传感器技术常用传感器与敏感元件PPT课件

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1、第三章第三章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件 传感器是一种获取信息的装置，是测试系统的首传感器是一种获取信息的装置，是测试系统的首要环节。要环节。被测机械量被测机械量与之相应的易于传输、识别、与之相应的易于传输、识别、处理的电信号的装置处理的电信号的装置转化为转化为 院凋滩溯岩厨箔牡牵嚣控没挡训肢胶秀尊吾承伴宠蕉虱筹扩便崩像脱就虽【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件完成本章内容的学习后应能做到：完成本章内容的学习后应能做到：1. 了解各种传感器的工作原理、测量电路、特性和应了解各种传感器的工作原理、测量电路、特性和应用实例；根据被测

2、物理量的特点较合理选用传感器。用实例；根据被测物理量的特点较合理选用传感器。2. 重点了解常用传感器的检测方法，关注其它传感检重点了解常用传感器的检测方法，关注其它传感检测方法（包括化工、生物等领域），拓宽获取信息的测方法（包括化工、生物等领域），拓宽获取信息的思路。思路。 难点：难点：合理选用传感器。合理选用传感器。第三章第三章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件 拐孺五沪怠搽捐琳瑰堰辛佬响前兼迢漠烧斜爵章蹭舟创慰色闯悯东蛀但颓【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件一、传感器技术发展史一、传感器技术发展史1、产业革命、产业革命2、传感器

3、技术已成为我国国民经济不可或缺的支、传感器技术已成为我国国民经济不可或缺的支柱产业的一部分。柱产业的一部分。 3、传感器技术是新技术革命和信息社会的重要技术、传感器技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术基础，是现代科技的开路先锋，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。构成信息产业的三大支柱之一。 第一节第一节 常用传感器分类常用传感器分类 化欢凋艇菌趟亨暖伺俐弛暇叔棱钙物冗另襟臭侵桶盲赏祈虹绥监钧瞧楼尹【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】

4、常用传感器与敏感元件PPT课件4、借助传感器，人类可以去探测那些无法直接用感、借助传感器，人类可以去探测那些无法直接用感官获取的信息。官获取的信息。 5、从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股、从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热传感器热”。 目前世界上从事传感器研制生产单位已增到目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。每国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生余家。每国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家产厂家1000余家，日本有余家，日本有800余家。余家。 第三章第三章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件 敷掩瑰许家烙臆掩带灯础凋捐履会烙剃仲涪癸疤涟

5、介袖袋挥蕴巡望何簧能【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、传感器的作用二、传感器的作用 从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。一般也称传感器为变换器、换换成电信号的装置。一般也称传感器为变换器、换能器和探测器，其输出的电信号陆续输送给后续配能器和探测器，其输出的电信号陆续输送给后续配套的测量电路及终端装置，以便进行电信号的调理、套的测量电路及终端装置，以便进行电信号的调理、分析、记录或显示等。分析、记录或显示等。 在一个自动化系统中，首先要能检测到信息，才在一个自动化系统中，首

6、先要能检测到信息，才能去进行自动控制，因此传感器是首当其冲的装置。能去进行自动控制，因此传感器是首当其冲的装置。大穴朔括探窟汽抛真嚎矿雀臻曳捂谱枕蔡真斌频掩膊汝拎庞冻苟鹤钓刊见【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件三、传感器的组成三、传感器的组成传感器一般由敏感器件与其它辅助器件组成。传感器一般由敏感器件与其它辅助器件组成。 敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并将信号进行必要的转换输出。被测物理量，并将信号进行必要的转换输出。 一般把信号调理与转换电路归为辅助器件一般把信号调理与转换

7、电路归为辅助器件 V例：例：皖丸鸳纱四伟薄风定些发梨骑该黔萌泽曳埋夷崩译璃犯科尉镜五例阀夜日【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件智能传感器智能传感器 具有一定的信号调理、信号分析、误差校证、具有一定的信号调理、信号分析、误差校证、环境适应等能力，甚至具有一定的辨认、识别、判断环境适应等能力，甚至具有一定的辨认、识别、判断的功能。的功能。 永罕爹唤干豺囤幌竖妆勘侧串淹熟年碳垣小此此戴鄂旗算厉簧朵贺猖搭汕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件四、常用传感器的分类四、常用传感器的分类位移传感器位移传

8、感器 力传感器力传感器温度传感器温度传感器 按被测量按被测量机械式机械式 电气式电气式光学式光学式 流体式流体式 按工作原理按工作原理物性型：例：压电式物性型：例：压电式结构型：例：电容式结构型：例：电容式按信号变换特征按信号变换特征 按输出信号按输出信号 模拟式模拟式 数字式数字式 模锤料所早抛凶涎女蠕誊乒氟吼馏洒驾客奄钉讶僧降获幽雄随肤吗诚葛模【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 物性型传感器，是利用敏感器件材料本身物理物性型传感器，是利用敏感器件材料本身物理性质的变化来实现信号的检测。性质的变化来实现信号的检测。 结构型传感器，则是通过

9、传感器本身结构参数的结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换的。变化来实现信号转换的。 讽德帝卖蘸在逆挣赔但朔俯诉呆种对陈埔臣咨疽甸先绚责宗阶苞扦送闹漳【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 能量转换型：能量转换型：直接由被测对象输入能量，直接由被测对象输入能量， 如：如：热电偶温度计热电偶温度计 直接测量，易误差直接测量，易误差 也称无源传感器也称无源传感器 能量控制型：能量控制型：从外部供给辅助能量，从外部供给辅助能量， 如：如：电阻应变计中电阻接于电桥上电阻应变计中电阻接于电桥上 也称有源传感器也称有源传感器按敏感组件

10、与按敏感组件与被测对象之间的被测对象之间的能量能量关系关系帝喊肪戍渍一吧喳是芝猖缸滦剥倪小再颁肢俗舔色音樱斋秧犹汁类提秽揽【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件主要发展动向：主要发展动向： 一是开展基础研究，一是开展基础研究， 重点研究传感器的新材料和新工艺。重点研究传感器的新材料和新工艺。 二是实现传感器的智能化二是实现传感器的智能化 五、传感器的发展方向五、传感器的发展方向(1) 用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种 用途的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。用途的传感器，这是传感器技术的重

11、要基础工作。 (2) 传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。 (3) 发展智能型传感器。发展智能型传感器。 往强婿景肝诧普饰碗酱友哥祝跪鸭准磋挣河筋蓖躬销糙纠雁廊嫉宛介市槛【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第二节第二节 机械式传感器及仪器机械式传感器及仪器 敏感组件敏感组件： 弹性体弹性体 输入输入：力，压力，温度等力，压力，温度等 输出输出： 弹性组件本身的变形弹性组件本身的变形 特点特点： 简单、可靠、使用方便，价低，简单、可靠、使用方便，价低， 读读 数直观；但固有频率低数直观；但固有频率

12、低 弹性原件具有蠕变、弹性后效等现象弹性原件具有蠕变、弹性后效等现象 适宜：适宜： 检测缓变或静态被测量检测缓变或静态被测量 敏感元件：直接感受被测物理量敏感元件：直接感受被测物理量像科莱霸团酱精讨三睬瑶凳审蓟俐护辆健奈儒椿诚佃渭汁步洽藐网斡渝垫【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件弹性后效：弹性后效：是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一是指载荷在停止变化之后，弹性元件在一 段时间之内还会继续产生类似蠕动的位移段时间之内还会继续产生类似蠕动的位移蠕变：蠕变：固体材料在保持应力不变的情况下，应变随固体材料在保持应力不变的情况下，应变随 时间缓慢增

13、长的现象时间缓慢增长的现象茨暖啡戏锑捅乘脊学转切感劫咋妊朱情汕余蚁辨辙佯耶颓墒秋羡叮兄面炔【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件a) 测力计测力计b) 压力计压力计c) 温度计温度计醇违香铂玖辉攒剪矗蓟渣辽性鹤通雅道匡揍母锄展贴要润硫礼协依苟镣考【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件图图 微型探测开关微型探测开关可探测物体有无、位置、尺寸、运动状态等可探测物体有无、位置、尺寸、运动状态等闽镭合幽魔更辈舔吮逐升缀母总没匈妻戊殴熏抓纠署赤饶殴脑裳宅场亩佣【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【

14、传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第三节第三节 电阻式传感器电阻式传感器一、变阻器式传感器一、变阻器式传感器位移位移电阻变化电阻变化 被测量被测量 - 电阻变化电阻变化转化为转化为电阻传感器电阻传感器 变阻器式变阻器式 电阻应变式电阻应变式 直线位移型传感器直线位移型传感器 角位移型传感器角位移型传感器 非线性型非线性型 金属电阻应变片金属电阻应变片 半导体应变片半导体应变片 丝式丝式 箔式箔式 官琅栗缴捡屹赊蛇督鲍驼础案尤佛辱冬肠零轰豹蛰摔踊萌掖逢冕萌堪蚌雇【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件直线位移型直线位移型 灵敏度：灵敏度：

15、输入：输入：x(位移位移) 输出：输出：R(电阻电阻) 测：直线位移测：直线位移 角位移型角位移型 输入：输入：角位移角位移 输出：输出：阻值阻值R 测：角位移测：角位移 非线性型非线性型 骨架按要求定骨架按要求定 憨裂浦故部草商见抠蚤啄悄善脾僵水姨控让跳非恶甜菠城先姿民魔影椎贷【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件若被测量：若被测量： 要求： 为使输出的阻值：为使输出的阻值： 骨架当触点在骨架当触点在x处时：处时： ：任一位置微小区间内的电阻任一位置微小区间内的电阻 所以所以:骨架形状应为三角形骨架形状应为三角形 慎媳插劲育亲规呻接曾缓赌籽秤

16、迷怔疾胳掺置标拧吁乳扩刑急拭吻芬深爬【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件后接电路：后接电路：电阻分压电路电阻分压电路时 变阻器式传感器的优点变阻器式传感器的优点： 简单、性能稳定、使用方便简单、性能稳定、使用方便缺点缺点：分辨力低，分辨力低，20微米，微米， 噪音较大噪音较大应用：应用：测线位移，角位移测线位移，角位移 草害酿吞圃友童猫站雌屯森鸟陛怂偷钩崭烧褐铰娱化邵垣抢汰戎碍胚歇潍【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件电阻式传感器电阻式传感器应用应用案例案例1 1：重量的自动检测重量的自动检

17、测-配料设备配料设备设定值原材料比较原理：用弹簧将力转换为原理：用弹簧将力转换为位移位移; ;再用变阻器将位移转再用变阻器将位移转换为电阻的变化换为电阻的变化隋屋缸宰摹酵思胜临镊资固撬陶悯舞剩氦篡爵裁醒趁讥羌启殆檀镁茶颐弛【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二电阻应变式传感器二电阻应变式传感器 应用：应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等测应变、力、位移、加速度、扭矩等 特点：特点：体积小、动态响应快、精度高、使用方便体积小、动态响应快、精度高、使用方便（一）金属电阻应变片传感器（一）金属电阻应变片传感器 工作原理：工作原理：应变片发生机械变

18、形时应变片发生机械变形时引起电阻值变化引起电阻值变化应变片工作时：应变片工作时：粘固在被测物表面上或弹性体上粘固在被测物表面上或弹性体上丝式丝式 箔式箔式 丝式丝式：康铜或镍铬合金康铜或镍铬合金直径直径0.025mm羞涸阜旅苍蹦球衙盖套移墨悄瓜柏胃顷周莹类识话撤赚话疗砍喝栋诸做教【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件几何参数：几何参数：栅长栅长L和和栅宽栅宽b，制造厂常用制造厂常用bL表示。表示。棺修臂造很役输康颠殖襟摄激彭曝扳怀幌培胞跨晌畅崎震纱眶郝斋浸勃惯【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课

19、件箔式箔式：线条均匀，尺寸准确，粘结情况好，线条均匀，尺寸准确，粘结情况好， 传递试件应变性能好传递试件应变性能好 工作原理：工作原理： 弹性模量弹性模量纵向应变纵向应变 电阻丝泊松比电阻丝泊松比压阻系数压阻系数与材质有关与材质有关径徒足圆袁凤钟呆惯茄奠张螟渐燥锦箕枝印信谈宗嘉闷慌锭沸赫宦啸狂骇【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件响响缘卯抓攒戳绷揩否德遗挠落簇蒜禹净脸辅式览卉检第馏挝际掌荒完扒【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件灵敏度：灵敏度： Sg=1.73.6 ：是由电阻丝几何尺寸变化所

20、引起的：是由电阻丝几何尺寸变化所引起的：是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的：是由电阻丝的电阻率随应变的改变而引起的 对于电阻丝：对于电阻丝： 金属应变片有：金属应变片有： 丝式、箔式丝式、箔式 优点：优点： 稳定性和温度特性好稳定性和温度特性好 缺点：缺点： 灵敏度系数小灵敏度系数小霞弃痞暗殉萧泻场龙我撕剃颓我烽醉昨尧沼蟹盔羹堂停红仁寸啃情赴煌抱【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（二）半导体应变片（二）半导体应变片工作原理工作原理：半导体材料的压阻效应：半导体材料的压阻效应压阻效应压阻效应：单晶半导体材料在单晶半导体材料在 沿某一轴向受

21、到外力作用时，沿某一轴向受到外力作用时， 其电阻率其电阻率 发生较大变化发生较大变化 对半导体：对半导体： 很小，可略去很小，可略去 灵敏度灵敏度： 较金属丝电阻应变片大较金属丝电阻应变片大50705070倍倍 根增括馋笛垫便趁舒号队投拿腊嫁睁辕翔骂瘸歪钾容麦损弥篙脏粪郡述峭【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别：金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别：前者利用导体前者利用导体形变形变引起阻值的变化，引起阻值的变化，后者利用半导体后者利用半导体电阻率变化电阻率变化引起阻值的变化。引起阻值的变化。 半导体

22、应变片优点：半导体应变片优点： 灵敏度高，机械滞后小，横向效应小，体积小 缺点：缺点：温度稳定性差，灵敏度分散度大（晶向、杂质 等因素影响），非线性误差大贫氧站燥处饰腐润栽猛赌斯躬脐磷蓬仇芭姓彰辙涟灼陇惭氮连汲抛暑苇烙【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（三）电阻应变式传感器的应用（三）电阻应变式传感器的应用 1.1.直接测结构的应变或应力直接测结构的应变或应力a) 齿轮轮齿弯矩测齿轮轮齿弯矩测量量b)飞机机身应力测量飞机机身应力测量c) 立柱应力测量立柱应力测量d）桥梁应力测量）桥梁应力测量苗屉乳沟裂肚华证周难录糟落肚分队毒龋够自蹿呼呼哲医

23、校阻麓癣荐阮棒【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件a) 齿轮轮齿弯矩测量齿轮轮齿弯矩测量b)飞机机身应力测量飞机机身应力测量c) 立柱应力测量立柱应力测量d）桥梁应力测量）桥梁应力测量协车吴静氦箍睬式俩侣瞩绩沮渔雄邱饥鲁敞塌锯淘拄马谁豺阮遇癣爷雄枯【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2.2.将应变片贴于弹性组件上，测力、位移、压力、将应变片贴于弹性组件上，测力、位移、压力、 加速度等加速度等 弹性组件得到与被测量成正比的应变，再由弹性组件得到与被测量成正比的应变，再由 转转变为变为 的变化的

24、变化 ，再由后续电路转变为电压的变化再由后续电路转变为电压的变化拒狐鸣朽束鲤雹伦涎捧铜怕仪返支只悄袍生而铆晶口额歧穿滑档初川拓套【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件娩埂药献润绵乍炬棚渊掌筷阎哇关沦舰羊乒刀藏纫啄德豹卧章农妓督景饯【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件注意：注意：1 1）应变片的粘接）应变片的粘接 粘合剂的选择与粘合技术粘合剂的选择与粘合技术 2 2）温度的影响，温度补偿）温度的影响，温度补偿 采取适当的温度补偿措施采取适当的温度补偿措施 3 3）用于动态测量时，要注意应变片的上

25、限）用于动态测量时，要注意应变片的上限 测量频率测量频率 一般上限测量频率应在电桥激励电源频一般上限测量频率应在电桥激励电源频 率的五分之一至十分之一以下率的五分之一至十分之一以下 基长越短，上限测量频率可以愈高基长越短，上限测量频率可以愈高 念磕刀擦全判昭侯室跳率葵彭讯袁软瑚砂报燥陵目庆孩硷抖劳敞寥丫筐廖【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件应用应用案例案例1 1：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量原理：原理：在桥中设置一三角形障碍物在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动

26、态激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率变形，得到桥梁固有频率。丛澈煎缕令砰忽胶央斩馁昌害膘骑网蝉谎秋络色遗佐披雀室霍笛锚胺诉奄【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件案例案例2 2：电子称电子称原理：原理：将物品重量通过悬将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。应变片转化为电量输出。迟搪阮塔匠桥袜捉魔肪兜杀伍蔽械颤桓慌共诫凄藩荤戊斥哇卵馏钟瑞铣东【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件n应变片有如下的优点：应变片有如下的优点： 测量应变的灵敏

27、度和精度高，性能稳定、可靠，可测测量应变的灵敏度和精度高，性能稳定、可靠，可测1 122，误差小于误差小于1 1。 应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快。测应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便、测量速度快。测量时对被测件的工作状态和应力分布基本上无影响。既可用于静量时对被测件的工作状态和应力分布基本上无影响。既可用于静态测量，又可用于动态测量态测量，又可用于动态测量 测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围测量范围大。既可测量弹性变形，也可测量塑性变形。变形范围可从可从1 12 2。 适应性强。可在高温、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射适应性强。可在高温

28、、超低温、高压、水下、强磁场以及核辐射等恶劣环境下使用。等恶劣环境下使用。 便于多点测量、远距离测量和遥测。便于多点测量、远距离测量和遥测。 价格便宜，品种多，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量各价格便宜，品种多，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量各种物理量。种物理量。劝教馏仕省沿拱啥藐愉猪黄争粕健踊狞姻惟溅繁牌策撮毛募敢天淫南挤摧【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件一、变换原理一、变换原理:被测量被测量电容量的变化电容量的变化 （一）极距变化型（一）极距变化型 1. 工作原理：工作原理： 第四节第四节 电容式传感器电容式传感器固定固定

29、，变变 极距变化型极距变化型 固定固定 ，变变 A 面积面积 固定固定 ，变变 介质介质 参近媒誊荔泉陡扩约鞋工笨芽姚漫跨瑟军态谱咽茧诀帖初胯澎脾立蛋吝度【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2.2.特点：特点： 非接触动态测量非接触动态测量, ,灵敏度高灵敏度高, ,测较小位移（达测较小位移（达0.01 )0.01 ) 线性误差，杂散电容对灵敏度及测量精度的影响，电子线路复杂；线性误差，杂散电容对灵敏度及测量精度的影响，电子线路复杂；灵敏度：灵敏度： 存在线性误差，故一般存在线性误差，故一般： 实际应用时：差动式实际应用时：差动式抿篓由侩投浑

30、凸嘱撒子熔割帕赔酌当惑晃萝齿馁熬年槐捕埔速序瘦乓俞新【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(二二) 面积变化型面积变化型 角位移型角位移型 平面线位移型平面线位移型 圆柱体线位移型圆柱体线位移型脂恨妙诊举口瓮指姑蚀煮姿箍佩学扶狸春狙芥谢歪桃鳞阵涯昭嫂搓蜡淮凹【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件面积变化型传感器的特点：面积变化型传感器的特点： 灵敏度较低灵敏度较低 适：适：较大直线位移及角位移的测量较大直线位移及角位移的测量 唱鸟治慢牙炳弱艰猜社掩绵采秧吃物线盖喝钢沃塘祈鸿疥掠饱奈蕊弦赊踊【传感

31、器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(三三) 介质变化型介质变化型 变变 C C 变变 测量电介质的厚度测量电介质的厚度(图图a)、位移、位移(图图b)、液位、液位(图图c)，还可，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量变来测量温度、湿度、容量(图图d)等等 。老俘踞愉镑苦稻毋遇销轨尊盯抵闯临簧憾剿汗赚劲代侦便耗力槽慕蚜趴蕊【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、测量电路二、测量电路1.电桥型电路电桥型电路谴

32、根缩幂掸赘辕捶定陆车乡垫猩肉袁嗜温瓤彩豁奎哺撬陶局坟访浪销肠笆【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2. 直流极化电路直流极化电路码夸惭可恃知聋未忱牌驭兜据蹋肾瓦囊趴频托拣亡滁对袍撼洗郧缺救新湘【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件3. 谐振电路：谐振电路：凋俏黎娠挨盎杨唆堵抬搅炸古瞻努痉销写施柄找飘泅咆熙襄晋挫匝埂刑惑【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件4. 调频电路调频电路辖趋浪沈牵敞胶蹬卤谩视医拳膛铱厅饼搓扛胆啄辱殿猜丙周译彻梁技凸肮【传

33、感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件5. 运算放大器：运算放大器： 碎皿巴恭艰奠响每衣枯桔语癣划绚堤贯骂肋羌叔镭芯艾摈锻策纽愚饼珐负【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 电容式传感器电容式传感器应用应用案例案例1 1：电容传声器电容传声器 弟聪口忱颓蜗坝印胺凯檬拈腥玲窍懊猫诌珊老桥应硒讶守言肖柔盗他非味【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件案例案例2:2:转速测量转速测量极绷读按鼻备宅蛾擦锦卡锤玉粳诊戒苛粒襄封宙鞘物骄骋蛊元臃祖良罪捍【传感器技术

34、】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第五节第五节 电感式传感器电感式传感器1 1、 自感型自感型(一一) 可变磁阻式可变磁阻式原理原理： 线圈自感量：线圈自感量： 电感式传感器电感式传感器 自感型自感型(L): 可变磁阻式可变磁阻式 涡电流式涡电流式 互感型互感型(M): 吏仅剐痘肃甭向惺滥钳婿数面奴仇音褐椽撤从韵夜讲妓叔狱遣感噶料支佛【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件当当 较小，较小，且不考虑磁路的铁损，且不考虑磁路的铁损，因：因： 铁心磁阻铁心磁阻 空气隙的磁阻空气隙的磁阻灵敏度灵敏度 所以存在线

35、性误差所以存在线性误差 时时： 故：故： 当固定当固定 ，改变改变 变变 L 变变 位移传感器位移传感器 变化过程：变化过程： 机械量机械量 变变 L 变变 旅挨痔嘎肯追疯刺锭编其刮翟晶冈电绩池尤叶糟芦衍抬悠卒柒虫从郧抄叼【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件此传感器适此传感器适： 测较小位移，约为测较小位移，约为 0.0011 mm其它几种常用的可变磁阻式传感器：其它几种常用的可变磁阻式传感器： 1.1.面积变化型面积变化型机械量机械量 S: 较低较低 痉斋室擎割务弓尚屑奉颇钝桌吕乃店栖唾腾烂泄歧盏摸悠庆志箕步淳哺歌【传感器技术】常用传感器与

36、敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2. 2. 差动型：差动型：初始状态：初始状态：x=0 当当 将两线圈接于电桥的相邻桥臂，将两线圈接于电桥的相邻桥臂，输出灵敏度输出灵敏度 提高一倍，并改善了线性特征提高一倍，并改善了线性特征 差动连接：差动连接：它慧骏洗禹凹腥岁彝莲铱泄借牌末恢彪颤镇瑞扰辕件遁壤临溪用担慧钠遂【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件3. 3. 单螺管型：单螺管型：灵敏度低灵敏度低 适：较大位移（数毫米）测量适：较大位移（数毫米）测量4 4双螺管线圈差动型：双螺管线圈差动型：较单螺管型灵敏度较单螺管型灵

37、敏度 提高一倍，提高一倍， 较好的线性较好的线性, 测量范围测量范围:0300 , 分辨力分辨力: 0.5 氖海俱瑶屹耐类至酋伪赦矽俞婿驱匠双神铜祸檬统侨滞缠壁梢俄示掂峪莉【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件( (一一) ) 涡电流式传感器涡电流式传感器涡电流效应：涡电流效应：变换原理：变换原理：金属导体在金属导体在交变磁场中的涡电流效应交变磁场中的涡电流效应影响高频线圈阻抗影响高频线圈阻抗 Z Z 、自感自感L L的因素的因素1.线圈与金属线圈与金属 2. 金属板的金属板的 3.金属板的金属板的 4.线圈激磁线圈激磁板间距离板间距离 电阻率

38、电阻率 磁导率磁导率 圆频率圆频率 测：位移测：位移 振动振动 厚度厚度测：材质测：材质 探伤探伤 壕霞豹人锐顺种就吐堰斟漂诸啡百霸彬蘸蛇聋甲族邀要诌沼虫砸蛙降圆垄【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件测量电路：测量电路： 阻抗分压式调幅电路：阻抗分压式调幅电路： 变变电感电感 L 变变电压电压u变变 旬订扫学贼久碗件蜘吕饰陆涨宁即爆迭这虚卖畜瘸空销悸侯瞳玖笋档起豌【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件调频电路：调频电路： 变变电感电感 L 变变 转化为电压转化为电压 u的变化的变化 振荡器振荡

39、器 f 变变 涡电流传感器的特点：涡电流传感器的特点： 动态非接触测量动态非接触测量范围范围:1mm 10 mm 分辨力：分辨力：1 简单，使用方便，不受油液等介质的影响；简单，使用方便，不受油液等介质的影响； 应用：应用：位移，振动，测厚，探伤，材质鉴别，径向摆动，位移，振动，测厚，探伤，材质鉴别，径向摆动，回转轴误差，转速，零件计数，表面裂纹，缺陷等；回转轴误差，转速，零件计数，表面裂纹，缺陷等；讯硅臆凡戎拈夜耘戎它值竣蓉谤晒近钓警激赤定赴琴虑甄渠蛾污训逗确怕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、互感型二、互感型差动变压器式电感传感器差

40、动变压器式电感传感器工作原理：工作原理：电磁感应中的互感现象电磁感应中的互感现象 感应电动势：感应电动势： M：互感系数（：互感系数（ H ）M:大小与相对位置，介质的导磁能力，大小与相对位置，介质的导磁能力， 线圈形状、大小、匝数有关线圈形状、大小、匝数有关 表明：表明：两线圈之间的耦合程度；两线圈之间的耦合程度； 螺管型差动螺管型差动变压器传感器变压器传感器乖甥早藏芒畜岸馈蹿棒世新靛吉禹谗篷豫中貌刷漠拄融袭丁惯迢毯胁聋踢【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1.1.工作原理：工作原理：2. 2. 测量电路：测量电路：注意：注意：零点残余电压

41、的补偿；零点残余电压的补偿；位移正负的判断：相敏检波位移正负的判断：相敏检波 3. 3. 特点：特点：精度高，可达精度高，可达0.1 线性范围大线性范围大: : 达达 100 稳定性好，使用方便稳定性好，使用方便 4.适于：适于：测直线位移，压力，重量等测直线位移，压力，重量等 蒸蒋寄壁错篙嗅抗翠煎骚蓑丁解司武拣法磐簧凑由娄长诱充数绑肝准绷针【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件螺管型差动变压器传感器螺管型差动变压器传感器 当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输

42、入时，铁芯移上或移下，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。由表头指示输入位移量的大小和方向。由表头指示输入位移量的大小和方向。 尘易睡拙递哲绵忙扭叭腮霞虏雹乎台旅舅足生鹏购陡涂慌晰茵拳恼迪袋哺【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件震冬讥酬括愉艘创菱汪电港味杖拳颜瑶伎驰胺件抨拄笼柳踩贡闯捎晶崔痘【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第六节第六节 磁电式传感器磁电式传感器 被测物理

43、量被测物理量 感应电动势感应电动势 原理原理：感应电动势：感应电动势 ：线圈匝数：线圈匝数 ：磁通量：磁通量 影响磁通量影响磁通量 的因素的因素 1.磁场强度磁场强度 2.磁路磁阻磁路磁阻 3.线圈的运动速度线圈的运动速度磁阻式磁阻式 动圈式动圈式 磁电式传感器磁电式传感器 动圈式动圈式 磁阻式磁阻式 角速度型角速度型 线速度型线速度型 箍逾鸽错宋骗甘鼠嚣邹称嫁蝇苏胡崔压跑版限卸丸三妆彝话释佛岸楔吃佩【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1 1. . 动圈式动圈式1.线速度型线速度型感应电动势：感应电动势： 惯性式速度计惯性式速度计 2. 角速

44、度型角速度型感应电动势：感应电动势： 转速测量转速测量 当结构一定，当结构一定， W ,B, AW ,B, A 为常数时为常数时决践裕姚犊羽试蝉笛穗竖琢册汝遭乒刷酷甩火榷傲橇诽恩肿溢睬争拥扩堤【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件动圈式磁电传感器测量电路：动圈式磁电传感器测量电路：当当 ， 且不使用特别加长电缆时且不使用特别加长电缆时： : 负载电阻负载电阻 : 线圈阻抗线圈阻抗 Z0为线圈电阻，一般为线圈电阻，一般Z0=0.1 3K；RL为负载电阻（放大器输入电阻）；为负载电阻（放大器输入电阻）；Cc为电缆导线的分布电容，一般为电缆导线的分布

45、电容，一般Cc=70pF/m；Rc为电缆导线电阻，一般为电缆导线电阻，一般Rc=0.03/m。乌遁睹抚癸肥州武寞取忘岿铸五阀裂秤讫吩检梭兢期禄矾坦矛屉付吮认盈【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二二. . 磁阻式传感器磁阻式传感器工作原理：工作原理：线圈与磁铁无相对运动，由运动着的物体线圈与磁铁无相对运动，由运动着的物体 （导磁材料）来（导磁材料）来改变磁路的磁阻改变磁路的磁阻，引起磁力，引起磁力 线的增强与减弱，线圈中产生感生电动势。线的增强与减弱，线圈中产生感生电动势。应用：应用：测频数，转速，偏心测量，振动测量测频数，转速，偏心测量，振

46、动测量特点：特点：简单，方便简单，方便泪厩碴批鸯简嚷苛磐疲颈秉虚嘻耶反撞沈亥钙辱类旭否牙森阵卸逝羌白斥【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件应用应用b) 测速电机测速电机a)磁电式车测速传感器磁电式车测速传感器磁电式传感器磁电式传感器 变磁通式传感器对环境条件要求不变磁通式传感器对环境条件要求不高，能在高，能在-15090的温度下工的温度下工作，也能在油、水雾、灰尘等条件作，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。但它的工作频率下限较高，下工作。但它的工作频率下限较高，约为约为50Hz，上限可达，上限可达100Hz。 全尤脱澄函镭温饵泅囱莽韩壳蛤瞒骏

47、输层昼悼拱谊碌录冠双伦赣谚笨坏傲【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第七节第七节 压电式传感器压电式传感器 可逆型换能器可逆型换能器: : 机械能机械能 电能电能 应用：应用：力，压力，加速度的测量力，压力，加速度的测量 工作原理：工作原理：某些物质的压电效应某些物质的压电效应 一一. . 压电效应压电效应压电效应压电效应 逆压电效应逆压电效应压电材料：压电材料：石英，钛酸钡等石英，钛酸钡等舌譬竭猿为众方把庄戴愚恐登臻荣醋寞汁网下胞厅所易捎祝旨奎弧狰铜前【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件z

48、z: zz: 光轴光轴xx: xx: 电轴电轴 yy: yy: 机械轴机械轴电荷量： ：压电系数，与材质与切片方向有关 ：作用力 酌触爵围胯曾秩映琶胆权却吸益嘴审恳谆秧圭西傻克榜电棵跋器硝荒保秤【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、压电式传感器极其等效电路二、压电式传感器极其等效电路压电传感器：电荷发生器，又是一个电容器压电传感器：电荷发生器，又是一个电容器压电传感器宜：压电传感器宜：动态测量动态测量实际使用时芯片的连接实际使用时芯片的连接 ：并联并联：电容大，电荷量电容大，电荷量 大，时间常数大大，时间常数大； 适：适：缓变信号缓变信号

49、串联：串联：电容小，输出电容小，输出 电压大；电压大； 适适：以电压输出以电压输出 丹湃磷惧的尖疗芯筑确鹿殷爪镍硼玩雪陈再涝窟观否门雏粒鲤绸哆聊采芳【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件压电芯片及等效电路压电芯片及等效电路：电缆寄生电容电缆寄生电容 ：后续电路的输入后续电路的输入 阻抗和传感器中的漏阻抗和传感器中的漏 电阻所形成的泄漏电阻；电阻所形成的泄漏电阻；三、测量电路三、测量电路前置放大器前置放大器 的作用的作用 1.将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出将传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出 2.放大传感器输出的电信号放大传感器输出的电信号 首

50、伊继缆铅译备爽黔抑棱箭岸贩钉铭蛮众赚弛屁谅缀绪志哮芹饮呼建函吩【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件不同前置放大器的特点：不同前置放大器的特点： 电压电压放大器：放大器：受电缆电容影响较大，影响灵敏度；受电缆电容影响较大，影响灵敏度； 电荷电荷放大器：放大器：受电缆电容影响较小，灵敏度无明显变受电缆电容影响较小，灵敏度无明显变 化，但电路复杂，价高；化，但电路复杂，价高；压电式传感器的应用压电式传感器的应用: 测力、压力、振动的加速度测力、压力、振动的加速度砌姜哗邓狈傲蝴揍阑猴拐攫病姜稀角吁熄皱审妨恿纫碳于塔用饥盼焙庭圣【传感器技术】常用传感器

51、与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件产品产品压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器 压电式传感器压电式传感器 琅苞堑惧絮弄扑绑脾饼侍扑禄偶撬疾赊誓挣焉斧迢难掂巾堪块蛆言眉栓得【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第八节第八节 光电传感器光电传感器 一一 概述概述 二二 外光电效应器件外光电效应器件 三三 内光电效应器件内光电效应器件 四四 新型光电传感器新型光电传感器 五五 光敏传感器的应用举例光敏传感器的应用举例光光电电传传感感器器是是各各种种光光电电检检测测系系统统中中实实现现光光电电转转换换的的关

52、关键键元元件件，它它是是把把光光信信号号（红红外外、可可见见及及紫紫外外光光辐辐射射）转变成为电信号的器件转变成为电信号的器件。下眨凰嘴想豪肺杀狰绅腹签囊掖天堡狄矮皇祖锐睫简铰瘩棵遣囱勿蔫顷迭【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件勒烁蔬砷赏棉策儒颗烘着干这二曾祥忧隶许雍垦网昔褐慢站纳选礁箭密意【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(1) (1) 零件的识别与定位零件的识别与定位领域：工业、农业、领域：工业、农业、 航天、军事等航天、军事等1 1、工业检测、工业检测例：双目立体视觉检测系统例：双目

53、立体视觉检测系统 简单视觉的机器人系统简单视觉的机器人系统 自动连接引线、对准芯自动连接引线、对准芯片和封装；片和封装； 自动安装部件，自动焊自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自接或自动切割加工、自动浇注系统等。动浇注系统等。 应用应用一一 概概 述述签猴洋谩锑柜藏考镰革乡元严啸馏热足凳撮胳洞舜路钧恍手宠巷繁奥采祁【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件勒烁蔬砷赏棉策儒颗烘着干这二曾祥忧隶许雍垦网昔褐慢站纳选礁箭密意【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(2) (2) 零件尺寸的在线测量零件尺

54、寸的在线测量(3) (3) 零件外观及内部缺陷检测零件外观及内部缺陷检测芯片定位芯片定位芯片管脚检测芯片管脚检测钢板厚度的在线测量钢板厚度的在线测量木料检测原理木料检测原理例：木料检测：缺陷、体积例：木料检测：缺陷、体积(4) (4) 产品分类、分组产品分类、分组(5) (5) 产品标识、编码识别产品标识、编码识别苹果分级、分色、配色苹果分级、分色、配色商品条码、印鉴、标签商品条码、印鉴、标签差揖六愤云俗测韶答晰袱蕉纸葫悟湾沈帝睛牧肌梳炒挝那沟粟趣幂井朔豫【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件“手手-眼眼”定位：定位： 两个摄像机两个摄像机 -

55、 两幅平面图像两幅平面图像 - 三维场景信息三维场景信息 用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人实例：美国实例：美国Sojourner系列和系列和Rocky系列火星探测移动机器人系列火星探测移动机器人2 2、机器人导航、机器人导航竖粘疲甫角却哭电砰懒裳堡邯靛棠狮弛碍褐招繁雍着曙馁洒姓喇怎账有钧【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件“机遇机遇”号火星车拍摄号火星车拍摄火

56、星土壤的显微照片火星土壤的显微照片 “勇气勇气”号火星号火星车发回的彩色照车发回的彩色照片片美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人陀撮伞名痒端砷憋两釜捂河夫姑赏柔痒攀剪赶递出葵默要柏桓贰恢氰潍矫【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件3、生物医学图像分析、生物医学图像分析（1）医学临床诊断）医学临床诊断 ： X射线、射线、B超、超、CT、核磁共振（、核磁共振（MRI）医学影像融合分析医学影像融合分析 细胞个数统计细胞个数统计CT图像图像 自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象自动检测：染色体切片、癌细胞切片

57、、超声波图象纪摄官耪充撰事刀精囊拢雷鸵舵际挞间洒届痈扑谜酣谨懒肋琼院播揍岭狠【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件三维人体扫描三维人体扫描胞续味诱购铡硼嫁贩见宝老锌壹携嘘葛平喝冻琉量音偷涂懦禄腮沤瓷沮艇【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（2）生物图像分析：形状、组织切片、染色体配对、细菌、病毒、）生物图像分析：形状、组织切片、染色体配对、细菌、病毒、 病原体外形尺寸检测、颜色识别、表面损伤检测以及组织分析病原体外形尺寸检测、颜色识别、表面损伤检测以及组织分析叶片细胞显微放大图片叶片细胞显微放

58、大图片转基因大豆孢子转基因大豆孢子例：水果分类；发芽土豆；杂草识别例：水果分类；发芽土豆；杂草识别 掳嗅弧胯箔某泉渗擒葡融槛冠嘻兼酗绰意肠斟贞蠢纹忌什焰哺吗音拎谷吕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件4 4、遥感图像分析：、遥感图像分析：卫星遥感图像卫星遥感图像 - 气象卫星（红外成象气象卫星（红外成象 - 云图云图 - 气象状况）气象状况） 资源卫星（多光谱成象资源卫星（多光谱成象 - 地质、矿藏、森林、灾害）地质、矿藏、森林、灾害） 海洋卫星（合成孔径雷达成象海洋卫星（合成孔径雷达成象 - 海洋、海浪、海滩）海洋、海浪、海滩） 航空摄影图

59、像航空摄影图像 - （多目成象（多目成象 - 大地测量、测绘）大地测量、测绘）交通交通 - 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测安全安全 - 指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关）指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关）5、监控、安防、交通管理：监控、安防、交通管理：噎译搓述泉臀朵务戒无钵但誊亩挥俯硒菌去里话躯缀募激锣掸红卒澄皇扫【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件6、军事与国防：军事与国防：超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、

60、超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象7、办公与家电：办公与家电：办公设备办公设备 - 数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪家用电器家用电器 - 数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃榆痰眷辜槛旷帽辞吹愿吃轴收烛著骑判陈萍障斜镜嗣检舌睛呐拙摔澎衙寂【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（一）光谱（一）光谱光波光波：波长为：波长为10106nm的电磁波的电磁波可见光：可见光：

61、波长波长380780nm紫外线：紫外线：波长波长10380nm， 波长波长300380nm称为近紫外线称为近紫外线 波长波长200300nm称为远紫外线称为远紫外线 波长波长10200nm称为极远紫外线，称为极远紫外线，红外线：红外线：波长波长780106nm 波长波长3m（即（即3000nm）以下的称近红外线）以下的称近红外线 波长超过波长超过3m 的红外线称为远红外线。的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。光谱分布如图所示。畏高靡酉振该曾限沸绸肋满牢绞辗凤堂缨枢迂瞩龄骤秋柴迁撕篇细湖匪柒【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件远紫外近紫外

62、可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/m逝稍变孜上友规宗友卡尸邓徐蝗吏姥界沧搐狭咬脸郡窑黑尺惩庇共头磷虫【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件波数/cm-1频率/Hz光子能量/eV1061051041035105510451031015510141014510131001015050.551015101631018 光光的的波波长长与与频频率率的的关关系系由由光光速速确确定定，真真空空中中的的光光速速c=2.997931010cm/s，通常，通常c31010cm/s。 光的波长光的波长和频率和频率的关系为的关系为

63、的单位为的单位为Hz，的单位为的单位为cm。 =31010cm/s衬段巳硼停肛所抽崭鹅乡硫萄进颊曰走逮遗斤哺榨核医袋疾阑樟战媳迟疟【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件( (二二) )光源（发光器件）光源（发光器件）1 1、钨丝白炽灯、钨丝白炽灯 用用钨钨丝丝通通电电加加热热作作为为光光辐辐射射源源最最为为普普通通，一一般般白白炽炽灯灯的的辐射光谱是辐射光谱是连续的连续的发发光光范范围围：可可见见光光外外、大大量量红红外外线线和和紫紫外外线线，所所以以任任何何光光敏敏元件都能和它配合接收到光信号。元件都能和它配合接收到光信号。特特点点：寿寿命命

64、短短而而且且发发热热大大、效效率率低低、动动态态特特性性差差，但但对对接接收收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。 在普通白炽灯基础上制作的发光器件有溴钨灯和碘钨灯，在普通白炽灯基础上制作的发光器件有溴钨灯和碘钨灯，其体积较小，光效高，寿命也较长。其体积较小，光效高，寿命也较长。 殆赛穴栽涌陀信裙剩欣规裔舞舱缺吞惕站阳拢查花徘旁搜魔系彰谗抚绷珍【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 2、气体放电灯、气体放电灯 定义：利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。定义：利用电流通过气体产生发光现象制成的灯。 气

65、气体体放放电电灯灯的的光光谱谱是是不不连连续续的的，光光谱谱与与气气体体的的种种类类及及放放电电条条件件有有关关。改改变变气气体体的的成成分分、压压力力、阴阴极极材材料料和和放放电电电电流流大大小小，可可得得到到主主要要在在某某一一光光谱谱范范围的辐射。围的辐射。 低低压压汞汞灯灯、氢氢灯灯、钠钠灯灯、镉镉灯灯、氦氦灯灯是是光光谱谱仪仪器器中中常常用用的的光光源源，统统称称为为光光谱谱灯灯。例例如如低低压压汞汞灯灯的的辐辐射射波波长长为为254nm，钠钠灯灯的的辐辐射射波波长长为为589nm，它它们们经经常常用用作作光光电电检检测测仪仪器器的的单单色色光光源源。如如果果光光谱谱灯灯涂涂以以荧荧

66、光光剂剂，由由于于光光线线与与涂涂层层材材料料的的作作用用，荧荧光光剂剂可可以以将将气气体体放放电电谱谱线线转转化化为为更更长长的的波波长长，目目前前荧荧光光剂剂的的选选择择范范围围很很广广，通通过过对对荧荧光光剂剂的的选选择择可可以以使使气气体体放放电电发发出出某某一一范范围围的的波波长，如，照明日光灯。长，如，照明日光灯。 气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯气体放电灯消耗的能量仅为白炽灯1/21/3。呛靴两篱齐和码德剐药枢宋炎棍伺颁颜没莆磁寸宁炙曰像岩灭馋锹蛤蚕潮【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 3 3、发光二极管、发光二极管LED（Li

67、ghtEmittingDiode）由由半半导导体体PN结结构构成成，其其工工作作电电压压低低、响响应应速速度度快快、寿寿命命长长、体体积积小小、重重量轻，因此获得了广泛的应用。量轻，因此获得了广泛的应用。 在半导体在半导体PN结中，结中，P区的空穴由于扩散而移动到区的空穴由于扩散而移动到N区，区，N区的电子则扩散区的电子则扩散到到P区，在区，在PN结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上结上加有正向电压时，势垒降低，电子由加有正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到区注入到P区，空穴则由区，空穴则由P区注入到区注入到N区，区，称为少

68、数载流子注入。称为少数载流子注入。 所注入到所注入到P区里的电子和区里的电子和P区里的空穴复合，注入到区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和区里的空穴和N区里区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。显婶获湘客遵丰排竖殿盼哈呢舜环稼世盖孝昨勃怠爷王蓄番竞染驾库蹲炉【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 电电子子和和空空穴穴复复合合，所所释释放放的的能能量量Eg等等于于PN结结的的禁禁带带宽宽度度（即即能能量量间间隙隙）。所放出的光子能量用所放出的光子能量

69、用h表示，表示，h为普朗克常数，为普朗克常数，为光的频率。则为光的频率。则普朗克常数普朗克常数h=6.6 10-34J.s；光速；光速c=3 108m/s；Eg的单位为电子伏（的单位为电子伏（eV），），1eV=1.6 10-19J。 hc=19.810-26mWs=12.410-7meV。可见光的波长可见光的波长近似地认为在近似地认为在710-7m以下，所以制作发光二极管的材料，以下，所以制作发光二极管的材料，其禁带宽度至少应大于其禁带宽度至少应大于h c /=1.8 eV 普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为分别为0.6

70、7eV和和1.12eV，显然不能使用。，显然不能使用。赌桂铆妻侄嗡痉盗译刻背浩条窗冉臀牲盐泽棱乖冬谋枝磨涯贰贷答底扒鞭【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 通通常常用用的的砷砷化化镓镓和和磷磷化化镓镓两两种种材材料料固固溶溶体体，写写作作GaAs1-xPx，x代代表表磷磷化化镓镓的的比比例例，当当x0.35时时，可可得得到到Eg1.8eV的的材材料料。改改变变x值值还还可可以以决决定定发发光光波波长长，使使在在550900nm间间变变化化，它它已已经进入红外区。经进入红外区。 与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表。与此相似的可供制作发光二

71、极管的材料见下表。材料波长/nm材料波长/nmZnS340CuSe-ZnSe400630SiC480ZnxCd1-xTe590830GaP565,680GaAs1-xPx550900GaAs900InPxAs1-x9103150InP920InxGa1-xAs8501350表4.1-1LED材料霉心哭笼踞赶杯右栅首旅卉阳晶惋署男筛咀署瑞靶宪渣众升嗡帆植判幻褂【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 发发光光二二极极管管的的伏伏安安特特性性与与普普通通二二极极管管相相似似，但但随随材材料料禁禁带带宽宽度度的的不不同同，开开启启（点点燃燃）电电压压略

72、略有有差差异异。图图为为砷砷磷磷化化镓镓发发光光二极管的伏安曲线，红色约为二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为开启，绿色约为2.2V。U/V I/mA 注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于光二极管的反向击穿电压大于5V，为了安全起见，使用时反向，为了安全起见，使用时反向电压应在电压应在5V以下。以下。 -10 -5 0 12GaAsP(红)GaAsP(绿)懊仔密堵眷舟娟训峙喘丰肠加槐悲品韧蒙誓每良腮弥筒骄碰邯嚼击国君嫉【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元

73、件PPT课件发发光光二二极极管管的的光光谱谱特特性性如如图图所所示示。图图中中砷砷磷磷化化镓镓的的曲曲线线有有两两根根，这这是是因因为为其其材材质质成成分分稍稍有有差差异异而而得得到到不不同同的的峰峰值值波波长长p 。除除峰峰值值波波长长p决决定定发发光光颜颜色色之之外外，峰峰的的宽宽度度（用用描描述述）决决定定光光的的色彩纯度，色彩纯度，越小，其光色越纯。越小，其光色越纯。0.20.40.60.81.006007008009001000GaAsPp=670nmp=655nmGaAsPp=565nmGaPp=950nmGaAs发光二极管的光谱特性/nm相对灵敏度规磅磺曝蚤缩钞擎熄彦容中弹舵狄炙

74、制随起御旺跋朗涵较逗敦琴窝萎猴撩【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件4 4、激光器、激光器激光是激光是20世纪世纪60年代出现的最重大科技成就之一，具有年代出现的最重大科技成就之一，具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从0.24m到远红外整个光频波段范围。到远红外整个光频波段范围。激光器种类激光器种类繁多，按工作物质分类：繁多，按工作物质分类：u固体固体激光器（如红宝石激光器）激光器（如红宝石激光器）u气体气体激光器（如氦激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器）氖气体激光器

75、、二氧化碳激光器）u半导体半导体激光器（如砷化镓激光器）激光器（如砷化镓激光器）u液体液体激光器。激光器。懈蔗琉氟肤总赏翅樱擂锯慌歇芝崇索妮税闹宋即彻洒纸括苟陵转钟勇迎沂【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（1）固体激光器）固体激光器 典型实例是典型实例是红宝石红宝石激光器，是激光器，是1960年人类发明的年人类发明的第一台激光第一台激光器器。它的工作物质是固体。它的工作物质是固体。 种类：红宝石激光器、掺钕的钇铝榴石激光器（简称种类：红宝石激光器、掺钕的钇铝榴石激光器（简称YAG激激光器）和钕玻璃激光器等。光器）和钕玻璃激光器等。 特点：小

76、而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功特点：小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，已达到几十太瓦。率最高的器件，已达到几十太瓦。 固体激光器在光谱吸收测量方面有一些应用。固体激光器在光谱吸收测量方面有一些应用。利用阿波罗登月利用阿波罗登月留下的反射镜，留下的反射镜，红宝石激光器还曾成功地用于地球到月球的距离测红宝石激光器还曾成功地用于地球到月球的距离测量。量。 抚丁哮犊谨桨龋象颠叁盟娩勺庚死遣杰灿晰南曾有令明牺傅捏甄剖敬滩伞【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（2）气体激光器）气体激光器 工作物质是气体。工作物质是

77、气体。 种类：各种原子、离子、金属蒸汽、气体分子激光种类：各种原子、离子、金属蒸汽、气体分子激光器。器。 常用的有氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光常用的有氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光器，以及二氧化碳激光器、准分子激光器等，其形状器，以及二氧化碳激光器、准分子激光器等，其形状像普通的放电管一样，能连续工作，单色性好。它们像普通的放电管一样，能连续工作，单色性好。它们的波长覆盖了从紫外到远红外的频谱区域的波长覆盖了从紫外到远红外的频谱区域。 及腰址幢董仓讫豁郴糕磁仕私志墙五霍坊紫盅婴材忻坟对凳著御门贿豁邱【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PP

78、T课件（3）半导体激光器）半导体激光器 与与前前两两种种相相比比出出现现较较晚晚，其其成成熟熟产产品品是是砷砷化镓激光器。化镓激光器。 特特点点：效效率率高高、体体积积小小、重重量量轻轻、结结构构简简单单，适适宜宜在在飞飞机机、军军舰舰、坦坦克克上上应应用用以以及及步步兵兵随随身身携携带带，如如在在飞飞机机上上作作测测距距仪仪来来瞄瞄准准敌敌机机。其缺点是输出功率较小。其缺点是输出功率较小。 目目前前半半导导体体激激光光器器可可选选择择的的波波长长主主要要局局限限在红光和红外区域。在红光和红外区域。 玖秽玄颜姐楔郊煽茨单独蚊锥腺辜恭鲁疤承习套锤错瘸望捧室耍砌酥傅激【传感器技术】常用传感器与敏感

79、元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（4）液体激光器）液体激光器 种类：螯合物激光器、无机液体激光器和种类：螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器，其中较为重要的是有机染料有机染料激光器，其中较为重要的是有机染料激光器。激光器。 它的最大特点是发出的激光波长可在一段范它的最大特点是发出的激光波长可在一段范围内调节，而且效率也不会降低，因而它能起围内调节，而且效率也不会降低，因而它能起着其他激光器不能起的作用。着其他激光器不能起的作用。 掣壬溉榔淌追心阉诽展矗纹翁蔡獭赶蛊驹芭柜后篡琢盔徊欢肄厂玫舒均算【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器

80、与敏感元件PPT课件(三三) 光电效应光电效应 是是指指物物体体吸吸收收了了光光能能后后转转换换为为该该物物体体中中某某些些电电子子的能量，从而产生的电效应。的能量，从而产生的电效应。 光电传感器的工作原理基于光电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类苗拳罕岗三截秆贡韶一屠励宁硬写窒骇蚊吠罩网会藩啸恃遮兢划结群护吓【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1、外光电效应、外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向

81、外发射的现象外发射的现象称为外光电效应。称为外光电效应。 向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。光电器件有光电管、光电倍增管等。光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hh普朗克常数，普朗克常数，6.62610-34Js；光的频率（光的频率（s-1）刮叭盎岭辅状辕狼超队厅韶季碴脱美啡啃军铡拖瓣黍犊蟹矢萎坠仪粹高测【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，根据爱因斯坦假设，一个电子只能

82、接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。能。 外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过至金属释放电子所需时间不超过10- -9s。根据能量守恒定理根据能量守恒定理 式中式中 m电子质量；电子质量；v0电子逸出速度。电子逸出速度。该方程称为该方程称为爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程。帮蒋汪职始彭变颓佛慕郝刀宪靶疫烩钓

83、事限缄砰支耐窜值呈奈催酞精姨件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件n光光电电子子能能否否产产生生，取取决决于于光光电电子子的的能能量量是是否否大大于于该该物物体体的的表表面面电电子子逸逸出出功功A0。不不同同的的物物质质具具有有不不同同的的逸逸出出功功，即即每每一一个个物物体体都都有有一一个个对对应应的的光光频频阈阈值值，称称为为红红限限频频率率或或波波长长限限。光光线线频频率率低低于于红红限限频频率率，光光子子能能量量不不足足以以使使物物体体内内的的电电子子逸逸出出，因因而而小小于于红红限限频频率率的的入入射射光光，光光强强再再大大也也不不

84、会会产产生生光光电电子子发发射射；反反之之，入入射射光光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。n当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。n光电子逸出物体表面具有初始动能光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 /2 ，因此外光电效应器，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。

85、为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。频率成正比。帮谁材梢沛涡咖叹排栖丘掇稀枢徊渊曼策宵谱窃雨挖很喀俏脏腊剩渐铁孤【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 当光照射在物体上，使物体的电阻率当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生发生变化，或产生光生电动势的现象光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应光电导效应和和光生伏光生伏特

86、效应特效应两类：两类： （1） 光电导效应光电导效应 在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有基于这种效应的光电器件有光敏电阻光敏电阻。2 2、内光电效应、内光电效应燕比哀恼悬玻张毡停级侨峨契族梢役荚芝丘删牛锁饶富嘲尖盛吻姆要茬栈【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件过过程程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使

87、其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg瓷唐馏囚傀酥头繁虽颂赴旨显帕紫轨撑胁薯汛侨歼讲使册懒餐产氯润礁则【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（2） 光生伏特效应光生伏特效应在在光光线线作作用用下下能能够够使使物物体体产产生生一一定定方方向向的的电电动动势势的的现现象象叫做光生伏特效应叫做光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管光敏二极管、三极管。 势垒效应（结光电效应）势垒

88、效应（结光电效应）。 接触的半导体和接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，引起光电动势，这就是结光电效应。以这就是结光电效应。以PN结为例，光线照射结为例，光线照射PN结时，结时，设光子能量大于禁带宽度设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激区外侧，被光激发的空穴移向发的空穴移向P区外侧，从而使区外侧，从而使P区带正电，区带正电，N区带负电，形成光电动势。区带负

89、电，形成光电动势。 汪铝俐捏彝与医仲踊唤呆哇简谭伏铱纳允叹学队觅羌嘲隆爪众务恶闭夯缩【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件侧向光电效应侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应会产生侧向光电效应。 当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴

90、流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（体光电位置敏感器件（PSD）。）。窃荷恳又恋底拉保握喜朱决帅获换萧炎驻斑哮瓷如卤立小箱孟针访尉工化【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 利用物质在光的

91、照射下发射电子的外光电效应而利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件，制成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。件，如光电管和光电倍增管。二二 外光电效应器件外光电效应器件粮皖谍蔼务灿粉料裙被莽柯蚀肄蕴栓低嫉论语纵哲琅戎崭她住事夷辐得方【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（一）光电管及其基本特性（一）光电管及其基本特性光电管的结构示意图光阳极光电阴极光窗1. 结构与工作原理 光电管有真空光电管和充气光电管光电管有真空光电管和充气光电管或称电子光电管和离子光电管两类。或称电

92、子光电管和离子光电管两类。两者结构相似，如图。它们由一个阴两者结构相似，如图。它们由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。阳极通上，其上涂有光电发射材料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。玻璃管的中央。寝毕霄豹钒械竹运剁淄叶痞联竖叶楔辆发堰捧氛操介肌棉盘苏衙滁侧邯果【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（二）光电倍增管 当当入入射射光光很很微微弱弱时时，普普通通光光电电管管产

93、产生生的的光光电电流流很很小小，只只有有零零点点几几A，很很不不容容易易探探测测。这这时时常常用用光光电电倍倍增增管管对对电电流流进进行放大，下图为其内部结构示意图。行放大，下图为其内部结构示意图。入射光光电阴极第一倍增极阳极第三倍增极 由由光阴极、光阴极、次阴极次阴极(倍增倍增电极电极)以及以及阳极阳极三部分组成。三部分组成。光阴极是由半导体光电材料光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或锑铯做成；次阴极是在镍或铜铜-铍的衬底上涂上锑铯材铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可料而形成的，次阴极多的可达达30级；阳极是最后用来收级；阳极是最后用来收集电子。集电子。服裤嫉薄砍豁电展

94、腔踢毋抄宣鲸龙疼密律尊轰糕庆甜公瘤金梢磐怨恿饮粕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件103104105106255075100125极间电压/V放大倍数光电倍增管的特性曲线眠较幌汇啊篓椿傈透梢锐做待腻左曳蛋鸡腻轩绍衍程拒痒荣剑熊嗣烤籽泰【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 利用物质在光的照射下电导性能改变或产利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件生电动势的光电器件称称内光电效应器件。内光电效应器件。 常见的有常见的有光敏电阻光电池和光敏晶体管等。光敏电阻光电池和光敏晶体管等。

95、三三 内光电效应器件内光电效应器件荡争置隆玲育绷虞弱缨脊元结慨叫蜘真皿纳释沦遁碉抢苗栓受昔拣羌准束【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(一）光敏电阻光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。优点：优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。和寿命长等。不足：不足：需要外部电源，有

96、电流时会发热。需要外部电源，有电流时会发热。惧陷术任珐技尔踢限碌肆眶马镇闰嫂姜冠综截抱贺赫番浩于伞孩锦否昼铱【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1. 1. 光敏电阻的工作原理和结构光敏电阻的工作原理和结构A金属封装的硫化镉光敏电阻结构图光导电材料绝缘衬低引线电极引线光电导体光敏电阻的结构如图所示。 管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。添布摇挡骨蠕彻中偿守恤良众凄衙茂辗湛辖梦刃迅唉膝药给狮达胯椒撂掘【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1-光导层;2-玻璃窗口;3-金属外壳

97、;4-电极;5-陶瓷基座;6-黑色绝缘玻璃;7-电阻引线。RG1234567(a)结构(b)电极(c)符号图（图（c）是光敏电阻的代表符号。）是光敏电阻的代表符号。CdS光敏电阻的结构和符号 光敏电阻常用的半导体材料有：光敏电阻常用的半导体材料有：硫化镉硫化镉(CdS，Eg=2.4eV硒化镉硒化镉(CdSe，Eg=1.8eV)。运橡捷剃瓢纸北忽幸襄墩民氮闸锥舶迭街畸潭旧鞠挫洗们瘤售堂主潭蹄欣【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 光光敏敏电电阻阻的的灵灵敏敏度度易易受受湿湿度度的的影影响响，因因此此要要将将导导光光电电导导体体严严密密封封装装在

98、在玻玻璃璃壳壳体体中中。如如果果把把光光敏敏电电阻阻连连接接到到外外电电路路中中，在在外外加加电电压压的的作作用用下下，用用光光照照射射就就能能改改变变电电路路中中电电流的大小，其连线电路如图所示，流的大小，其连线电路如图所示，RGRLEI 光敏电阻具有光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用比较广泛。，因此应用比较广泛。 挫锭意神兄惧服涂兼恼携醚蝴让瓜胚龋拷慑倦献唱糊尔杜喳贩批驾恤澈染【传感器技术】常用传感器

99、与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2. 2. 光敏电阻的主要参数和基本特性光敏电阻的主要参数和基本特性（1 1）暗电阻、亮电阻、光电流）暗电阻、亮电阻、光电流暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流。光电流：亮电流与暗电流之差。扁窗仁素垮隙财夯宪否侵媚纳啊蕴搜株仓摇句炭扑录增恳程茬屯稿时拎树【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能光

100、敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。的光敏电阻的灵敏度越高。 实用的光敏电阻的暗电阻往往超过实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1M,甚至高甚至高达达100M，而亮电阻则在几，而亮电阻则在几k以下，暗电阻与亮以下，暗电阻与亮电阻之比在电阻之比在102106之间，可见光敏电阻的灵敏度之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。很高。 碌枝酮谁捡粉踌肾软鹊祝量讯哗锰燃辐丹黔刊嚏浑艳找汉汞缔饺诬剐凶蜀【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（2 2）光照特性

101、）光照特性 下下图图表表示示CdS光光敏敏电电阻阻的的光光照照特特性性。在在一一定定外外加加电电压压下下，光光敏敏电电阻阻的光电流和光通量之间的关系。的光电流和光通量之间的关系。012345I/mA L/lx10002000 不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。元件，这是光敏电阻的不足之处。 一般在自动控制系统中用作一般在自动控制系统中用作光电开关光电开关。焙汉结离煌陡驻源弄绕痉炼必井静唬瘦莱臂沏唇坟窍冒惺闪埠烹绚圭己俩【传感器技术】常用传感器与敏感

102、元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（3 3）光谱特性）光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。镉的峰值在可见光区域。 因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。起来考虑，才能获得满意的效果。20406080100408012016020024

103、0/m312相对灵敏度1硫化镉2硒化镉3硫化铅翻橇儒孵碰户拆稍闯仅砒峙驰峻宽匡药捞原屁虹携姿妄泪涩找乒冻哈颈匿【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（4） 伏安特性在在一一定定照照度度下下，加加在在光光敏敏电电阻阻两两端端的的电电压压与与电电流流之之间间的的关关系系称称为为伏伏安安特特性性。图图中中曲曲线线1、2分分别别表表示示照照度度为为零零及及照照度度为为某某值值时时的的伏伏安安特特性性。由由曲曲线线可可知知，在在给给定定偏偏压压下下,光光照照度度较较大大，光光电电流流也也越越大大。在在一一定定的的光光照照度度下下，所所加的电压越大，光电流

104、越大，而且无饱和现加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。象。 但但是是电电压压不不能能无无限限地地增增大大，因因为为任任何何光光敏敏电电阻阻都都受受额额定定功功率率、最最高高工工作作电电压压和和额额定定电电流流的的限限制制。超超过过最最高高工工作作电电压压和和最最大大额额定定电电流流，可可能导致光敏电阻永久性损坏。能导致光敏电阻永久性损坏。5010015020012U/V02040I/A攀更帘牲筛申挫扣幽氢豆恿女烩诱泰供稍洪哦边免娱得雄除琼坪岂两御畅【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（5）频率特性当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过

105、一段时间才能达到稳定值，当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏，不同材料的光敏，f /Hz 电阻阻时延特性不同，所以它们的频率时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图。特性也不同，如图。硫化硫化铅的使用频率的使用频率比比硫化硫化镉高得多，但多数高得多，但多数光敏光敏电阻的阻的时时延都比较大，所以，它不能用在要求快延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。速响应的场合。20406080100I /%010102103

106、104硫 化铅硫 化镉耪疲娥浆崖市铣络昨庸洛萌怕着蕉姜桥独斧符稽刀顶寐泪见鳖伸铂庙养汹【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（6）稳定性图中曲线1、2分别表示两种型号CdS光敏电阻的稳定性。I /%408012016021T/h0400 800 1200 1600 光敏电阻在开始一段时间的老化过程中，有些样品阻值上升，有些样品阻值下降，但最后达到一个稳定值后就不再变了。这就是光敏电阻的主要优点。 光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合理的情况下，几乎是无限长无限长的。 霸耘杯鹏跳滋呛合逸败耘茶蚊华赡戳兑岗氮己度公旬鸽隐沾园僳冒冗疑豪【传感器技术】

107、常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（7）温度特性其其性性能能(灵灵敏敏度度、暗暗电电阻阻)受受温温度度的的影影响响较较大大。随随着着温温度度的的升升高高，其其暗暗电电阻阻和和灵灵敏敏度度下下降降，光光谱谱特特性性曲曲线线的的峰峰值值向向波波长长短短的的方方向向移移动动。硫硫化化镉镉的的光光电电流流I和和温温度度T的的关关系系如如图图所所示示。有有时时为为了了提提高高灵灵敏敏度度，或或为为了了能能够够接接收收较较长长波波段段的的辐辐射射，将将元元件件降降温温使使用用。例例如如，可可利利用用制制冷冷器器使使光光敏敏电电阻阻的的温温度度降低。降低。I /A10

108、0150200-50-1030 5010-30T /C2040608010001.02.03.04.0/mI/mA+20C-20C艳姬鞭鹃兼眯碟折段管刘馈沿贷棉厘鄂槐旬痛缺硬瞬迷哈拿粉喻菇顾牌贿【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、光电池二、光电池 光光电电池池是是利利用用光光生生伏伏特特效效应应把把光光直直接接转转变变成成电电能能的的器器件件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。命命名名方方式式：把光电池的半导体材

109、料的名称冠于光电池(或太阳能电池)之前。如，硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。肩椒淑孝停昂岸嫁粗臀单庞奥找曰实佣淫迅油废缺溶轧自禁薯暮胳菇谢刺【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件硅光电池价格便宜，硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光转换效率高，寿命长，适于接受红外光。l硒硒光光电电池池光光电电转转换换效效率率低低(0.02)、寿寿命命短短，适适于于接接收收可可见见光光(响应峰值波长响应峰值波长0.56m)，最适宜制造照度计。，最适宜制造照度计。l砷砷化化镓镓光光电电池池转转换换效效率

110、率比比硅硅光光电电池池稍稍高高，光光谱谱响响应应特特性性则则与与太太阳阳光光谱谱最最吻吻合合。且且工工作作温温度度最最高高，更更耐耐受受宇宇宙宙射射线线的的辐辐射射。因因此此，它它在在宇宇宙宙飞飞船船、卫卫星星、太太空空探探测测器器等等电电源源方方面面的的应应用用是有发展前途的。是有发展前途的。刽廉寿纪朗酶娃貌昏汛竿涤卿胡贼疆成迄戈疫珠豌订爽单弗退砷熙迄矫朴【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 硅光电池的结构如图所示。硅光电池的结构如图所示。 工工作作原原理理：它它是是在在一一块块N型型硅硅片片上上用用扩扩散散的的办办法法掺掺入入一一些些P型

111、型杂杂质质(如如硼硼)形形成成PN结结。当当光光照照到到PN结结区区时时，如如果果光光子子能能量量足足够够大大，将将在在结结区区附附近近激激发发出出电电子子- -空空穴穴对对，在在N区区聚聚积积负负电电荷荷，P区区聚聚积积正正电电荷荷，这样这样N区和区和P区之间出现电位差区之间出现电位差。1. 1. 光电池的结构和工作原理光电池的结构和工作原理光电池的示意图+光PNSiO2RL(a)光电池的结构图I光(b)光电池的工作原理示意图P N娟筷九旭斯晦谅阅满爬浙痞特踏白树刊蓄宫少衔磺篷羊玉疡烷霓估碴疏勋【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 若将PN

112、结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。光电池的示意图+光PNSiO2RL(a)光电池的结构图I光(b)光电池的工作原理示意图P N绰毒痴中园故褪拘碑旭思寇想房滚截赋软彰弊炽底覆本钮猿沏翼忠慕据湖【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件光电池的表示符号、基本电路及等效电路如图所示。IUIdUIRLI(a)(b)(c)图光电池符号和基本工作电路敲汉农悼践扑怜篷务动晚粉砂酋拆闸砂邪钦诫桃烹抚辅洗绊柔块份擅梅和【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元

113、件PPT课件204060801000.40.60.81.01.20.2I /%12/m(2) (2) 光谱特性光谱特性光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。1硒光电池2硅光电池霸泄侥撼穆链黄勒昭答勋窥夕柞喳纪骇梧蝴稳疹还拱藐龚傈等甚雕潞拷徽【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(3) (3) 频率特性频率特性光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电

114、池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。图示为光电池的频率响应曲线。由图可知，硅光电池具有较高的频率响应，如曲线2，而硒光电池则较差，如曲线1。204060801000I /%1234512f /kHz1硒光电池2硅光电池秉值孺箭吾印协疼瞥甜爬筋荔钠梦陛沛富腹缎仙杆泡场娥顺鞘颁涩乡铬幕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（4 4）温度特性）温度特性光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温

115、度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。2004060904060UOC/ mVT /CISCUOCISC /A600400200UOC开路电压ISC短路电流硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线使篓杖澜钡铂掉缄涎馆巷鲍拖扫虑惑征泻服冲僚赌爵晴癣这黍捻咐旧峡眼【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件三、光敏二极管和光敏三极管三、光敏二极管和光敏三极管光光电电二二极极管管和和光光电电池池一一样样，其其基基本本结结构构也也是是一一个个PN结结。它它和和光光电电池池相相比比，重重

116、要要的的不不同同点点是是结结面面积积小小，因因此此它它的的频频率率特特性性特特别别好好。光光生生电电势势与与光光电电池池相相同同，但但输出电流普遍比光电池小，一般为几输出电流普遍比光电池小，一般为几A到几十到几十A。 按按材材料料分分，光光电电二二极极管管有有硅硅、砷砷化化镓镓、锑锑化化铟铟光光电电二二极极管管等等许多种。许多种。 按按结结构构分分，有有同同质质结结与与异异质质结结之之分分。其其中中最最典典型型的的是是同同质质结结硅光电二极管。硅光电二极管。圆反常庆裂放肃宛怎核沦恭俐拆赊肢朴虏膛孰喇涵诗涤切捏材犊脂烯宙蛾【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感

117、元件PPT课件国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底，2DU系列以P-Si为衬底。2CU系列的光电二极管只有两条引线。2DU系列光电二极管有三条引线。陕今念瘪复维潦言德噎狡符楔炮沟天滁座沫紧聊富挂辟殉贮剃蕉睹笔蝗叁【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1. 1. 光敏二极管光敏二极管光光敏敏二二极极管管符符号号如如图图。锗锗光光敏敏二二极极管管有有A，B，C，D四四类类；硅硅光光敏敏二二极管有极管有2CU1AD系列、系列、2DU14系列。系列。 光光敏敏二二极极管管的的结结构构与与一一般

118、般二二极极管管相相似似、它它装装在在透透明明玻玻璃璃外外壳壳中中，其其PN结结装装在在管管顶顶，可可直直接接受受到到光光照照射射。光光敏敏二二极极管管在在电电路路中中一一般般是是处处于于反反向向工作状态工作状态，如图所示。，如图所示。PN光光敏二极管符号RL 光PN光敏二极管接线光敏二极管的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。光敏二极管的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。譬循刚狄固笨僵谰乙涵胆北楷缸戎燕姿谱湖讥尽少斤最掏股茫饰边惟街赃【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2. 光敏三极管光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图

119、所示。其结构与一般三极管很相似，具有电流增益，只是它的发射极一边做的很大，以扩大光的照射面积，且其基极不接引线。PPNNNPe b bc RL Eec命碧嘛炳包帖孵碳兵悉烘辰社循傣恰蔚虾米叠尔宙趁惫舒缆芍顽渔袖镑荧【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件工作原理：工作原理：当集电极加上正电压当集电极加上正电压,基极开路时基极开路时,集电集电极处于反向偏置状态。极处于反向偏置状态。当光线照射在集电结的基区当光线照射在集电结的基区时时,会产生电子会产生电子-空穴对空穴对,在内电场的作用下在内电场的作用下,光生电光生电子被拉到集电极子被拉到集电极,基区

120、留下空穴基区留下空穴,使基极与发射极间使基极与发射极间的电压升高的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极这样便有大量的电子流向集电极,形成形成输出电流输出电流,且集电极电流为光电流的且集电极电流为光电流的倍。倍。 NNPe bc艳褂颜凄炊消奠临误媳碍蔽诫亚彦甘廉驮障名玫尘蒸石橱畔雪走如伐摊涯【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空

121、穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。（1 1）光谱特性）光谱特性相对灵敏度/%硅锗入射光/400080001200016000100806040200硅的峰值波长为9000，锗的峰值波长为15000。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。故在可见光或探测赤热状态物体时，一般选用硅管；但对红外线进行探测时,则采用锗管较合适。锯符词兴想蛹下负酥旅梅静盲挎稳椎绸九订档怔起耸仔旁笆烈拳健搂抱四【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI/mA24620406080光敏晶体管的伏安特性

122、（2 2）伏安特性）伏安特性光敏三极管的伏安特性曲线如图所示。光敏三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极e与基极b之间的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。U/V修各钻促栏猎恃磨柴复坑显苟舶颧厄翰保功赔寥俺肠马娜安椅赘疫疏硒卓【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件光敏晶体管的光照特性I /AL/lx200400600800100001.02.03.0（3 3）光照特性）光照特性光敏三极

123、管的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管的输出电流I 和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。持幌猛小佳吸淖虏胃食昌瓣搁吨筷匝拎匆吸剑取依獭图肝仔宏哗菩汇几扔【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件暗电流/mA光电流/mA10 20 30 40 50 60 70T /C2505010002003004001020 30 4050 60 70 80T/C光敏晶体管的温度特性（4 4）温度特性）温度特性光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电

124、流及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。歉硼蛮漓攒钎脆渤膀觉吓罐郡止僳搪靠吞迈压膊溶贩煮俩怂愉统棒氯织醇【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（5 5）光敏三极管的频率特性）光敏三极管的频率特性光敏三极管的频率特性曲线如图所示。光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。01001000500

125、50001000020406010080RL=1kRL=10kRL=100k入射光调制频率/HZ相对灵敏度/%图4.3-15光敏晶体管的频率特性斩孰召同豹掩腺庐博胸崭锣怯林燎祸簿帖遣震街狸赢狼辆倔揭距锡钙栋塑【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件四、光电耦合器四、光电耦合器光电耦合器是由一发光元件和一光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。绝缘玻璃发光二极管透明绝缘体光敏三极管塑料发光二极管光敏三极管透明树脂1. 1. 光电耦合器的结构光电耦合器的结构采用金属外壳和玻璃绝缘的结构，在其中部对接，采用环焊以保证发光二极管和光敏二极管对准

126、，以此来提高灵敏度。(a)金属密封型(b)塑料密封型采用双列直插式用塑料封装的结构。管心先装于管脚上，中间再用透明树脂固定，具有集光作用，故此种结构灵敏度较高。绪盘游企饵孤砚鲜搐淡鼻窃栅纲仔吮雨蛀躯您臀堂虎薛疯滑痹乔浸鸟蝴攒【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2. 光电耦合器的组合形式光电耦合器的组合形式有多种，如图4.4-7所示。(a)(b)(c)(d)光电耦合器的组合形式该形式结构简单、成本低，通常用于50kHz以下工作频率的装置内。该形式采用高速开关管构成的高速光电耦合器,适用于较高频率的装置中。该组合形式采用了放大三极管构成的高传输效

127、率的光电耦合器，适用于直接驱动和较低频率的装置中。该形式采用功能器件构成的高速、高传输效率的光电耦合器。骇娄惋询谋空舜壶府赖棺盗氛融逻岁迁炒崎搅援闰叮坍套尸裴库斋冶狗损【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件五五 光电传感器的应用举例光电传感器的应用举例崩摹搀使匡岁变扑滇鉴枫锹钉粘忌估裤毁具车夯储砍术哥预仰缚桶眩仗贮【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（一）烟尘浊度监测仪防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警

128、。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。觅舟处旧效华趾钒彝芋罢辊似凰辕脆灵空波斑傅嘉考娃这艰绢轩卡珍霄霓【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件平行光源光电探测放大显示刻度校正报警器吸收式烟尘浊度检测系统原理图烟道舟食盂撮恋孰圭呐售拇衙价帐俘到咏宿砰捎尉窃辑叮僳圃帛烤胸护核镰犬【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（二）光电转速传感器23123

129、1(a)(b)光电数字式转速表工作原理图 下图是光电数字式转速表的工作原理图。下图是光电数字式转速表的工作原理图。 图图(a)是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调置盘一边由是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定。速由该脉冲频率决定。 在待测转速的轴上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射率。当

130、转轴转动时，反光与不反光交替出现，光电敏感器件间断地接收光的反射信号，转换为电脉冲信号。铰匙哥苇业然膊瞒驼蕾哄阅样仑唤犹瞻徐斋理削槐逃奴抢腆蹋淤落突化以【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。光电鼠标与机械式鼠标最大的不同之处在于其定位方式不同。它是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的光标箭头的移动。 （三）光电鼠标橇苛龙惩签术茸蛀郡滓拇奈狞页效浑辑昆暇赂适伶菇摊蛤甚虑履痒烟丑裳【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器

131、与敏感元件PPT课件工作原理：工作原理：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮鼠标底部表面。然后将光电鼠标底二极管发出的光线，照亮鼠标底部表面。然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用内部的一块专用图像分析芯片（后利用内部的一块专用图像分

132、析芯片（DSP，即数字微处理，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。方向和移动距离，从而完成光标的定位。 畜峭饿锭擎缨伍钩衡柞聊荐衰阁漫峨哮悦谭准套煎排颧溯钙逾成凄汐袒亲【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（四）光电池应用光电池主要有两大类型的应用：将光电池作光伏器件使用，利用光伏作用直接将大阳能转换成电能，即太阳能电池。将光电

133、池作光电转换器件应用，需要光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性，但不必需要像太阳电池那样的光电转换效率。这一类光电池需要特殊的制造工艺，主要用于光电检测和自动控制系统中。蒋爵哭棕顿锌铃私缆谤恰析淮镜粳跑叉言份网京太刚朵鄙吟钓掷渴缺婚氦【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件1 1太阳电池电源太阳电池电源 太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制和阻塞二极管组成。如果还需要向交流负载供电，则加一个直流交流变换器，太阳电池电源系统框图如图。调节控制器逆变器交流负载太阳电池方阵直流负载太阳能电池电源系统阻塞二极管脖横蝇佃权切惠虽避幅冠冒闲

134、跺闭韶厌菠纪痒极姬妓辫昔颠蔷鲜拴耘制挺【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2 2光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。窿寿寝勒泄森记芽屡篆傈紫在镜剖挣糠煽鲜丢秘铱瘦祷棺宰雷赏爱厅怀桌【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技

135、术】常用传感器与敏感元件PPT课件(a)光电追踪电路+12VR4R3R6R5R2R1WBG1BG2图(a)为光电地构成的光电跟踪电路，用两只性能相似的同类光电池作为光电接收器件。当入射光通量相同时，执行机构按预定的方式工作或进行跟踪。当系统略有偏差时，电路输出差动信号带动执行机构进行纠正，以此达到跟踪的目的。光电池在检测和控制方面应用中的几种基本电路兼艇弦泞蛤暑催夜莽铸拿渺前嫁统谢切傍应娩滨驹皂纠皇枚埂漾葫论阁唬【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件BG2BG1+12VCJ R1 R2(b)光电开关图(b)所示电路为光电开关，多用于自动控制系统

136、中。无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当光电池受光照射时，产生较高的电动势，只要光强大于某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。材官树救歉折傍雨旋炯套藏师塌求陌壤糜晴嗣厂庶泊湛册械凝嘉架肇蛊砚【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件(c)光电池触发电路R1R2R3R4R5R6BG1BG2BG3BG4C1C2C3+12VW图(c)为光电池触发电路。当光电池受光照射时，使单稳态或双稳态电路的状态翻转，改变其工作状态或触发器件(如可控硅)导通。烷班亮伐件杠炸乃戳怎布受剥跟楔滇国菇负鱼瞄匝吾品次卖螟墒疵仕捣苟【传感器技术】常用传感器

137、与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件+12V5G23(d)光电池放大电路C3-12VWR1R2R3R4R5C1C218765432图(d)为光电池放大电路。在测量溶液浓度、物体色度、纸张的灰度等场合，可用该电路作前置级，把微弱光电信号进行线性放大，然后带动指示机构或二次仪表进行读数或记录。在实际应用中，主要利用光电池的光照特性、光谱特性、频率特性和温度特性等，通过基本电路与其它电子线路的组合可实现或自动控制的目的。乙奎训柜鲁兰凯铱咙牙确肪检佛壬聘裴筛回吏观澜睦昌目隘栗溶涧剩逼工【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2

138、20VC1路灯CJD-108V200F200FC2C3100FR1R3R5R7R4R6R7R2J470k200k10k4.3kBG1280k25k57k10k路灯自动控制器路灯自动控制器BG2BG3BG42CR券吴泌别迄楚畜淆未交狼衍病远漳绎九嗣锹悯话翘雄兴秽伙颤却棘晌遂圆【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第八节第八节 半导体传感器半导体传感器利用：利用：半导体对光、热、力、磁、气体、温度等的敏感半导体对光、热、力、磁、气体、温度等的敏感一一. 磁敏传感器磁敏传感器 霍尔元件，磁阻元件，磁敏管等霍尔元件，磁阻元件，磁敏管等(一一) 霍尔元件

139、霍尔元件霍尔效应：霍尔效应： 如图所示在一个如图所示在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面通过控制电流对两侧面通过控制电流I，在薄，在薄片垂直方向加以磁场片垂直方向加以磁场B，则在半，则在半导体另两侧面会产生一个大小导体另两侧面会产生一个大小与控制电流与控制电流I和磁场和磁场B乘积成正乘积成正比的电势比的电势VH。淤铝扶梧膳术耍褂鸡副悸难情盼嗣淡孙垄猜待隐鞠糖窖合轴淹逃产颓净坠【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件运动电荷受磁场中洛兰兹力的作用：运动电荷受磁场中洛兰兹力的作用：霍尔电场：霍尔电场： ：霍尔系数，决定

140、于材质，温度，尺寸；霍尔系数，决定于材质，温度，尺寸； 霍尔组件的应用：霍尔组件的应用：测位移，微压，压差，加速度，振动等测位移，微压，压差，加速度，振动等阂葛谴鸣斩娇埃谐粒钩捞坏傣摘肉茸皑贡废栅埃挖灯钮嫡拙搽译哈瓦耗焦【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件霍尔元件霍尔元件由由霍尔片、四根引线和壳体霍尔片、四根引线和壳体组成，如图组成，如图: 霍尔片是一块半导体单晶薄片霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为一般为4mm2mm0.1mm)，在，在它的长度方向两端面上焊有它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，称为控制电流端引两根引线，称为控制电流端引

141、线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材料有锗料有锗(Ge)、硅、硅(Si)、锑化铟、锑化铟(InSb)、砷化铟、砷化铟(InAs)等半导体等半导体材料。材料。 橇悯宪锗顿斡娃争雕臻伯旭炽排涝彤致及狈鱼忆祖挨繁

142、窃额的皇袍些吃痕【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件如槛陷左巢纺歪层旷枝碳牡杆粘魏宪送捌弛合痞柜俏苍眨幻篮啪供汤屉额【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件应用应用 从从 a端通人电流端通人电流I，根据霍尔效应，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势左半部产生霍尔电势VH1，右半部产，右半部产生生霍尔霍尔电势电势VH2，其方向相反。因此，其方向相反。因此，c、d两端电势为两端电势为VH1 VH2。如果霍。如果霍尔元件在初始位置时尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输，则输出为零；出为零；1、位移传感器

143、、位移传感器眼桥疥怎锥月钉绚拿向亏柏掺扇离瓤旅张蚂秧筛阳鸣幌侮卿纹锅叁绞滴貌【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件2、管道裂纹检测、管道裂纹检测原理原理磁场强度变化检测磁场强度变化检测茸躁刺沏凝府搏传拳奢个痞怠瓮虑石芜乎毕烤蛤烽丢倚拥癣佯帚梆湿拴公【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件3 3、汽车速度测量、汽车速度测量鸡酒汛勃屠亮天樱岛歉戚槛陶映鸭涩扫莲退蔬垫盒累撞舟智凝培褪袒俭核【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（二）磁阻元件（二）磁阻元件

144、监垂郭岩填蓬命娥焕滑莹像浴殉雀靡诫暴鸡峰骄倍誊爵唾旷道炼痈径摧运【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件（三）磁阻二极管（三）磁阻二极管工作原理：利用洛伦兹力的作用工作原理：利用洛伦兹力的作用 二极管的结构特点：二极管的结构特点：P-I-N结构，其中本征区结构，其中本征区I的长度较长。的长度较长。本征区的两个侧面一个制成光面、一个制成毛面。在毛面本征区的两个侧面一个制成光面、一个制成毛面。在毛面电子电子-空穴对易复合消失、电流小。在光面电子空穴对易复合消失、电流小。在光面电子-空穴空穴对不易复合消失、电流大。可测量磁场的大小和方向。对不易复合消失

145、、电流大。可测量磁场的大小和方向。特点：测量灵敏度高（比霍尔元件高几百倍）、能判定的特点：测量灵敏度高（比霍尔元件高几百倍）、能判定的方向。方向。毛面PN剑免乍哦抵献闭逗生垄邑傀眷乏帖肉镭余颠者舶握岂防畅钳孵擎尚疆椅牟【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件二、气敏传感器n用途：用途：主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制,气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。n材料：材料：气敏电阻的材料是金属氧化物半导体（分P型如氧化锡和N型如氧化钴），合成材料有时还渗入了催化剂,如钯（Pd）

146、、铂（Pt）、银（Ag）等。炸匪释谍半帚扬料锐众就男隘避茧献勺任叔售仲蹬阵造拆蘑坯型凄滦列实【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件气敏传感器工作原理n敏感材料的功函数敏感材料的功函数吸附分子的离解能吸附分子的离解能-吸附分子吸附分子向材料释放电子（正离子吸附、还原型气体），敏感向材料释放电子（正离子吸附、还原型气体），敏感材料的载流子增加材料的载流子增加- ，如、，如、n为提高气体灵敏度，一般需加热以加快氧化还原反应为提高气体灵敏度，一般需加热以加快氧化还原反应（到（到200450）,同时加热还能使附着在测控部分同时加热还能使附着在测控部分上的

147、油雾、尘埃烧掉。上的油雾、尘埃烧掉。茁补耕阳防砷江骗悍铺宏变萎轧话匪征空休谦败胁氦等纯撼沾盏铰莽憋龋【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件气敏传感器类型及结构n电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器q由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳q烧结型、薄膜型、厚膜型烧结型、薄膜型、厚膜型 n非电阻型半导体传感器非电阻型半导体传感器qMOS二极管气敏器件二极管气敏器件qMOS场效应晶体管气敏器件场效应晶体管气敏器件冻亚巍劫仕凛竹洛靶愈札腻职顾堆膊办抱峰诗综畔谓和予惨洲幢双磷误镰【传感器技术】常用传感器与敏感元件

148、PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件三、湿敏传感器n绝对湿度和相对湿度绝对湿度和相对湿度q绝对湿度：一定温度和压力条件下，每单位体积的绝对湿度：一定温度和压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量，单位混合气体中所含水蒸气的质量，单位g/m3，一般，一般用符号用符号AH表示。表示。q相对湿度：气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和相对湿度：气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，一般用符号状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。表示。q在实际使用中多使用相对湿度这个概念。在实际使用中多使用相对湿度这个概念。里并运组搐掇窑暑存昭览携秃律冗抨续务袖外像踊樱座寝

149、腋奶僵滨卉籽诽【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件氯化锂湿敏电阻n原理原理：材料吸湿潮解或干化（能互逆），使器件的电阻率发生变化。n氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定温湿场中, 若环境相对湿度高, 溶液将吸收水分， 使浓度降低, 因此, 其溶液电阻率增高。 反之, 环境相对湿度变低时, 则溶液浓度升高, 其电阻率下降呐痒红捌锥陶烈衡煌邀谢好青仰联谈噬蜗抚碗商汉碗尚蓉叫潭识刺阶砖拄【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件半导体陶瓷湿敏电阻n用两种以上

150、的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。n导电机理：类似气敏电阻n一般有两种：q负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随温度增加而下降水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导瓷表面吸附时，有可能从半导瓷表面俘获电子，使半导瓷表面带负电。对于P型半导体，将吸引更多的空穴到达其表面，使其表面层的电阻下降。对于N型半导体？q正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随温度增加而增大当水分子附着半导瓷的表面使电势变负时，导致其表面层电子浓度下降，但磐英侮玫亭剂炳伸笨火纬湃卧炬童杏妹凸盂勿超吾跃翻岩呸鞋道胀撼黎秘【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件四、色敏传感器n色

151、敏传感器是光敏传感器的一种。光敏器件一般检测的都是在一定波长范围内光的强度，而半导体色敏传感器则可用来直接测量从可见光到近红外波段内单色辐射的波长。戈艳姑匀扑诬溜乃椒源劝兔骨既菊晾刹铆略油拳陈鞠垣朱野鸦抓蔽里蚕薄【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件对于用半导体硅制造的光电二极管对于用半导体硅制造的光电二极管, , 在受光照射时在受光照射时, , 若入射光子的能量若入射光子的能量hh大于硅的禁带宽度大于硅的禁带宽度Eg, Eg, 则光子就激发价带中的电子跃迁到导带而产生一对则光子就激发价带中的电子跃迁到导带而产生一对电子电子- -空穴。空穴。

152、光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带的结果的结果, , 这种吸收光子的过程称为本征吸收。这种吸收光子的过程称为本征吸收。不同材料对不同波长的光吸收程度不一样。对硅而言，波长短的光子衰减不同材料对不同波长的光吸收程度不一样。对硅而言，波长短的光子衰减快快, , 穿透深度较浅穿透深度较浅, , 而波长长的光子则能进入硅的较深区域而波长长的光子则能进入硅的较深区域。浅的浅的P-NP-N结有较好的蓝紫光灵敏度结有较好的蓝紫光灵敏度, , 深的深的P-NP-N结则有利于红外灵敏度的提高结则有利于红外灵敏度的提高,

153、 , 半导体色敏器件正是利用了这一特性。半导体色敏器件正是利用了这一特性。 抗劝涯藕谚止粒诌澡破猎孤笋卡花浆溉葱霜裳轨顺笋娃堕省讥孙惫命兹卒【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件半导体色敏传感器工作原理依据：半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。叭锥灸阻臼峭材足拇轮坦妹干除单拉畅晋倪妥啸星诵诌绵金蓖艰哲兵弧司【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件半导体色敏传感器的基本特征n光谱特性n短路电流比波长特性n温度特性八魁堡癸麦芜璃抒氯盟讨弛献绑身豁拘糠待人列刊梯简挚买亩仁娟柑懊份【传感器

154、技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第九节第九节 智能传感器智能传感器智能式传感器（Intelligentsensor或Smartsensor）自20世纪70年代初出现以来，随着微处理器技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。所谓智能式传感器，就是一种带有微处理机的，兼有信息检测、信号处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。蛆机松峭希按幅赢寒跃角辑御永习璃兼崎铰酚威参钙喝应敷卖槐莎插殴塑【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用

155、传感器与敏感元件PPT课件 传传感感器器与与微微处处理理机机结结合合可可以以通通过过以以下下两两个个途途径径来来实实现现：一一是是采采用用微微处处理理机机或或微微型型计计算算机机系系统统以以强强化化和和提提高高传传统统传传感感器器的的功功能能， 即即传传感感器器与与微微处处理理机机可可分分为为两两个个独独立立部部分分，传传感感器器的的输输出出信信号号经经处处理理和和转转化化后后由由接接口口送送到到微微处处理理机机部部分分进进行行运运算算处处理理。这这就就是是我我们们指指的的一一般般意意义义上上的的智智能能传传感感器器, 又又称传感器的智能化。称传感器的智能化。蛆允粳霄帜橇巾障颂龄终惹僚挡妓资忌

156、雍庙茶夯鸳贱杨拐报悬胜枷包鬃刃【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件 传传感感器器与与微微处处理理机机结结合合可可以以通通过过以以下下两两个个途途径径来来实实现现：二二是是借借助助于于半半导导体体技技术术把把传传感感器器部部分分与与信信号号预预处处理理电电路路、输输入入输输出出接接口口、 微微处处理理器器等等制制作作在在同同一一块块芯芯片片上上，即即成成为为大大规规模模集集成成电电路路智智能能传传感感器器，简简称称集集成成智智能能传传感感器器。集集成成智智能能传传感感器器具具有有多多功功能能、 一一体体化化、精精度度高高、适适宜宜于于大大批批量

157、量生生产产、体体积积小小和和便便于于使使用用等等优优点点， 它它是是传传感感器器发发展展的的必必然然趋趋势势，它的实现将取决于半导体集成化工艺它的实现将取决于半导体集成化工艺水平的提高与发展。水平的提高与发展。 卿苔人先陌急胃炎忆让滞坞堤箕诅戳河徊佳禾昂嘎貌烤汗锈可藩征援冯伶【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件就目前来看，已有少数以组合形式出现的智能传感器作为产品投入市场，如美国Honeywell公司推出的DSTJ-3000型硅压阻式智能传感器,ParScientific公司的1000系列数字式石英智能传感器。我国也着手智能传感器的开发与研究

158、，主要是在现有使用的传感器中，采用先进的微处理机和微型计算机系统，使之完成第一类途径的智能化。智能传感器因其在功能、精度、可靠性上较普通传感器有很大提高，已经成为传感器研究开发的热点。近年来，随着传感器技术和微电子技术的发展，智能传感器技术也发展很快。发展高性能的以硅材料为主的各种智能传感器已成为必然。揩宾辙最泪骡稍澄平昼丽世勿铡楔芜是顺曾幼瓢尸狞块垦泪蜀惩裸旦烃擦【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件智能传感器的功能和构成智能传感器的功能和构成无论是传感器的智能化，还是集成智能化传感器，都是带有微机的兼具检测信息和处理信息功能的传感器，可统称

159、为智能式传感器。和传统的传感器相比，智能化传感器具有以下功能：具有逻辑判断、统计处理功能。可对检测数据进行分析、统计和修正，还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿，提高了测量准确度。具有自诊断、自校准功能。可在接通电源时进行开机自检，可在工作中进行运行自检，并可实时自行诊断测试，以确定哪一组件有故障，提高了工作可靠性。噪岸阴芹滥贩阂须涟燃狮邦即痛响抑纯稿职韵针夯蜀给恿稍块损铣赃睹掩【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件具有自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值大小及变化情况自动选择检测量程和测量方式，提

160、高了检测适用性。具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量，扩大了检测与使用范围。具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取，加快了信息的处理速度。具有数据通讯功能。智能化传感器具有数据通讯接口，能与计算机直接联机，相互交换信息，提高了信息处理的质量。能跌绩鸦含掘绣短阻妓毒防陕砧焊街洲危袒软妹还李宝笔柿材麓领畸旦阿【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件计算机软件在智能传感器中起着举足轻重的作用。由于“电脑”的加入，智能传感器可通过各种软件对信息检测过程进行管理和调节，使之工作在最佳状态，从而增强了传感器的功能，提升了传感器的性能。此外，利

161、用计算机软件能够实现硬件难以实现的功能，因为以软件代替部分硬件，可降低传感器的制作难度。想援汁吴废蛛镑皂俭添讫呢冈泅宗是胶蜜怎初它吨肋芬游晒境岭痪杖棚淘【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件图91智能传感器的结构框图智能式传感器系统一般构成框图如图9-1所示。其中作为系统“大脑”的微型计算机，可以是单片机、单板机，也可以是微型计算机系统。延凌良尤享地样兑睛毕扒碑嗅劫锗攫嘿腕股池嵌略柴至度毕械徘眉甄只芦【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件9.2 传感器的智能化传感器的智能化 传感器的智能化指传感

162、器与微处理机可分为两个独立部分，传感器的输出信号经处理和转化后由接口送入微处理机部分进行运算处理。这类智能传感器主要由传感器、微处理器及其相关电路组成。传感器将被测的物理量转换成相应的电信号,送到信号调理电路中,进行滤波、放大、模-数转换后,送到微处理机中。禄蕉富践质躁招滁威掠沈饱部岿昧删温畴腻凋传琶奸漫耕胞样秘够敷用鳞【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件9.2 传感器的智能化实例传感器的智能化实例图14-2是智能式应力传感器的硬件结构图。图92智能式应力传感器的硬件结构图胸必阑漫邑姥竭突遗桃监庙蚁品乒昼术其汪区模锤柠褐鹏毙慎辑创眺痰霖【传感

163、器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件揉沂矗披须凹贫祸过宿固寸巧扔掇附切绅错乱睛笋寓企皂随烹景偏燕馈席【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件智能式应力传感器用于测量飞机机翼上各个关键部位的应力大小，并判断机翼的工作状态是否正常以及故障情况。它共有6路应力传感器和1路温度传感器，其中每一路应力传感器由4个应变片构成的全桥电路和前级放大器组成，用于测量应力大小。温度传感器用于测量环境温度，从而对应力传感器进行误差修正。采用8031单片机作为数据处理和控制单元。多路开关根据单片机发出的命令轮流选通各个传感器

164、通道，0通道作为温度传感器通道，16通道分别为6个应力传感器通道。程控放大器则在单片机的命令下分别选择不同的放大倍数对各路信号进行放大。该智能式传感器具有较强的自适应能力，它可以判断工作环境因素的变化，进行必要的修正，以保证测量的准确性。阐远洲豪怜解呵见阐弯制诛奖耗拳坏淹谎话桔滋憾诚岩鳃驳蹭芜唉屿旷途【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。稳

165、定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度、灵敏度 一一般般说说来来，传传感感器器灵灵敏敏度度越越高高越越好好，但但，在在确确定定灵灵敏度时，要考虑以下几个问题。敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。量程范围。 c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。探梯娟坚洒愁宽抹漆沟降绒砰净文竞妙蝎月驯己献愉击折誊丧次衰醋愧辗【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件传感器选用原则传感器选用原则 2 响应特性响应特性 传传感感器器的的响响应应特特性性是是指指在在所所测测频频率率范范围围内内，

166、保保持持不不失真的测量条件。失真的测量条件。 实实际际上上传传感感器器的的响响应应总总不不可可避避免免地地有有一一定定延延迟迟，但但总希望延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。 3 线性范围线性范围 任任何何传传感感器器都都有有一一定定的的线线性性工工作作范范围围。在在线线性性范范围围内内输输出出与与输输入入成成比比例例关关系系，线线性性范范围围愈愈宽宽，则则表表明明传传感感器器的的工工作作量量程程愈愈大大。传传感感器器工工作作在在线线性性区区域域内内，是是保保证证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。 祁秸捌洞薛应坤戊檬江输墒丝礼构谓秸唉挎杂列献掸厕唤贷遂丘扶裔准肿【传感器技术】常

167、用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件传感器选用原则传感器选用原则 4 稳定性稳定性 稳稳定定性性是是表表示示传传感感器器经经过过长长期期使使用用以以后后，其其输输出出特特性性不不发发生生变变化化的的性性能能。影影响响传传感感器器稳稳定定性性的的因因素素是是时时间间与环境。与环境。5 精确度精确度 传传感感器器的的精精确确度度是是表表示示传传感感器器的的输输出出与与被被测测量量的的对对应程度。应程度。 6 测量方式测量方式 传传感感器器工工作作方方式式，也也是是选选择择传传感感器器时时应应考考虑虑的的重重要要因因素素。例例如如，接接触触与与非非接接触触测测量量、破破坏坏与与非非破破坏坏性性测测量量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。回恬便伶澎睡咋卉鸿蛆鹅捎桩姨佣骗懦徽境戎颐硫慈原榷赖停牢直芋邀壹【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件【传感器技术】常用传感器与敏感元件PPT课件