《微电子光电传感器》PPT课件.ppt

四、光位置传感器,面阵光位置传感器,线阵光位置传感器,五、色敏光电传感器,浅结：对紫外光有较高灵敏度 深结：对红外光有较高灵敏度,不同的光敏二极管的光谱响应范围不同。,短路电流比与 入射光波长的关系,I1,I2,不同波长对应的I2 /I1 之比不同,I1,I2,I1,I2,IG,IR,IB,通过对这三个单色敏器件的输出比进行比较，可以判断出12种以上的各种中间的颜色。,滤色片,透明电极,玻璃,非晶体硅光电池,背电极,集成色敏传感器,1、CCD的结构和基本原理,MOS电容器件 + 输入输出端 = CCD,六、图像传感器,耗尽区：电极加正偏压，排斥空穴，无空穴的区域 偏压越大，耗尽区越深,电荷包：少数载流子（电子）吸引到最高正偏压电极下,势阱：加偏压后在金属电极下形成的深耗尽层， 阱内存储少子,电荷（少子）注入方法：光注入、电注入、热注入,电荷（少子）定向转移, 三相控制方式,经过一个时钟脉冲 周期，电荷从前一 级的一个电极下， 转移到下一级的同号 电极下。 电荷定向转移,2、线阵CCD图像传感器,光积分：光照感光单元、光生电子-空穴对（光电子） 积累光电荷：与光照强度、光积分时间成正比,电荷转移：转移栅高电位 电子通道 梳状电极高低，CCD电极高电位流向,定向输出：转移栅高低，梳状电极低高 CCD加时钟脉冲，串行输出, 重复进行，相继的行输出，读出电荷图形,（2）双行结构,3、线阵CCD图像传感器的应用, 透镜焦距,4、面阵CCD图像传感器, 在 x、y 两个方向上都能实现电子自扫描,组成：感光区、信号存储区、输出转移部分,七、红外传感器, 探测人体,1、热释电效应概念,晶 体,+ + + + +,_ _ _ _ _,热释电体,某些晶体由于温度变化会在其两个对表面产生数量相同，符号相反的表面束缚电荷的现象。,热释电效应：,_ _ _ _ _,+ + + + +,热释电效应的特点：,热释电流的大小由温度变化的快慢决定， 而不由温度的高低决定。,热释电流I,金属电极,束缚电荷,自由电荷,如果温度不变，回路中的电流将为零。,回路中的电流的大小取决于表面束缚电荷变化的快慢。,红外热辐射,回路中电流是由自由电荷释放和补充过程形成的,有输出,无输出,晶 体,+ + +,_ _ _,热释电效应的特点：,热释电流的大小由温度变化的快慢决定， 而不由温度的高低决定。,需要机械斩波器使恒定的红外辐 射变成周期性变化的红外辐射。,斩波器,热释电 传感器,红外辐射,压电陶瓷,2、热释电红外传感器的结构,结型场效应管： 阻抗变换,3、热释电红外传感器的信号检出,热释电红外传感器的视野特性,探测人体用的热释电红外传感器主要技术指标 ：,4、热释电红外探测模块,N型,5、典型应用,光纤：光导纤维,光通信，光传输,八、光纤传感器,光纤传感器技术,光纤应用,1 光纤传感器基础,光纤的结构,纤芯： 、掺杂（ ） 高光折射率、 直径 5 75 um,包层： 、掺杂（ ） 低光折射率、100 200um,2、光纤波导原理,临界角,全反射,3、光纤传感器基本原理及类型,组成：光纤、光源、光探测器,被测量,强度调制型光纤传感器,被测量,损耗,吸收损耗：光能热能，对不同波长光的吸收率不同,散射损耗：光纤材料不均匀、几何尺寸缺陷 瑞利散射、光纤弯曲,（1）吸收特性的强度调制,射线辐射引起光纤内部产生缺陷，吸收损耗增加,（2）微弯损耗光强调制,模态理论：垂直于光纤轴线的应力使光纤弯曲时，传输 光部分折射到光纤包层中，不产生全反射， 纤芯中光强发生变化。,测量外界力：重力、应力、加速度等,全反射条件遭到破坏， 部分光线输出光纤， 产生损耗,温度 光纤 长度,参考光纤,测量光纤,干涉条纹数量发生变化,（1）光纤温度传感器,光源,位相调制型光纤传感器,湿度 光纤长度,参考光纤,吸湿涂层,干涉条纹数量发生变化,（2）光纤湿度传感器,光源,磁场 光纤 长度,参考光纤,磁致伸缩薄膜,干涉条纹数量发生变化,（3）光纤磁场强度传感器 光纤强电流传感器,光源,电流强度 光纤 长度,电场 光纤 长度,参考光纤,电致伸缩薄膜,干涉条纹数量发生变化,（4）光纤电场强度传感器 光纤高电压传感器,光源,电压 光纤 长度,光纤电流传感器 光纤电压传感器,国际国内受到高度重视的新型传感器,霍尔传感器,磁滞回线,平台,位相调制型光纤传感器,强度调制型光纤传感器,被测量,光纤的作用： 敏感元件 传输通道,光纤图像传感器,传像束：光纤规则排列、每条光纤传送一个像元信息,（1）工业用内窥镜,传输型光纤传感器,（3）光纤位移传感器,光纤液位传感器,特点：灵敏度高、结构简单、体积小、抗电磁干