路及电路两大部分组成 光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换 7、四种基本形式 透射式、反射式、辐射式、开关式 8.1.2 光敏电阻的应用 1. 反射式烟雾报警检测器 8.1.2 光敏电阻的应用 2. 照相机电子测光系统 8.1.2 光敏电阻的应用 3. 火焰探测报警器 3. 光敏三极管的主要参数 （1）最大功耗PM （2）最高工作电压 4. 光敏三极管的简单测试——电阻测量法 5. 光敏三极管应用举例——红外线纸张监控器 8.3 CCD固体图像传感器 电荷耦合器件（Charge Couple Device, 缩写为CCD）是一种大规模金属氧化物半导体（MOS）集成电路光电器件。 它以电荷为信号， 具有光电信号转换、 存储、 转移并读出信号电荷的功能。 1. CCD的工作原理 （1） 结构 CCD是由若干个电荷耦合单元组成的。其基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器。 它以P型（或N型）半导体为衬底，上面覆盖一层SiO2，再在SiO2表面依次沉积一层金属电极而构成MOS电容转移器件。这样一个MOS结构称为一个光敏元或一个像素。将MOS阵列加上输入、 输出结构就构成了CCD器件。 (2) 电荷存储原理 构成CCD的基本单元是MOS电容器。与其它电容器一样， MOS电容器能够存储电荷。 如果MOS电容器中的半导体是P型硅，当在金属电极上施加一个正电压Ug时，P型硅中的多数载流子（空穴）受到排斥，半导体内的少数载流子（电子）吸引到P-Si界面处来，从而在界面附近形成一个带负电荷的耗尽区， 也称表面势阱。对带负电的电子来说， 耗尽区是个势能很低的区域。 (2) 电荷存储原理 在一定的条件下，所加正电压Ug越大，耗尽层就越深，势阱所能容纳的少数载流子电荷的量就越大。 如果有光照射在硅片上， 在光子作用下，半导体硅产生了电子-空穴对，光生电子被附近的势阱所吸收，而空穴被排斥出耗尽区。势阱内所吸收的光生电子数量与入射到该势阱附近的光强成正比。 （3）电荷转移原理 CCD器件基本结构是一系列彼此非常靠近的MOS光敏元，这些光敏元使用同一半导体衬底；氧化层均匀、连续；相邻金属电极间隔极小。 任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动。 为了保证信号电荷按确定的方向和路线转移，在MOS光敏元阵列上所加的各路电压脉冲要求严格满足相位要求。 （4）电荷注入方法 （5）电荷的输出 CCD固体图像传感器的分类 线阵型CCD图像传感器 8.3.4 CCD固体图像传感器的应用 CCD固体图像传感器的应用主要在以下几方面： ·计量检测仪器：工业生产产品的尺寸、位置、表面缺陷的非接触在线检测、距离测定等。 ·光学信息处理：光学文字识别、标记识别、图形识别、传真、摄像等。 ·生产过程自动化：自动工作机械、自动售货机、自动搬运机、监视装置等。 ·军事应用：导航、跟踪、侦查(带摄像机的无人驾驶飞机、卫星侦查)。 典型应用实例 尺寸自动检测 大尺寸物体光学成像 文字及图形识别。 将线阵CCD图像传感器的自扫描输出特性和微处理器的信号处理能力结合起来可以实现文字及图形识别。 8.4　光纤传感器 光纤传感器的特点： 极高的灵敏度和精度 固有的安全性好 抗电磁干扰 高绝缘强度 耐腐蚀 集传感与传输于一体 能与数字通信系统兼容等 光