常用传感器3资料

1、第4章常用传感器4.7光电传感器光电传感器通常指对从紫外线到红外线的光能敏感并将光能转换成电信号的装置。它的工作原理是基于某些物质的光电效应。由于受光照射的物体材料不同，产生的光电效应也不同。通常，物体受光照射产生的光电效应可分为外部光电效应和内部光电效应。在光的作用下，物质中的电子逸出物体表面并向外发射的现象称为外部光电效应。当物体表面被光照射时，表面上的电子与光子碰撞，发生能量转移，将所有的能量转移给电子，增加电子的能量。如果电子的能量超过功函数，电子将从物体表面逃逸，产生光电发射。基于外部光电效应的光电器件是光电发射器件，包括光电池和光电倍增管。光电池有两种类型：真空光电池和充气光电池。

2、将球形玻璃外壳抽真空，并在内半球涂覆一层光电材料作为阴极。球形中心放置有小球形或小环形金属作为阳极。如果球充满低压惰性气体，它将变成一个充满气体的光电池。光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞，使气体电离，这可以提高光电池的灵敏度。用作光电阴极的金属包括碱金属、汞、金、银等。可以满足不同波段的需要。光电池因其灵敏度低、体积大、易破损而被固体光电器件所取代。在第四章，常用的传感器中，当光照射光电阴极时，光电阴极将光电子激发到空气中。这些光电子根据聚焦电极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射被倍增和放大。然后，被放大的电子被阳极收集作为信号输出。由于采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在检测紫外

3、、可见和近红外区域的辐射能量的光电探测器中具有很高的灵敏度和很低的噪声。此外，光电倍增管还具有响应速度快、成本低、阴极面积大的优点。它广泛应用于光子计数、极弱光检测、化学发光、生物发光研究、极低能射线检测、分光光度计、旋光仪、比色计、照度计、尘埃计、浊度计、密度计、热释光计、测辐射热计、扫描电子显微镜、生化分析仪等仪器设备。在第四章中，传感器是常用的。2.内部光电效应及其光电器件。被照明物体(通常是半导体材料)的导电性改变或产生光电动力的效应称为内部光电效应。内部光电效应根据其工作原理可分为光电导效应和光伏效应。1)光电导半导体材料在曝光时会产生电子-空穴对，这将提高它们的导电性。光线越强，阻

4、力越小。光照后电阻率变化的现象称为光电导。基于这种效应的光电器件包括光敏电阻、光电二极管和光电晶体管。(1)光敏电阻(光管):在黑暗环境中，其电阻值很高。当暴露于光并且光的辐射能量足够大时，其导带中的电子和价带中的空穴增加，电阻率降低。光致抗蚀剂常用的半导体材料是硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)。在第四章中，当光敏电阻受到光照射时，由于内部光电效应，其导电性增强，电阻RG值减小，因此流过负载电阻RL的电流及其两端的电压也发生变化。光线越强，电流越大。当照明停止时，光电效应消失，电阻恢复到原来的值，所以光信号可以转换成电信号。光敏电阻的光谱特性不同材料制成的不同光敏电阻有所不同光敏电阻主要用

5、于摄像机自动计量、室内灯光控制、工业和光电控制、光控开关、光控灯和电动玩具。因此，它不适合作为检测元件，并且在自动控制中经常被用作开关型光电传感器。第四章常见传感器光电二极管和光电晶体管：光电二极管又称光电二极管，在结构上类似于普通的半导体二极管。光电二极管在电路中处于反向偏置状态。当没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，称为暗电流。当光照射PN结时，光子撞击PN结附近，在PN结附近产生光生电子和光生空穴，从而增加PN结的反向电流。在第四章中，常用的传感器、光电晶体管有PNP型和NPN型。与光电二极管相比，它具有较高的灵敏度和放大倍数。光电晶体管的光谱特性光电晶体管有一个灵敏度最高的峰值波

6、长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度将降低。第四章：常见传感器、光电晶体管的光照特性、光电晶体管输出电流I与光照的关系。它们之间有近似的线性关系。当照度足够大(几千勒克斯)时，就会出现饱和，因此光电晶体管既可以用作线性转换元件，也可以用作开关转换元件。光敏二极管和光电晶体管主要用于光电检测和光电控制，如光电耦合器。在第四章，常用的传感器中，光电池是光电元件，在光的照射下可以直接将光转换成电动势。本质上，它是电压源。光电池有很多种，包括硒光电池、氧化亚铜光电池、硫化镉光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等等。硅光电池：最广泛使用的适用于红外波长的硒光电池：适用于可见光的砷化镓光电池：其光谱响

7、应与太阳光谱一致，并能抵抗宇宙射线。光电池的光谱特性；光伏效应是指半导体材料的pn结被照亮后，在一定方向上产生电动势的效应。第四章光伏电池的照明特性光伏电池在不同光强下可以产生不同的光电流和光生电动势。短路电流在很大范围内与光强呈线性关系。开路电压与光强呈非线性关系，当照度为2000lx时，开路电压趋于饱和。因此，当光电池用作测量元件时，它们应该用作电流源，而不是电压源。第四章中，常用传感器因其灵活多样的光电测量方法、多种可测参数、非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和快速响应，以及激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件和光纤的相继出现和成功应用，在检测和控制领域得到了广泛应用。根据其接收状态，可

8、分为模拟光电传感器和脉冲光电传感器。模拟光电传感器的光通量随测量值而变化，光电流是测量值的函数。这种光电传感器在工业上的应用可以归纳为四种基本形式：吸收型、遮蔽型、反射型和辐射型。(教科书P124)，第4章常用传感器，当带孔的圆盘旋转一次时，光敏元件输出的电脉冲数等于圆盘上的孔数。测量转速，其中n转速；F脉冲频率；N阀瓣开口数量。脉冲光电传感器的作用方式是光电元件的输出只有两种稳定状态，即“开”和“关”开关状态。第4章普通传感器，第4章普通传感器，案例：光电鼠标使用发光二极管和光电晶体管组合来测量位移。(模拟测试)，第4章普通传感器，亮度传感器：通过检测周围环境的亮度，并将其与内部设定值进行比

9、较，可以调整光源的亮度和分布，从而有效利用自然光该控制器主要由环境光检测电桥、放大器、积分器、比较器、过零检测器、锯齿波形成电路、双向晶闸管等组成。过零检测器检测50Hz电源电压的每个过零点，并控制锯齿波形成电路产生与电源电压同步的锯齿波电压，该锯齿波电压被施加到比较器的非反相输入端。在第四章，普通传感器中，由光敏电阻和电阻组成的电桥将环境光的变化转换成DC电压的变化，该变化由积分电路放大和积分，然后施加到比较器的反相输入端，其值随着环境光的变化而缓慢变化。根据两个电压的比较结果，可以从比较器的输出端获得脉宽随环境光强度变化的控制信号。控制信号的频率与商用电源频率同步，其脉冲宽度与环境光成反比

10、。通过使用该控制信号来触发三端双向可控硅开关并改变其导通角，光的亮度可以与环境光相反地改变，从而实现自动控制环境光不变的目标。在第4章，普通传感器，4.8热传感器和1。双金属温度计是由两种不同膨胀系数的金属片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀温度计，可以将温度变化转化为机械量的变化。优点：结构简单、牢固、可靠、防爆。第4章，常用传感器，2。热电偶(热电温度计)(教材P260)，1)热电效应，将两种不同材料的导体a和b串联起来形成一个闭环。当两个接头的温度不同时，回路中会产生热电势，并形成电流。这种现象被称为热电效应。在第四章中，常用的传感器，接触电动势(不同导体)(主)热电势热电电动势(同一导

11、体)，EAB(T，T0)=f(T)，回路热电势与热电极材料a和b有关，并与两个接头的温度(热端和冷端之间的温差)有关。如果确定了电极材料并且冷端温度保持恒定，此时，均匀导体定律是由均匀导体组成的闭环，无论导体的横截面积、长度和温度分布如何，它都不会产生热电动力。2)热电偶温度测量的基本定律，第4章，常用传感器，中间导体定律连接热电偶回路中第三种材料的导体，只要两端温度相等，导体的连接不会影响热电偶回路的总热电动力。第4章普通传感器中间温度定律热电偶A和B在结温t和t0时的热电势等于热电偶在结温t和t、t1和t0时的热电势之和。即：EAB(t，t0)=EAB(t，t1) EAB(t1，t0)教材

12、P263案例，第4章常用传感器，标准电极定律如果已知热电偶的两个电极a和b以及另一个电极c组成的热电偶的热电势分别为EAC(T，t0)和EBC(T，T0)，在相同的结温(。由甲、乙电极组成的热电偶的热电势EAB(T，T0)为EAB(T，T0)=EAC(T，T0)- EBC(T，T0) C，称为标准电极。铂因其物理化学性质稳定、熔点高、易于提纯而被广泛用作标准电极。标准电极法为选择热电偶电极提供了便利。3)标准化热电偶根据行业标准，热电偶可分为标准化热电偶和非标准化热电偶。第四章常用传感器标准化热电偶是指已大量生产和使用、工艺稳定、符合专业标准或国家标准并具有统一规模的热电偶。8种标准化热电偶型

13、号标记材料使用温度 S铂铑10-铂-50 1768 r铂铑13-铂-50 1768 b铂铑30-铂铑6 601820 K镍铬-镍硅-270 1372 n镍铬硅-镍硅-270 1300 e镍铬-铜铜铜)-210 1200 t铜-铜-镍当温度变化时，物质的电阻率随温度变化，热阻材料的电阻值随温度变化。利用该测量电路，可以将变化的电阻值转换成电信号输出，从而可以获得测量的温度。从敏感元件材料来看，热电阻传感器可分为两类：金属热电阻和半导体热电阻。半导体热阻也称为热敏电阻。大多数金属材料的电阻随着温度的升高而增加。然而，作为热阻，电阻的温度系数应该高并且保持恒定，并且电阻率应该高，以便减少热惯性(小部

14、件尺寸)。在使用温度范围内，材料的物理化学性能稳定，工艺性好。常用的金属热阻材料有铂、铜、镍、铟、锰、铁等。其中，铂和铜是标准热敏电阻。(教材P265)，金属热电阻传感器，在国际实用温度标准中，铂电阻温度计被用作温度范围内的标准仪器。第四章普通传感器第四章普通传感器热电阻温度计最常用的测量电路是电桥电路。为了消除导线引起的测量误差，一般采用三线连接的方法。三线法热敏电阻传感器，半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、金刚石和铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，其成分可制成球形、片状、圆柱形等。它有三种类型：负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数。大多数热敏电阻具有负温度系数，即电阻随着温度的升高而降低，灵敏度也降低，这限制了它在高温