光敏电阻.pptx

光敏传感器 中科大孙孟超 光敏传感器是最常见的传感器之一 它的种类繁多 主要有 光电管 光电倍增管 光敏电阻 光敏三极管 太阳能电池 红外线传感器 紫外线传感器 光纤式光电传感器 色彩传感器 CCD和CMOS图像传感器等 光传感器是目前产量最多 应用最广的传感器之一 它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位 工作原理 光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器 它的敏感波长在可见光波长附近 包括红外线波长和紫外线波长 光传感器不只局限于对光的探测 它还可以作为探测元件组成其他传感器 对许多非电量进行检测 只要将这些非电量转换为光信号的变化即可 各种光敏传感器的原理 1 光电管 光电管原理是光电效应 一种是半导体材料类型的光电管 光电二极管又叫光敏二极管 利用半导体的光敏特性制造的光接受器件 当光照强度增加时 PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多 如果二极管反偏 则反向电流增大 因此 光电二极管的反向电流随光照的增加而上升 光电二极管是一种特殊的二极管 它工作在反向偏置状态下 常见的半导体材料有硅 锗等 如我们楼道用的光控开关 还有一种是电子管类型的光电管 它的工作原理用碱金属 如钾 钠 铯等 做成一个曲面作为阴极 另一个极为阳极 两极间加上正向电压 这样当有光照射时 碱金属产生电子 就会形成一束光电子电流 从而使两极间导通 光照消失 光电子流也消失 使两极间断开 2 光敏电阻 光敏电阻又叫光感电阻 其工作原理是基于内光电效应 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 入射光强 电阻减小 入射光弱 电阻增大 光敏电阻一般用于光的测量 光的控制和光电转换 在黑暗环境里 光敏电阻的电阻值很高 通常大于1M欧 当受到光照时 只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度 则介带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带 并在介带中产生一个带正电荷的空穴 这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目 使其电阻率变小 从而造成光敏电阻阻值下降 光照愈强 阻值愈低 入射光消失后 由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合 光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值 3 红外线传感器 1 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标 其工作原理是利用热释电效应 即在钛酸钡一类晶体的上 下表面设置电极 在上表面覆以黑色膜 若有红外线间歇地照射 其表面温度上升 T 其晶体内部的原子排列将产生变化 引起自发极化电荷 在上下电极之间产生电压 U2 红外光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器 它首先把被测量的变化转换成光信号的变化 然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号 光电传感器在一般情况下 有三部分构成 它们分为 发送器 接收器和检测电路 应用 主要应用于红外气体分析仪 红外测温仪 红外探测器 红外成像等方面 4 颜色传感器三原色的感应原理通常所看到的物体的颜色 实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光 日光 中的一部分有色成分 而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应 白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的 也就是说白光中包含着各种颜色的色光 如红R 黄Y 绿G 青V 蓝B 紫P 根据德国物理学家赫姆霍兹 的三原色理论可知 各种颜色是由不同比例的三原色 红 绿 蓝 混合而成的 TCS230识别颜色的原理由上面的三原色感应原理可知 如果知道构成各种颜色的三原色的值 就能够知道所测试物体的颜色 对于TCS230来说 当选定一个颜色滤波器时 它只允许某种特定的原色通过 阻止其它原色的通过 例如 当选择红色滤波器时 入射光中只有红色可以通过 蓝色和绿色都被阻止 这样就可以得到红色光的光强 同理 选择其它的滤波器 就可以得到蓝色光和绿色光的光强 通过这三个值 就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色 5 CMOS和CCD图像传感器CMOS和CCD图像传感器都利用了硅的光电效应原理 不同点在于像素光生电荷的读出方式 CCD是集成在半导体单晶材料上 而CMOS是集成在被称作金属氧化物的半导体材料上 CMOS光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷 电压转换 CCD曝光后光子通过像元转换为电子电荷包 电子电荷包顺序转移到共同的输出端 通过输出放大器将大小不同的电荷包转换为电压信号 应用方法 6光导纤维化学传感器 光电传感器在一般情况下 有三部分构成 它们分为 发送器 接收器和检测电路 发送器对准目标发射光束 发射的光束一般来源于半导体光源 发光二极管 LED 和激光二极管 光束不间断地发射 或者改变脉冲宽度 接收器有光电二极管或光电三极管组成 在接收器的前面 装有光学元件如透镜和光圈等 在其后面是检测电路 它能滤出有效信号和应用该信号 此外 光电传感器的结构元件中还有发