传感器技术CH08-1

1、1x1光源光通路光电器件测量电路光量光量电量x2输出X1被测量直接引起光源光量的变化X2被测量在光传播过程中调制光量对光量的调制方法：Photoelectric Transducer3第一部分第一部分 光源光源第二部分第二部分 光电效应光电效应第三部分第三部分 光电器件光电器件第四部分第四部分 新型光电传感器新型光电传感器第五部分第五部分 光电传感器的应用光电传感器的应用传感器技术第八章4常用光源发光器件物体辐射光白炽光源气体放电光源发光二极管激光器GaP、SiC可见光LEDGaAs红外LEDLight Source1、常用光源Common light Source传感器技术第八章5（1）发光

2、二极管LED: Light Emitting Diode特点：电致发光、体积小、功耗低、寿命长传感器技术第八章6650 nm LD（2）半导体激光二极管Semiconductor Laser Diode传感器技术第八章7传感器技术第八章m8第一部分第一部分 光源光源第二部分第二部分 光电效应光电效应第三部分第三部分 光电器件光电器件第四部分第四部分 新型光电传感器新型光电传感器第五部分第五部分 光电传感器的应用光电传感器的应用传感器技术第八章9 不同频率或波长的光具有不同的能量不同频率或波长的光具有不同的能量波动性：干涉、衍射波动性：干涉、衍射粒子性：具有一定能量的粒子粒子性：具有一定能量的粒

3、子光光以光速运动的粒子流以光速运动的粒子流波粒二象性波粒二象性Photoelectric Effect传感器技术第八章 E E 光子的能量（光子的能量（J J） h h 普朗克常数（普朗克常数（6.626.621010-34-34 JsJs） 光子频率（光子频率（s s-1 -1） c c 光速（光速（3 310108 8 m/sm/s） 光子波长（光子波长（m m）E = h= h c /10 金属金属金属氧化物金属氧化物光照光照 电子逸出物体表面电子逸出物体表面1、外光电效应电子吸收光子能量电子吸收光子能量克服物质的束缚，电子逸出功克服物质的束缚，电子逸出功转化为逸出电子的动能转化为逸出电

4、子的动能Outer Photoelectric Effect传感器技术第八章 h = 1/2m v h = 1/2m v2 2 + A + A m m 电子的质量（电子的质量（9.19.11010-31-31 kg kg） v v 电子发射时的速度（电子发射时的速度（msms-1 -1） A A 电子逸出功（电子逸出功（J J）111 1、对于一定的金属材料，任何频率的入射光、对于一定的金属材料，任何频率的入射光 都会产生外光电效应吗？都会产生外光电效应吗？2 2、入射光强越大，意味着什么现象越强？、入射光强越大，意味着什么现象越强？3 3、为什么基于外光电效应的光电器件都有、为什么基于外光电

5、效应的光电器件都有 一个负的截止电压？一个负的截止电压？传感器技术第八章 h = 1/2m v h = 1/2m v2 2 + A + A m m 电子的质量（电子的质量（9.19.11010-31-31 kg kg） v v 电子发射时的速度（电子发射时的速度（msms-1 -1） A A 电子逸出功（电子逸出功（J J）122、内光电效应E电子能量导带价带禁带h光生电子-空穴对光电导效应光电导效应光生伏特效应光生伏特效应内光电效应内光电效应光照 半导体 电子在物体内部运动Inner Photoelectric Effect传感器技术第八章载流子数目增多、电导率变大载流子数目增多、电导率变大

6、条件：条件：入射光能量大于半导体材料的禁带宽度入射光能量大于半导体材料的禁带宽度（1）光电导效应 Photoconductive Effect在光照下，使半导体在光照下，使半导体产生一定方向电动势产生一定方向电动势的现象。的现象。（2）光生伏特效应Photovoltaic Effect光照传感器技术第八章14第一部分第一部分 光源光源第二部分第二部分 光电效应光电效应第三部分第三部分 光电器件光电器件第四部分第四部分 新型光电传感器新型光电传感器第五部分第五部分 光电传感器的应用光电传感器的应用传感器技术第八章15Photoelectric Devices1、光电管Phototube传感器技术

7、第八章162、光电倍增管入射光K阴极第一倍增极第二倍增极第三倍增极第四倍增极A阳极光电倍增极：12 - 14级Photomultiplier传感器技术第八章173、光敏电阻电极光电导微安表无光照时电极光电导微安表有光照时光梳状电极光电导梳状电极CdS光电导透光窗口外壳绝缘基体玻璃支柱引脚AAPhoto-resistor传感器技术第八章184、光敏二极管提高光电转换能力： 面积大、浅结的PN结型衬底N结PN型P扩散层保护层2SiO光敏面 铝电极管芯结构入射光玻璃透镜管壳引脚管芯光敏二极管电路PNLRPhotodiode传感器技术第八章5、光敏三极管种类：NPN、PNP电极：通常2个，无基极结构：

8、基区面积大 发射区面积小放大：两个PN结PNN2SiO入射光光敏三极管的芯片结构基区发射区光敏三极管的电路PNNecPhototransistor传感器技术第八章206、光电池电压源：将光量转变为电动势硒光电池硅光电池光半透明金属膜硒半导体金属底盘（1）硒光电池（2）硅光电池光梳状电极抗反射膜型层N结PN型硅层P金属下电极Photocell传感器技术第八章21第一部分第一部分 光源光源第二部分第二部分 光电效应光电效应第三部分第三部分 光电器件光电器件第四部分第四部分 新型光电传感器新型光电传感器第五部分第五部分 光电传感器的应用光电传感器的应用传感器技术第八章22四、新型光电传感器线阵光位置

9、传感器New type photoelectric transducer1、光位置传感器Photo positioning sensorNP12SPD: Silicon Photo Diode1R2R1X2X1I2I传感器技术第八章121221xxRRII23测量距离：基于光学三角测量原理信号采集电路微处理器发射电路输出电路激光发射器透镜组E目标物体窗口范围距离上限距离下限发射电路传感器技术第八章传感器技术第八章激光三角测量原理 无接触测量技术无接触测量技术 光源光源 反射光反射光 光电检测器光电检测器 测距原理：测距原理： 距离距离夹角夹角位置位置激光二极管漫反射被测物体光学系统反射镜PSD

10、或CCD光电检测器位移Ld1d2激光传感器1D 激光传感器2传感器技术第八章26传感器技术第八章轮对内距检测27面阵光位置传感器二维面阵光位置传感器abab0 xy传感器技术第八章282、高速光电二极管PIN-PD：光电转换效率高漂移时间小响应速度高High speed photodiode传感器技术第八章29APD雪崩式光电二极管高掺杂浓度的P+层响应时间极短碰撞电离二次电子发射雪崩倍增，灵敏度高Avalanche photodiode传感器技术第八章30传感器技术第八章313、色敏光电传感器结构1电极2电极3电极绝缘层PPN等效电路2VD1VD123浅结：对紫外光有较高灵敏度深结：对红外光

11、有较高灵敏度Color photoelectric transducer传感器技术第八章32短路电流比与入射光波长的关系)(nm入射光波长12/ II短路电流比2VD1VD123)(nm入射光波长%相对灵敏度2VD1VD传感器技术第八章33短路电流比检测电路A1A2A31R2R3R4R对数二极管色敏传感器传感器技术第八章)/log()log(log1212IICIICUOUTOUTV344、光电开关发射接收放大振荡同步积分显示电源延时驱动输出被检物DUGLPhotoelectric switch传感器技术第八章35（1）对射式光电开关围墙监护警戒库房卫士安全警戒传感器技术第八章36门窗防盗控制

12、自动扶梯自动启停汽车喷涂控制烟雾报警传感器技术第八章37鉴别不同高度物体高度判别缺件剔除料位控制传感器技术第八章38高低电压隔离数据传输通道传感器技术第八章39（2）扩散反射式光电开关裂缝检测行程控制传感器技术第八章40产品计数液位检测检测有无盖料位控制传感器技术第八章41料径控制带材对中控制缺料检测传感器技术第八章42 电气化铁路拉出值检测转速监测超速或滞速判别传感器技术第八章43（3）镜面反射式光电开关透明玻璃瓶检测长度控制传感器技术第八章升、降弓时间检测（4）光幕传感器自动装配机的侵入检测机器人工作区安全检测车库门车辆通过检测上料机和卸料机的侵入检测传感器技术第八章45传感器技术第八章4

13、6第一部分第一部分 光源光源第二部分第二部分 光电效应光电效应第三部分第三部分 光电器件光电器件第四部分第四部分 新型光电传感器新型光电传感器第五部分第五部分 光电传感器的应用光电传感器的应用传感器技术第八章例1：路灯自动控制器 天黑：BG1导通，J 动作，路灯亮；天亮：光电池电动势，BG1截止，J 释放，路灯灭。例2：光电转距测量仪1光栅盘2光栅盘弹性扭转轴光源电池硅太阳路电测检M光栅盘：有机玻璃，数量相等的黑色条纹无转矩作用：光栅盘1透光部位对准光栅盘2的黑色部分，无信号有转距作用：扭转，光栅盘间有角度，透光窗口，与转矩成正比 传感器技术第八章49例3：太阳能电池电源系统 阻塞二极管蓄电池

14、组发电装置：单体太阳能电池太阳电池组件阵列调节控制器：充放电自动控制阻塞二极管：避免蓄电池对太阳电池放电传感器技术第八章50例4：太阳能自动跟踪控制器接收装置结构 太阳能接收器传动机构电机控制电路1B2B3B4BB1、B3安装在控制电路外壳的同一侧B2、B4安装在控制电路外壳的另一侧传感器技术第八章511VD2VD3VD4001IN4001IN4001IN1B2B3B4B1C2C1K2KM1VT2VT3C4C1R2R3R4R90139013k10k10u100u100k100k100k270k2701RP2RP358LM11K12KVV 12V12312356712381IC1ICu2.2B1、B3受光照：3电位增大，K1工作，3、1闭合 5电位减小，K2不工作，3、2闭合，M正转B2、B4受光照：M反转面向太阳：两侧光照相同，K1、K2同时工作，M停止52例5：条形码扫描笔扫描笔光敏三极管发光二极管条形码卡片条形码扫描方向光电扫描笔脉冲列OUTU传感器技术第八章53条形码扫描笔 产品 传感器技术第八章54例6：戒烟缸555IC1R2R1VD1CESV6k47k100u10弹烟灰：显示“吸烟有害健康”传感器技术第八章55例7：大米分选机电路控制驱动器器大放气源废弃箱光源探头光传感器杂质滑槽背景板光箱气动电磁阀振动机大米及杂质在光照下，发出不同光信号传感器