傳感器原理與應(yīng)用(上)

傳感器原理與應(yīng)用(上)第一頁(yè)，共227頁(yè)。作者：王雪文

出版社：北京航空航天大學(xué)出版社第二頁(yè)，共227頁(yè)。第一章溫度傳感器1.1電阻型溫度傳感器1.2熱電偶1.3半導(dǎo)體pn結(jié)型溫度傳感器1.4其他溫度傳感器第二章光敏傳感器2.1外光電效應(yīng)及器件2.2光電導(dǎo)效應(yīng)器及其應(yīng)用2.3光生伏特效應(yīng)器件2.4紅外熱釋電光敏器件2.5固態(tài)圖像傳感器2.6光纖傳感器

2.7新型傳感器參考書《傳感器原理及應(yīng)用》作者：王化祥天津大學(xué)出版社《光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用》作者：廖延彪清華大學(xué)出版社第三頁(yè)，共227頁(yè)。一什么是傳感器?廣義的把傳感器歸納為一種能感受外界信息(力、熱、聲光、電等等)，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成易處理的電信號(hào)的裝置。第四頁(yè)，共227頁(yè)。第五頁(yè)，共227頁(yè)。臺(tái)式機(jī)筆記本手機(jī)虛擬視覺視頻采集器音頻采集器虛擬聽覺水溫傳感器虛擬感覺土壤濕度傳感器虛擬運(yùn)動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備辦公設(shè)備“感”+“知”第六頁(yè)，共227頁(yè)。視頻采集器第七頁(yè)，共227頁(yè)。視頻采集器鏡頭+CCD（CMOS）+圖像處理（顯卡等）第八頁(yè)，共227頁(yè)。音頻采集器第九頁(yè)，共227頁(yè)。音頻采集器換能裝置+音頻處理（聲卡等）第十頁(yè)，共227頁(yè)。二傳感器能干啥?第十一頁(yè)，共227頁(yè)。信息技術(shù)兩化融合物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)4.0互聯(lián)網(wǎng)+…?第十二頁(yè)，共227頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)核心：傳感器計(jì)算模式變革的十五年周期定律一個(gè)普遍接受的重要觀點(diǎn)：計(jì)算模式每隔15年發(fā)生一次變革。人們把它稱為“十五年周期定律”，這一判斷就像摩爾定律一樣準(zhǔn)確。1965年以后是以系統(tǒng)性為特征的大型機(jī)時(shí)代。1980年以后是以獨(dú)立性為特征的個(gè)人機(jī)時(shí)代。1995年以后是以共同性為特征的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。2010年以后將以擬人性為特征的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。第十三頁(yè)，共227頁(yè)。美國(guó)：2009年1月7日，IBM等組織向奧巴馬提出通過信息通信技術(shù)投資在短期內(nèi)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)。1月28日，奧巴馬在首次美國(guó)工商業(yè)領(lǐng)袖圓桌會(huì)，IBM首席執(zhí)行官建議政府投資新一代智能型基礎(chǔ)設(shè)施，提出“智慧地球”方案，得到奧巴馬總統(tǒng)回應(yīng)，出臺(tái)總額7870億美元《經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和再投資法》對(duì)上述戰(zhàn)略建議加以落實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)Internet0fThings--

“智慧地球”第十四頁(yè)，共227頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)Internet0fThings--

“感知中國(guó)”

2009年8月7日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶考察無錫提出，加快傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在無錫建設(shè)“感知中國(guó)”中心。

2009年奧巴馬訪華第十五頁(yè)，共227頁(yè)。隨著美國(guó)“智慧地球”計(jì)劃提出，物聯(lián)網(wǎng)已成綜合國(guó)力較量重要因素。美國(guó)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列為“在經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全兩方面至關(guān)重要的技術(shù)”。加拿大、英國(guó)、德國(guó)、芬蘭、意大利、日本和韓國(guó)等加入傳感網(wǎng)研究，歐盟將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

據(jù)Forrester權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè):下一個(gè)萬億級(jí)的通信業(yè)務(wù)將是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，到2020年，物物互聯(lián)業(yè)務(wù)與現(xiàn)有人人互聯(lián)業(yè)務(wù)之比將達(dá)30∶1。第十六頁(yè)，共227頁(yè)。讓物會(huì)說話第十七頁(yè)，共227頁(yè)。由于電網(wǎng)效率低下導(dǎo)致40-70%的電力被浪費(fèi)現(xiàn)有油井中只能開采出20-30%的石油美國(guó)紐約市在交通高峰時(shí)，平均40%-45%的車輛在尋找停車位美國(guó)每年出現(xiàn)220萬起由于手寫處方導(dǎo)致的配藥錯(cuò)誤，而電子醫(yī)療記錄每年可幫助防止100,000人因?yàn)獒t(yī)療事故而死亡。低效的供應(yīng)鏈?zhǔn)沟孟M(fèi)產(chǎn)品和零售業(yè)每年損失400億美元，相當(dāng)于銷售額的3.5%。金融市場(chǎng)因?yàn)槿狈Ω櫯c有效監(jiān)管，盲目擴(kuò)張，釀成危機(jī)。世界需要更加智慧第十八頁(yè)，共227頁(yè)。物的感知信息的采集物的識(shí)別信息的分類物的聯(lián)系信息的傳遞物的認(rèn)識(shí)信息的分析傳感器無線傳感器網(wǎng)絡(luò)GPSRFID各種網(wǎng)絡(luò)媒質(zhì)移動(dòng)云計(jì)算、智能信息處理、海量數(shù)據(jù)分析第十九頁(yè)，共227頁(yè)。我們的世界可以

物聯(lián)化—更透徹的感知Instrumented我們的世界變得

互聯(lián)化—更全面的融合Interconnected所有的事物具有

智能化—更智慧的服務(wù)Intelligent第二十頁(yè)，共227頁(yè)。第二十一頁(yè)，共227頁(yè)。智能家居第二十二頁(yè)，共227頁(yè)。智能公交第二十三頁(yè)，共227頁(yè)。智能交通鐵路、交通安全的智能化智能交通應(yīng)用：提前3秒預(yù)警，能有效避免交通事故；提前1.5秒提醒駕駛?cè)藛T，能防止90%以上事故；提前0.5秒剎車，能減少50%碰撞能量。第二十四頁(yè)，共227頁(yè)。貨運(yùn)車載智能物流應(yīng)用：2006年日本物流成本占GDP是11%，美國(guó)是8%，歐盟是7%，中國(guó)是18%。中國(guó)的運(yùn)輸成本占一半以上，存儲(chǔ)成本占30%。中國(guó)物流是大倉(cāng)庫(kù)倒到小倉(cāng)庫(kù)，小倉(cāng)庫(kù)倒到商店的倉(cāng)庫(kù)，來回倒，每次都要用車，每次都要用勞動(dòng)力。采用信息化管理，實(shí)際上就是用智能物流，把全世界的分銷中心數(shù)量從100個(gè)減少到40個(gè)，成本降低23%，燃料用量降低25%，碳排放量減少10-15%。第二十五頁(yè)，共227頁(yè)。軍工、危險(xiǎn)、特殊物品運(yùn)輸車輛出庫(kù)、運(yùn)輸過程、入庫(kù)的智能管理、實(shí)時(shí)定位以及建立相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)！智慧運(yùn)營(yíng)第二十六頁(yè)，共227頁(yè)。食品安全的可追溯智慧食品物流第二十七頁(yè)，共227頁(yè)。智慧生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的高效管理第二十八頁(yè)，共227頁(yè)?！艄钆浜系淖詣?dòng)優(yōu)化組合將一組軸的測(cè)量尺寸公差值，和一組孔的加工公差值，輸入系統(tǒng)。系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，做出組合配對(duì)。智慧生產(chǎn)第二十九頁(yè)，共227頁(yè)。智能化制造(工業(yè)4.0)“工業(yè)4.0”

是通過信息物理系統(tǒng)網(wǎng)路(CPS:Cyber-PhysicalSystems)

，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備系統(tǒng)與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流。從而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。第三十頁(yè)，共227頁(yè)。工業(yè)4.0

–市場(chǎng)供需自適應(yīng)調(diào)控智能化制造(工業(yè)4.0)成品物流經(jīng)銷商顧客生產(chǎn)基地第三十一頁(yè)，共227頁(yè)。工業(yè)4.0-信息物理系統(tǒng)網(wǎng)路總部工廠工廠工廠庫(kù)存管理系統(tǒng)/數(shù)據(jù)中心新建廠區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管控第三十二頁(yè)，共227頁(yè)。智慧型工廠安全生產(chǎn)最優(yōu)化生產(chǎn)降低能耗靈活的產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展工業(yè)4.0

-信息物理系統(tǒng)網(wǎng)路第三十三頁(yè)，共227頁(yè)。廠區(qū)的綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)平臺(tái)第三十四頁(yè)，共227頁(yè)。三傳感器的基本特性傳感器輸入和輸出的關(guān)系特性靜態(tài)特性：被測(cè)量不隨時(shí)間變化（直流）動(dòng)態(tài)特性：被測(cè)量隨時(shí)間變化（交流）第三十五頁(yè)，共227頁(yè)。靜態(tài)特性線性度第三十六頁(yè)，共227頁(yè)。靜態(tài)特性遲滯第三十七頁(yè)，共227頁(yè)。靜態(tài)特性重復(fù)性第三十八頁(yè)，共227頁(yè)。靜態(tài)特性分辨率第三十九頁(yè)，共227頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性階躍響應(yīng)第四十頁(yè)，共227頁(yè)。階躍響應(yīng)特征參數(shù)時(shí)間常數(shù)：Y（t）從0%——63%上升時(shí)間：Y（t）從10%——90%響應(yīng)時(shí)間：Y（t）從0到穩(wěn)定振蕩次數(shù)：N穩(wěn)態(tài)誤差：Y（∞）和實(shí)際值差第四十一頁(yè)，共227頁(yè)。N階sensor系統(tǒng)輸入信號(hào)：在線性時(shí)不變的物理系統(tǒng)內(nèi),對(duì)于復(fù)雜激勵(lì)的響應(yīng)可以通過組合其對(duì)不同頻率正弦信號(hào)的響應(yīng)來獲?。ā案道锶~級(jí)數(shù)展開”）sensor系統(tǒng)：提供傳遞函數(shù)H(s)，產(chǎn)生幅頻特性（濾波）和相頻特性（信號(hào)展寬）輸出信號(hào)：可以看成不同輸入頻率信號(hào)的增益和相移后組合成的波形。第四十二頁(yè)，共227頁(yè)。第四十三頁(yè)，共227頁(yè)。四傳感器的應(yīng)用與發(fā)展傳感器在控制系統(tǒng)的應(yīng)用第四十四頁(yè)，共227頁(yè)。傳感器在測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用第四十五頁(yè)，共227頁(yè)。第一章溫度傳感器一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的裝置，用于檢測(cè)溫度和熱量，也叫熱電式傳感器。第四十六頁(yè)，共227頁(yè)。溫度傳感種類溫度-電阻：熱電阻、熱敏電阻等溫度-電勢(shì)：熱電偶、PN結(jié)式傳感器熱輻射：熱釋電探測(cè)器、紅外探測(cè)器其他：光纖溫度傳感，液晶溫度傳感等等第四十七頁(yè)，共227頁(yè)。電阻型溫度傳感器利用感溫材料，把測(cè)量溫度變化轉(zhuǎn)為測(cè)量電阻變化。金屬熱電阻式（熱電阻）半導(dǎo)體熱電阻式（熱敏電阻）第四十八頁(yè)，共227頁(yè)。金屬熱電阻1.電阻溫度系數(shù)a要高。純金屬>合金2.測(cè)溫范圍內(nèi)，化學(xué)物理性能穩(wěn)定3.良好的線性輸出特性4.比較高的電阻率5.可加工性。如鉑，銅，鐵，鎳第四十九頁(yè)，共227頁(yè)。幾種正溫度系數(shù)金屬熱電阻溫度特性第五十頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻熱敏電阻是用某種金屬氧化物為基體原料，加入一些添加劑，采用陶瓷工藝制成的具有半導(dǎo)體特性的電阻器。電阻溫度系數(shù)比金屬大很多。正溫度系數(shù)PTC負(fù)溫度系數(shù)NTC臨界溫度系數(shù)CTR第五十一頁(yè)，共227頁(yè)。三類熱敏電阻溫度特性曲線第五十二頁(yè)，共227頁(yè)。PTC熱敏電阻電阻溫度特性曲線突變型RT=R0exp(AT)緩變型RT=A+BT第五十三頁(yè)，共227頁(yè)。PTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性曲線第五十四頁(yè)，共227頁(yè)。NTC熱敏電阻lnRT～1/T關(guān)系曲線第五十五頁(yè)，共227頁(yè)。NTC熱敏電阻靜態(tài)伏安特性曲線第五十六頁(yè)，共227頁(yè)。CTR熱敏電阻負(fù)溫臨界熱敏電阻在某一溫度附近電阻值發(fā)生突變，在狹小的溫度范圍，阻值隨溫度增加降低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。第五十七頁(yè)，共227頁(yè)。半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率對(duì)溫度變化非常敏感，利用其電阻率隨溫度變化的特性可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感。半導(dǎo)體材料電阻率決定于載流子濃度和遷移率。第五十八頁(yè)，共227頁(yè)。遷移率與溫度關(guān)系：半導(dǎo)體載流子遷移率與載流子在電場(chǎng)作用下的散射機(jī)理有關(guān)。主要散射機(jī)構(gòu)為：聲波散射遷移率（晶格振動(dòng)）電離雜質(zhì)遷移率第五十九頁(yè)，共227頁(yè)。電阻率與溫度關(guān)系：本征半導(dǎo)體：本征載流子濃度決定雜質(zhì)半導(dǎo)體：載流子濃度和遷移率決定第六十頁(yè)，共227頁(yè)。硅熱電阻第六十一頁(yè)，共227頁(yè)。硅熱電阻電阻-溫度特性正向偏置偏置電流1mA室溫25度1000Ω第六十二頁(yè)，共227頁(yè)。硅熱電阻電阻-電流關(guān)系

偏置電流應(yīng)小于1mA

第六十三頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)零功率電阻在某一溫度下測(cè)量熱敏電阻值時(shí),加在熱敏電阻上的功耗極低,低到因其功耗引起的熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計(jì).額定零功率電阻R25額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測(cè)得的零功率電阻值第六十四頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)溫度系數(shù)α熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對(duì)變化.溫度系數(shù)越大，反應(yīng)越靈敏最大電流Imax

最大電流是指熱敏電阻最高的電流承受能力.超過最大電流時(shí)熱敏電阻將會(huì)失效。第六十五頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)居里溫度Tc

對(duì)于熱敏電阻的應(yīng)用來說,電阻值開始陡峭地增高時(shí)的溫度是重要的,我們將其定義為居里溫度.動(dòng)作電流Ik

流過熱敏電阻的電流,足以使熱敏電阻自熱溫升超過居里溫度,這樣的電流稱為動(dòng)作電流.第六十六頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻專業(yè)術(shù)語(yǔ)最大工作電壓Vmax

最大工作電壓是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下,允許持續(xù)地保持在熱敏電阻上最高的電壓.對(duì)同一類型而言,環(huán)境溫度越高,最大工作電壓值越低額定電壓VN

額定電壓是在最大工作電壓Vmax以下的供電電壓.通常Vmax=VN+15%第六十七頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻的應(yīng)用醫(yī)療應(yīng)用一般需在數(shù)字式溫度計(jì)、培養(yǎng)(恒溫)箱、皮膚傳感器、導(dǎo)尿管、透析設(shè)備和呼吸器里使用來監(jiān)測(cè)溫度、血流或氣流。家電應(yīng)用一般使用以各種包裝的玻璃封裝薄片來監(jiān)測(cè)和控制烘箱、微波爐、淋浴器、空調(diào)器、冰箱、制冷機(jī)的溫度和監(jiān)控可充電鎳鉻電池上的溫度第六十八頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電阻的應(yīng)用電信應(yīng)用一般進(jìn)行溫度補(bǔ)償、溫度監(jiān)測(cè)與控制。典型應(yīng)用包括開關(guān)設(shè)備，以及無繩電話、收音機(jī)、可充電電池的充電控制。汽車應(yīng)用被用作進(jìn)氣傳感器、電池、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)溫度傳感器、空調(diào)和內(nèi)/外環(huán)境溫度傳感器第六十九頁(yè)，共227頁(yè)。電阻式溫度傳感器應(yīng)用流量檢測(cè)第七十頁(yè)，共227頁(yè)。電阻式溫度傳感器應(yīng)用過熱保護(hù)

第七十一頁(yè)，共227頁(yè)。電阻式溫度傳感器應(yīng)用自動(dòng)延時(shí)

第七十二頁(yè)，共227頁(yè)。電阻式溫度傳感器應(yīng)用恒溫箱控制

第七十三頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶利用兩種不同金屬連接在一起，當(dāng)結(jié)點(diǎn)處溫度變化時(shí)，另兩端產(chǎn)生電勢(shì)變化的原理制成的傳感器為熱電偶第七十四頁(yè)，共227頁(yè)。熱電效應(yīng)1823年賽貝克發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬組合閉合回路，且使其兩觸點(diǎn)處溫度不同，回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這個(gè)物理現(xiàn)象稱為賽貝克效應(yīng)，也稱熱電效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)第七十五頁(yè)，共227頁(yè)。帕爾帖效應(yīng)同溫度的兩種不同金屬相互接觸，由于金屬內(nèi)自由電子密度不同，在接觸面附近產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定電勢(shì)叫帕爾帖電勢(shì)。第七十六頁(yè)，共227頁(yè)。湯姆遜效應(yīng)一均勻介質(zhì)棒兩端溫度不同，導(dǎo)體的高、低溫端有溫度梯度，高溫端自由電子有較高動(dòng)能向低溫端擴(kuò)散，形成內(nèi)建電場(chǎng)，內(nèi)建電場(chǎng)的產(chǎn)生又使電子由低溫端向高溫端漂移，當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩端的電勢(shì)差叫湯姆遜電勢(shì)。

第七十七頁(yè)，共227頁(yè)。參考端T0=0時(shí)，溫度與熱電勢(shì)關(guān)系EA：鎳鉻-鎳銅EU：鎳鉻-鎳硅LB：鉑銠-鉑第七十八頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶的電勢(shì)大小與熱電極的直徑、長(zhǎng)度及長(zhǎng)度方向上的溫度分布無關(guān)，與材料和溫度有關(guān)。如果材料不均勻，將會(huì)產(chǎn)生無法估量的附加電勢(shì)差。第七十九頁(yè)，共227頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)電極定律兩種金屬組成熱電偶電勢(shì)可以用它們分別與第三種金屬組成熱電偶電勢(shì)差來表示。工程上常以鉑、銅為標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)。第八十頁(yè)，共227頁(yè)。中間導(dǎo)體定律在熱電偶參考端接入第三種均勻?qū)w只要保證其兩端溫度大小，則不影響原來的回路熱電勢(shì)值。

第八十一頁(yè)，共227頁(yè)。中間溫度定律熱電偶接點(diǎn)溫度T\T0，其熱電勢(shì)等于熱電偶接點(diǎn)溫度為T\Tn和Tn\T0相應(yīng)電熱勢(shì)的代數(shù)和。第八十二頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的材料在測(cè)量范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化和腐蝕。熱電勢(shì)足夠大，且熱電勢(shì)溫度最好是線性或簡(jiǎn)單函數(shù)關(guān)系，測(cè)量精度高，誤差小。電阻溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高。材料復(fù)制性好，機(jī)械強(qiáng)度高，易加工。第八十三頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶種類標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶鉑銠-鉑：高溫精密測(cè)量，中性介質(zhì)測(cè)量鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-鎳鋁、鎳鉻-考銅：熱電勢(shì)大，但測(cè)溫范圍小非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶鐵-康銅、鎢-錸系、銥-銠系：特殊用途，復(fù)制性差。第八十四頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶結(jié)構(gòu)電極直徑0.1-3.2mm長(zhǎng)度按實(shí)際情況定電極之間用耐高溫絕緣材料第八十五頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的實(shí)用電路單點(diǎn)溫度測(cè)量第八十六頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的實(shí)用電路兩點(diǎn)溫差測(cè)量第八十七頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的實(shí)用電路串聯(lián)求和測(cè)量第八十八頁(yè)，共227頁(yè)。熱電偶的實(shí)用電路并聯(lián)求平均溫度第八十九頁(yè)，共227頁(yè)。半導(dǎo)體PN結(jié)溫度傳感器半導(dǎo)體材料器件的性能參數(shù)，如電阻率、pn結(jié)的反向漏電流和正向電壓等都與溫度有密切的關(guān)系，利用它們對(duì)溫度的敏感性制成半導(dǎo)體溫度敏感器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量和補(bǔ)償功能。第九十頁(yè)，共227頁(yè)。二極管溫度傳感器利用二極管pn結(jié)正向電壓與溫度的關(guān)系

硅二極管，溫度每升高1度，正向電壓下降約2mV第九十一頁(yè)，共227頁(yè)。三極管溫度傳感器三極管集電極電流Ic恒定，發(fā)射結(jié)上正向電壓Vbe隨溫度上升而線性下降。第九十二頁(yè)，共227頁(yè)。集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一個(gè)芯片上的溫度傳感器，輸出結(jié)果與絕對(duì)溫度成正比，是理想的線性輸出集成溫度傳感器常采用對(duì)管差分電路設(shè)計(jì)。第九十三頁(yè)，共227頁(yè)。PTAT原理電路ProportionalToAbsoluteTemperature

優(yōu)點(diǎn)：輸出結(jié)果與絕對(duì)溫度成正比，理想的線性輸出。

第九十四頁(yè)，共227頁(yè)。電壓型PTAT輸出電壓與溫度成正比，由恒流源、PTAT及晶體管組成第九十五頁(yè)，共227頁(yè)。常用的電壓型溫度傳感器為四端輸出型：調(diào)整輸出溫度系數(shù)為10mV/KV+，V-：基準(zhǔn)電壓Vout：電壓輸出表示KVin：偏置電壓Vin=2.73V，Vout=0表示0oC第九十六頁(yè)，共227頁(yè)。電流型PTAT輸出電流與溫度成正比，由恒流源、PTAT組成第九十七頁(yè)，共227頁(yè)。AD590AD590工作電壓4-30V，測(cè)溫范圍-55-150度輸出電流和熱力學(xué)溫度嚴(yán)格成正比第九十八頁(yè)，共227頁(yè)。晶閘管晶閘管的特點(diǎn)是可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)信號(hào)。從控制的觀點(diǎn)看，它的功率放大倍數(shù)很大，用幾十到一二百毫安電流，兩到三伏的電壓可以控制幾十安、千余伏的工作電流電壓。在許多晶體管放大器功率達(dá)不到的場(chǎng)合，它可以發(fā)揮作用。從電能的變化與調(diào)節(jié)方面看，它可以實(shí)現(xiàn)交流—直流、直流—交流、交流—交流、直流—直流以及變頻等各種電能的變換和大小的控制。第九十九頁(yè)，共227頁(yè)。晶閘管類型晶閘管有很多類型，比較常用的有普通晶閘管、高頻晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、無控制晶閘管、光控晶閘管和熱敏晶閘管。第一百頁(yè)，共227頁(yè)。晶閘管結(jié)構(gòu)與外形晶閘管由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，其間形成三個(gè)PN結(jié)，引出三個(gè)電極，分別為陽(yáng)極a、陰極k和控制極g。第一百零一頁(yè)，共227頁(yè)。晶閘管柵極電流Ig控制通斷陽(yáng)極A，陰極K，柵極G第一百零二頁(yè)，共227頁(yè)。溫敏晶閘管當(dāng)溫度升高時(shí)，J2結(jié)的反向漏電流指數(shù)增加，相當(dāng)于在柵極注入電流“開關(guān)溫度”第一百零三頁(yè)，共227頁(yè)。溫敏晶閘管溫度控制1.增大反向漏電流（降低開關(guān)溫度）2.利用柵極分路電阻,分流作用（提升開關(guān)溫度），増流作用（降低開關(guān)溫度）普通晶閘管開關(guān)溫度一般做的很高，溫敏晶閘管為了適應(yīng)不同溫度環(huán)境的應(yīng)用，開關(guān)溫度可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第一百零四頁(yè)，共227頁(yè)。半導(dǎo)體溫敏計(jì)應(yīng)用溫度控制第一百零五頁(yè)，共227頁(yè)。熱輻射溫度計(jì)根據(jù)物體的熱輻射隨溫度變化測(cè)量溫度，屬于非接觸測(cè)量，不干擾溫度場(chǎng)，不受腐蝕。全輻射高溫計(jì)：用絕對(duì)黑體接受全部熱量光學(xué)高溫計(jì)：物體的亮度表示熱輻射大小光電高溫計(jì)：光電流表示熱輻射大小比色溫度計(jì)：?jiǎn)紊椛鋸?qiáng)度比隨溫度變化第一百零六頁(yè)，共227頁(yè)。熱敏電容：利用陶瓷電容的介電常數(shù)隨溫度變化測(cè)量。石英溫度計(jì)：改變切割方法的石英振子的共振頻率隨溫度變化。表面波溫度計(jì)：由表面波器件和電路組成振蕩器，振蕩頻率隨溫度變化超聲波溫度計(jì)：石英振子發(fā)出的超聲波在被測(cè)氣體中頻率隨溫度變化第一百零七頁(yè)，共227頁(yè)。諧振式溫度計(jì)：材料的彈性和密度隨溫度變化，其制成的諧振器頻率是溫度的函數(shù)。音叉式水晶溫度計(jì)：利用振動(dòng)頻率與溫度的關(guān)系，可以作為基準(zhǔn)。光纖輻射溫度計(jì)：黑體輻射定律，被動(dòng)測(cè)量熒光光纖溫度計(jì)：熒光物質(zhì)受激發(fā)射某些譜線強(qiáng)度隨溫度變化。第一百零八頁(yè)，共227頁(yè)。總結(jié)熱電阻型熱電偶型PN結(jié)型第一百零九頁(yè)，共227頁(yè)。第二章光敏傳感器

光敏傳感器能對(duì)光信號(hào)的變化作出迅速反應(yīng)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，將光能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電能。第一百一十頁(yè)，共227頁(yè)。光敏傳感種類光電效應(yīng)傳感光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)等，這些因光照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。第一百一十一頁(yè)，共227頁(yè)。外光電效應(yīng)器件：光電發(fā)射二極管，光電倍增管內(nèi)光電效應(yīng)器件光導(dǎo)管，光敏電阻光生伏特效應(yīng)器件光電池，光電二極管，光電三極管第一百一十二頁(yè)，共227頁(yè)。光敏傳感種類紅外熱釋電探測(cè)器對(duì)光譜中紅外敏感的器件，利用輻射的紅外光（熱）照射材料時(shí)引起材料電學(xué)性質(zhì)變化或產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)原理制成。第一百一十三頁(yè)，共227頁(yè)。光敏傳感種類固態(tài)圖像傳感器分兩大類，一類是用CCD的光電轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移功能制成CCD圖像傳感器；一類是用光敏二極管與MOS晶體管構(gòu)成的將光信號(hào)變成電荷或電流信號(hào)的MOS圖像傳感器。第一百一十四頁(yè)，共227頁(yè)。光敏傳感種類光纖傳感器有光源光敏傳感器，利用發(fā)光管（LED）或激光管（LD）發(fā)射的光，經(jīng)光纖傳輸?shù)奖粰z測(cè)對(duì)象，被檢測(cè)信號(hào)調(diào)制后，光沿光纖傳輸?shù)焦饨邮芷鳎?jīng)解調(diào)得到相應(yīng)信號(hào)。第一百一十五頁(yè)，共227頁(yè)。光電效應(yīng)傳感器外光電效應(yīng)在光照射下，某些材料中的電子逸出表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也稱為光電發(fā)射效應(yīng)。

“光照產(chǎn)生光電流”第一百一十六頁(yè)，共227頁(yè)。1887年德國(guó)物理學(xué)家，赫茲發(fā)現(xiàn)了“光電效應(yīng)”現(xiàn)象，“光電效應(yīng)”是指金屬片受到光照射后放出電子的現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)，赫茲發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)鋅質(zhì)小球之一用紫外線照耀，則在兩個(gè)小球之間就非常容易跳過電花。光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)第一百一十七頁(yè)，共227頁(yè)。1888年莫斯科大學(xué)教授斯托列托夫認(rèn)真研究了光電效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件有如下幾個(gè)事實(shí)：1對(duì)于一定的金屬表面，有一個(gè)固定的頻率f，如果小于f，不論光的強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都不能發(fā)生光電效應(yīng)。2光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子的動(dòng)能以直線關(guān)系隨光的頻率增大而增加，而與光的強(qiáng)度毫無關(guān)系3光電效應(yīng)產(chǎn)生的電流與光的強(qiáng)度成正比。第一百一十八頁(yè)，共227頁(yè)。1899年，俄國(guó)科學(xué)家列別捷夫發(fā)現(xiàn)了“光壓”，光壓是指如果在光線射出的道路上攔上一塊微小的輕金屬片，這塊金屬片就會(huì)朝光線射出的方向運(yùn)動(dòng)?！肮鈮骸保汗馐蔷哂袆?dòng)量的，從物理學(xué)的角度講，物體的動(dòng)量等于它的質(zhì)量與速度的乘積，對(duì)于光來講，它具有質(zhì)量和速度，說明它是一種粒子流，是有能量的。第一百一十九頁(yè)，共227頁(yè)。1902年，德國(guó)物理學(xué)家萊納德也對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無法根據(jù)當(dāng)時(shí)的理論加以解釋。1905年，德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦提出了光子說，認(rèn)為光具有波粒二相性，比較滿意的解釋了光電效應(yīng)。第一百二十頁(yè)，共227頁(yè)。亥姆霍茲赫茲萊納德列別捷夫第一百二十一頁(yè)，共227頁(yè)。光電流檢測(cè)第一百二十二頁(yè)，共227頁(yè)。光電發(fā)射二極管檢測(cè)裝置中發(fā)射電子的極板為陰極，吸收電子的極板為陽(yáng)極，且將兩者封于同一殼內(nèi)，連上電極（正偏），就成為光電二極管。真空光電二極管充氣光電二極管第一百二十三頁(yè)，共227頁(yè)。真空光電二極管第一百二十四頁(yè)，共227頁(yè)。第一百二十五頁(yè)，共227頁(yè)。0~20V范圍內(nèi)，偏壓∝光電流大于20V，飽和區(qū)

光電流∝光強(qiáng)第一百二十六頁(yè)，共227頁(yè)。充氣光電二極管管殼中充有惰性氣體（氬，氖）特點(diǎn)：光電流隨偏置電壓增加而增大優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，加大電壓提高光電流缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差，頻率特性差第一百二十七頁(yè)，共227頁(yè)。第一百二十八頁(yè)，共227頁(yè)。光電發(fā)射材料光吸收系數(shù)大光電子體內(nèi)傳輸?shù)襟w外過程中能量損失小，逸出深度大電子親和勢(shì)低，使表面的逸出幾率提高第一百二十九頁(yè)，共227頁(yè)。金屬材料逸出功大，響應(yīng)在紫外區(qū)域。半導(dǎo)體材料逸出功小，響應(yīng)在可見光和紅外區(qū)域。

η：量子效率第一百三十頁(yè)，共227頁(yè)。光電倍增管倍增效應(yīng)具有足夠動(dòng)能的電子轟擊倍增極時(shí)，該倍增極表面將有電子發(fā)射，稱二次電子發(fā)射第一百三十一頁(yè)，共227頁(yè)。直線瓦片式倍增系統(tǒng)第一百三十二頁(yè)，共227頁(yè)。鼠籠式倍增系統(tǒng)第一百三十三頁(yè)，共227頁(yè)。百葉窗式倍增系統(tǒng)第一百三十四頁(yè)，共227頁(yè)。光電倍增管參數(shù)陽(yáng)極靈敏度和放大倍數(shù)隨工作電壓關(guān)系第一百三十五頁(yè)，共227頁(yè)。光電倍增管參數(shù)暗電流：無光照條件下，加電壓，陽(yáng)極電流1.歐姆漏電：管內(nèi)的堿金屬蒸汽2.熱電子發(fā)射：材料的逸出功低，溫度導(dǎo)致3.反饋效應(yīng)：管內(nèi)的氣體電離，熒光發(fā)射4.場(chǎng)致發(fā)射：尖端在高壓下的場(chǎng)致發(fā)射第一百三十六頁(yè)，共227頁(yè)。光電倍增管參數(shù)光電特性陽(yáng)極電流隨光通量增加在很大范圍是線性增加的。第一百三十七頁(yè)，共227頁(yè)。光電倍增管電路第一百三十八頁(yè)，共227頁(yè)。正高壓供電與前放耦合第一百三十九頁(yè)，共227頁(yè)。負(fù)高壓供電與前放耦合第一百四十頁(yè)，共227頁(yè)。光電效應(yīng)傳感器內(nèi)光電效應(yīng)光照射半導(dǎo)體材料時(shí)，材料吸收光子而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，使導(dǎo)電性能加強(qiáng)，電導(dǎo)率增加這種光照后電導(dǎo)率發(fā)生變化現(xiàn)象為光電導(dǎo)效應(yīng)，又稱為內(nèi)光電效應(yīng)。

“光照改變阻值”第一百四十一頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成光敏電阻，結(jié)構(gòu)包括玻璃基片，光電導(dǎo)材料，電極，漆膜，外殼。第一百四十二頁(yè)，共227頁(yè)。第一百四十三頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻參數(shù)暗電阻：全暗條件下電阻值亮電阻：受到光照時(shí)的電阻值第一百四十四頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻參數(shù)光電靈敏度：?jiǎn)挝还馔咳肷錀l件下，光敏電阻輸出的光電流大小。S=dI/d?第一百四十五頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻伏安特性第一百四十六頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻光電流與光通量第一百四十七頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻光譜特性第一百四十八頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻頻率特性第一百四十九頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻溫度特性第一百五十頁(yè)，共227頁(yè)。光敏電阻的應(yīng)用自動(dòng)照明裝置第一百五十一頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)傳感器利用光照射半導(dǎo)體材料PN結(jié)后，在PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（可用作電壓源）的光生伏特效應(yīng)現(xiàn)象，可制作光生伏特效應(yīng)器件。

“光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)”第一百五十二頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)開路應(yīng)用光電池第一百五十三頁(yè)，共227頁(yè)。光電池光電池是將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器件，這類器件有發(fā)電機(jī)的性質(zhì)，具有電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。第一百五十四頁(yè)，共227頁(yè)。一、1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)“光伏效應(yīng)”。二、1954年，美科學(xué)家恰賓和皮爾松首次制成實(shí)用單晶硅太陽(yáng)能電池，誕生將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)，效率為6%三、同年，韋克爾發(fā)現(xiàn)砷化鎵有光伏效應(yīng)，并制成第一塊薄膜太陽(yáng)能電池。第一百五十五頁(yè)，共227頁(yè)。四、1957年，硅太陽(yáng)能電池效率為8%。1958年，太陽(yáng)能電池首次在太空應(yīng)用。1995年，高效聚光砷化鎵太陽(yáng)電池效率達(dá)到32%。五、1996年以來，世界光伏發(fā)電高速發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣，尤其是光伏技術(shù)的屋頂計(jì)劃，為光電展現(xiàn)無限光明的前途。第一百五十六頁(yè)，共227頁(yè)。第一百五十七頁(yè)，共227頁(yè)。屋頂上的電源第一百五十八頁(yè)，共227頁(yè)。日本民房臺(tái)灣八里鄉(xiāng)第一百五十九頁(yè)，共227頁(yè)。上海德國(guó)學(xué)校第一百六十頁(yè)，共227頁(yè)。

2007年我國(guó)已有500多家光伏企業(yè)和研發(fā)單位。光伏電池年產(chǎn)量1088MW,約占世界總量的27.2%，已經(jīng)超過日本和歐洲，位居全球第一。預(yù)測(cè)今后10年，光伏太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)將以40%甚至更高的遞增速度發(fā)展，光伏發(fā)電將成為人類的基礎(chǔ)能源之一。第一百六十一頁(yè)，共227頁(yè)。石英砂金屬硅多晶硅多晶單晶直拉區(qū)熔半導(dǎo)體材料太陽(yáng)能硅片集成電路太陽(yáng)能電池組裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)IC產(chǎn)業(yè)配套產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備單晶硅第一百六十二頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)反偏應(yīng)用n型p型耗盡層耗盡層光電二極管實(shí)際上是一個(gè)加了反向偏壓的pn結(jié)第一百六十三頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)反偏應(yīng)用pnE光生電流I1.pn結(jié)加一個(gè)較高的反向偏壓2.pn結(jié)耗盡區(qū)受到光的照射產(chǎn)生光生載流子3.在外部偏壓的作用下，光生載流子定向漂移產(chǎn)生光生電流第一百六十四頁(yè)，共227頁(yè)。加反向偏置電壓后形成一個(gè)很寬的耗盡層高摻雜p+型高摻雜n+型i(本征)層：低摻雜n型耗盡區(qū)PIN光電二極管第一百六十五頁(yè)，共227頁(yè)。雪崩光電二極管第一百六十六頁(yè)，共227頁(yè)。光電三極管+vbce工作原理：光電二極管光電轉(zhuǎn)換，三極管光電流放大。第一百六十七頁(yè)，共227頁(yè)。光敏三極管的應(yīng)用：光控電位器第一百六十八頁(yè)，共227頁(yè)。光電三極管I-V曲線第一百六十九頁(yè)，共227頁(yè)。光敏場(chǎng)效應(yīng)管晶體管是一種電流控制元件，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件

場(chǎng)效應(yīng)管（FET）是一種電壓控制器件，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。

FET因其制造工藝簡(jiǎn)單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。第一百七十頁(yè)，共227頁(yè)。光敏場(chǎng)效應(yīng)管N溝道P溝道兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道。三個(gè)電極：g：柵極d：漏極s：源極結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管第一百七十一頁(yè)，共227頁(yè)。

（1）柵源電壓Vgs對(duì)溝道的控制作用在柵源間加負(fù)電壓Vgs，令Vds=0當(dāng)Vgs=0時(shí)，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。當(dāng)│Vgs│↑時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，溝道電阻增大。當(dāng)│Vgs│↑到一定值時(shí)，溝道會(huì)完全合攏。第一百七十二頁(yè)，共227頁(yè)。

（2）漏源電壓Vds對(duì)電流Id的影響在漏源間加電壓Vds，令Vgs=0

當(dāng)Vds

=0時(shí)，Id=0Vds

↑→Id↑靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布當(dāng)Vds↑，Vgd=-Vds=Vp時(shí)，在靠漏極處夾斷:預(yù)夾斷預(yù)夾斷前，Vds↑→Id↑預(yù)夾斷后，Vds

↑→Id幾乎不變第一百七十三頁(yè)，共227頁(yè)。

（2）柵源電壓Vgs和漏源電壓Vds共同作用輸出特性曲線：Id=f（Vds）│Vgs=常數(shù)可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)第一百七十四頁(yè)，共227頁(yè)。轉(zhuǎn)移特性曲線：第一百七十五頁(yè)，共227頁(yè)。耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管第一百七十六頁(yè)，共227頁(yè)。光敏場(chǎng)效應(yīng)管第一百七十七頁(yè)，共227頁(yè)。柵壓與照度關(guān)系第一百七十八頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用光電二極管路燈自控第一百七十九頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用光電二極管光強(qiáng)測(cè)量第一百八十頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用太陽(yáng)能電源

第一百八十一頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用光敏三極管轉(zhuǎn)速傳感

第一百八十二頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用光電三極管紙張監(jiān)控第一百八十三頁(yè)，共227頁(yè)。光生伏特效應(yīng)器件應(yīng)用光耦的應(yīng)用光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用。三部分：“光的發(fā)射”“光的接受”“信號(hào)放大”第一百八十四頁(yè)，共227頁(yè)。光耦直接用于隔離傳輸模擬量時(shí)，要考慮光耦的非線性問題。解決方法：VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式第一百八十五頁(yè)，共227頁(yè)。光耦隔離傳輸數(shù)字量時(shí)，要考慮光耦的響應(yīng)速度問題。1.采用高速光耦來實(shí)現(xiàn)模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136。2.采用合適的電路結(jié)構(gòu)。

“雙光耦推挽式電路”第一百八十六頁(yè)，共227頁(yè)。如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計(jì)問題。功率接口電路：驅(qū)動(dòng)各種類型的負(fù)載，如直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、各種電磁閥等。要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸出電流大、工作電壓高的特點(diǎn)。繼電器：響應(yīng)速度要求不高的啟停操作ms光耦：響應(yīng)時(shí)間要求很快的控制系統(tǒng)us第一百八十七頁(yè)，共227頁(yè)。紅外熱釋電光敏傳感

第一百八十八頁(yè)，共227頁(yè)。紅外線是太陽(yáng)光線中眾多不可見光線中的一種，由英國(guó)科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射。他將太陽(yáng)光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測(cè)量各種顏色光的加熱效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計(jì)升溫最快。因此得到結(jié)論：太陽(yáng)光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。第一百八十九頁(yè)，共227頁(yè)。紅外敏感器件按工作原理分為：量子型：光子探測(cè)器，利用入射光輻射的光子流與探測(cè)器材料中的電子相互作用，光能轉(zhuǎn)化成電能。

熱電型：利用紅外輻射熱效應(yīng)，探測(cè)器敏感元件吸收輻射溫度升高，電學(xué)性質(zhì)變化。熱釋電效應(yīng)器件。第一百九十頁(yè)，共227頁(yè)。鐵電晶體鐵電材料，是熱釋電材料中的一類。特點(diǎn)是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內(nèi)，自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場(chǎng)的方向而改變。

“電疇”第一百九十一頁(yè)，共227頁(yè)。熱釋電效應(yīng)光照鐵電晶體，吸收產(chǎn)生溫度變化導(dǎo)致材料自發(fā)極化變化。溫度因吸收紅外光上升極化強(qiáng)度減小，釋放電荷產(chǎn)生電流，稱為熱釋電現(xiàn)象。第一百九十二頁(yè)，共227頁(yè)。熱釋電傳感器第一百九十三頁(yè)，共227頁(yè)。雙元型紅外傳感器1.濾光窗抗其他光源的干擾，僅對(duì)人體發(fā)出的紅外線最敏感。結(jié)構(gòu)：薄玻璃片上鍍多層濾光薄膜，有效濾除700-1400nm以外的紅外線。第一百九十四頁(yè)，共227頁(yè)。雙元型紅外傳感器2.菲涅耳透鏡透鏡組，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)視場(chǎng)相鄰視場(chǎng)不連續(xù)，形成交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使敏感單元溫度不斷變化。作用：提高探測(cè)半徑第一百九十五頁(yè)，共227頁(yè)。雙元型紅外傳感3.敏感元件按極化方向相反串聯(lián)，一個(gè)用于紅外檢測(cè)，一個(gè)鍍紅外反射膜用于噪聲補(bǔ)償。作用：環(huán)境溫度補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)方向判斷第一百九十六頁(yè)，共227頁(yè)。雙元型運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)法第一百九十七頁(yè)，共227頁(yè)。固態(tài)圖像傳感器高度集成半導(dǎo)體光敏傳感器。以電荷轉(zhuǎn)移為核心，包括光電轉(zhuǎn)換，信號(hào)存儲(chǔ)和傳輸、處理的集成光敏傳感器，用于圖像識(shí)別和傳輸主要分為：電荷耦合器件CCD自掃描光電二極管陣列MOS第一百九十八頁(yè)，共227頁(yè)。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：維拉·博伊爾(WillardS.Boyle)喬治·史密斯（GeorgeE.Smith）1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室：影像電話和半導(dǎo)體氣泡式內(nèi)存這兩種技術(shù)結(jié)合，CBD。70年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室用簡(jiǎn)單的線性裝置捕捉影像，CCD誕生。1974年仙童公司產(chǎn)品，500單元的線性裝置和100x100像素的平面裝置。第一百九十九頁(yè)，共227頁(yè)。第二百頁(yè)，共227頁(yè)。第二百零一頁(yè)，共227頁(yè)。CCD（Charge-coupledDevice）

CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。

第二百零二頁(yè)，共227頁(yè)。CCD的結(jié)構(gòu)第二百零三頁(yè)，共227頁(yè)。一種是TTL工藝，毫安級(jí)的耗電量。一種是CMOS工藝，微安級(jí)的耗電量。TTL工藝下成像質(zhì)量要優(yōu)于CMOS工藝

加工工藝第二百零四頁(yè)，共227頁(yè)。CCD傳輸方式隔行傳輸式（InterlineTransfer）-感光元件產(chǎn)生電信號(hào)-電荷轉(zhuǎn)移到并行寄存器-電荷從并行寄存器轉(zhuǎn)移到串行寄存器-串行寄存器將電信號(hào)轉(zhuǎn)到模擬寄存器-放大、數(shù)摸轉(zhuǎn)換、數(shù)字信息第二百零五頁(yè)，共227頁(yè)。CCD傳輸方式全幀（FullFrame）-感光元件產(chǎn)生電信號(hào)-電荷轉(zhuǎn)移到串行寄存器-放大、數(shù)摸轉(zhuǎn)換第二百零六頁(yè)，共227頁(yè)。CCD傳輸方式全轉(zhuǎn)（FullFransfer）-綜合FullFrame和InterlineTransfer特點(diǎn)，在器件上劃分感光區(qū)和寄存區(qū)-曝光和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移可以同時(shí)進(jìn)行第二百零七頁(yè)，共227頁(yè)。CCD采光方式第二百零八頁(yè)，共227頁(yè)。CCD量子效率在同一波長(zhǎng)下QE值越高CCD品質(zhì)越好CCD對(duì)于不同波長(zhǎng)的光的響應(yīng)時(shí)間的敏感度不同背照式CCD比前照式CCD有更好的量子效率多數(shù)衡量QE高低是在425nm波長(zhǎng)第二百零九頁(yè)，共227頁(yè)。CCD像素指標(biāo)-填充因子理想值-100%實(shí)際值-30%（隔行傳輸式CCD）通過微型鏡頭（Microlenses）改善（但微型鏡頭的應(yīng)用會(huì)影響紫外光的檢測(cè)）填充因子是影響靈敏度的一個(gè)因數(shù)第二百一十頁(yè)，共227頁(yè)。CCD像素指標(biāo)-井深多數(shù)CCD可堆積85K個(gè)電荷高品質(zhì)的CCD可堆積350K個(gè)電荷影響靈敏度的一個(gè)因數(shù)衡量動(dòng)力學(xué)范圍的一個(gè)因素第二百一十一頁(yè)，共227頁(yè)。CCD動(dòng)力學(xué)范圍-描述從CCD像素值中可以得到多少數(shù)量的灰度級(jí)別的一個(gè)術(shù)語(yǔ)-用來表示飽和電壓（最大輸出級(jí)別）與