ly光學(xué)傳感器2課件

光電式傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。（1）外光電效應(yīng)在光線作用下使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象。（2）內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。

第9章光學(xué)傳感器光電傳感器光電池光敏三極管光電倍增管光電管光敏二極管光敏電阻1.光電管光電管工作電路真空光電管結(jié)構(gòu)陰極陽(yáng)極玻璃管RL輸出電壓光電管陽(yáng)極陰極EIp3.光敏電阻RGRLEI光敏電阻工作電路RLI---mAV+++

P

N4.光電池有光線作用下，光電池實(shí)質(zhì)上就是電源。光敏二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。PN光光敏二極管符號(hào)5.光敏二極管（1）結(jié)構(gòu)RL

光PN光敏二極管接線

②當(dāng)光照時(shí)，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在外電場(chǎng)的作用下，與P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子作定向運(yùn)動(dòng)，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，這就形成了光電流。當(dāng)光照射PN結(jié)時(shí)，在反向電壓的作用下，其反向電流隨光照強(qiáng)度變化而變化，實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光敏二極管接線

RL

光PN為了減少暗電流的影響，有些光敏二極管在制作PN結(jié)的同時(shí)，還做出一個(gè)環(huán)形的擴(kuò)散層，引出的電極稱為環(huán)極。環(huán)極的電位高于負(fù)極，反向漏電流直接從環(huán)極流過，而不再經(jīng)過負(fù)極，從而可減少負(fù)極與正極間的暗電流。正極環(huán)極負(fù)極光敏二極管符號(hào)

（3）基本應(yīng)用電路+ERFR1R2RLCUO+-+ERFR2RLUO+-(a)(b)硅光電二極管實(shí)用電路光敏三極管有PNP型和NPN型兩種。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的集電結(jié)面積較大,以擴(kuò)大光的照射面積,且其基極不接引線。NNPe

bcPPNbec6.光敏三極管光敏三極管的符號(hào)圖當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子流向集電極,形成輸出電流,且集電極電流為光電流的β倍。RLE基本工作電路當(dāng)集電極加上正電壓,基極開路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)。光敏三極管是兼有光敏二極管特性的器件，它在把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的同時(shí)，又將信號(hào)電流放大。光敏三極管的主要特性：光電靈敏度與光波長(zhǎng)間的關(guān)系。光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)。（1）光譜特性相對(duì)靈敏度/%硅鍺入射光λ/?400080001200016000100806040200光敏晶體管的光譜特性光敏晶體管的光照特性I/μAL/lx200400600800100001.02.03.0（3）光照特性光敏三極管的輸出電流I和照度之間的關(guān)系。光敏晶體管的溫度特性光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。（4）溫度特性暗電流/mA10203040506070T/oC25050光電流/mA10002003004001020304050607080T/oC光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)。0100100050050001000020406010080RL=1kΩRL=10kΩRL=100kΩ入射光調(diào)制頻率/HZ相對(duì)靈敏度/%光敏晶體管的頻率特性（5）頻率特性光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng)

光電管、光電倍增管光生伏特效應(yīng)

光電池、光敏二極管、光敏三極管光量電量光電導(dǎo)效應(yīng)

光敏電阻光電器件光電式傳感器2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者☆博伊爾和史密斯發(fā)明了CCD圖像傳感器。

☆高錕在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性成就。第二節(jié)光纖傳感器光纖傳感器是利用光在光纖中傳導(dǎo)，引起光的特性發(fā)生變化的一類傳感器。

光纖（opticalfiber）是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。它是利用光的全反射原理，高效率地傳輸光能的玻璃或塑料纖維。二、光纖的傳光原理光纖導(dǎo)光示意圖入射介質(zhì)、纖芯、覆蓋層折射率分別為、、為使光線不射出纖維芯，而有效地向前傳輸，應(yīng)符合什么條件？ABCEDKOOF為使光線不射出纖維芯，而有效地向前傳輸，應(yīng)符合全反射條件:ABCEDKOOF在纖維和覆蓋層的界面上有：臨界入射角在纖維內(nèi)，射向覆蓋層的入射角大于臨界角的光線，全部在內(nèi)部反射后繼續(xù)前行。入射光線應(yīng)滿足何要求？ABCEDKOOF1.數(shù)值孔徑三、光纖的主要參數(shù)數(shù)值孔徑反映了光纖對(duì)入射光的接收能力，NA越大，說明光纖能使光線全反射的入射角范圍越大，則接收能力越強(qiáng)。2.傳輸損耗損耗原因：纖維芯的吸收、散射及光纖彎曲處的輻射損耗等。傳播損耗（單位為dB）I0——入射光強(qiáng)；I——距光纖入射端1Km處的光強(qiáng)。四、光纖傳感器的分類功能型非功能型1.光纖壓力傳感器五、光纖傳感器及其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光導(dǎo)纖維導(dǎo)管端血壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1—導(dǎo)光纖維2—膜片3—導(dǎo)管4—保護(hù)罩5—環(huán)氧樹脂密封接點(diǎn)2.光纖溫度傳感器纖維芯為SiO2材料，覆蓋層為硅酮樹脂，構(gòu)成傳感器時(shí)將光纖的覆蓋層去掉，用對(duì)溫度依賴性大的甘油等液體形成液態(tài)覆蓋層。溫度變化引起覆蓋層折射率改變，從而引起反射光量變化，即可達(dá)到測(cè)溫的目的。第三節(jié)CCD傳感器CCD(chargecoupleddevices)：電荷耦合器件CCD器件的基本功能是將動(dòng)態(tài)的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，是一種新型光電轉(zhuǎn)換器件，它能存儲(chǔ)由光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。當(dāng)對(duì)它施加特定時(shí)序的脈沖時(shí)，其存儲(chǔ)的信號(hào)電荷便可在CCD內(nèi)作定向傳輸而實(shí)現(xiàn)自掃描。一、CCD的結(jié)構(gòu)和基本原理主要由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)構(gòu)等組成。電極加正偏壓，P型硅襯底中形成耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。少數(shù)載流子（電子）被吸引到最高正偏壓電極下的區(qū)域中，形成電荷包。電荷定向轉(zhuǎn)移三相控制方式經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，電荷從前一級(jí)的一個(gè)電極下，轉(zhuǎn)移到下一級(jí)的同號(hào)電極下?！姾啥ㄏ蜣D(zhuǎn)移t=t0P1P2P3P1P2P3t=t1P1P2P3P1P2P3t=t2P1P2P3P1P2P3t=t3P1P2P3P1P2P3二、