第10次課半導(dǎo)體、光纖傳感器與傳感器選用原則

第10次課半導(dǎo)體、光纖傳感器與傳感器選用原則第一頁，共65頁。功能型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。1）功能型光纖傳感器一、分類—光纖傳光又傳感第六節(jié)光纖傳感器

圖a所示為光纖在均衡壓力作用下，由于光彈性效應(yīng)而引起光纖折射率、形狀和尺寸的變化，從而導(dǎo)致光纖傳播光的相位變化和偏振面旋轉(zhuǎn)；圖b所示為光纖在點(diǎn)壓力作用下，引起光纖局部變形，使光纖由于折射率不連續(xù)變化導(dǎo)致傳播光散亂而增加損耗，從而引起光振幅變化。第二頁，共65頁。第六節(jié)光纖傳感器

主要由多模光纖、光源、銅管、光電二極管及測(cè)量電路所組成。多模光纖插入順流而置的銅管中，由于流體流動(dòng)而使光纖發(fā)生機(jī)械變形，從而使光纖中傳播的各模式光的相位發(fā)生變化，光纖的發(fā)射光強(qiáng)出現(xiàn)強(qiáng)弱變化，其振幅的變化與流速成正比，這就是光纖傳感器測(cè)流速的工作原理。第三頁，共65頁。傳光型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒介，所以又稱為非功能型光纖傳感器。2）傳光型光纖傳感器第六節(jié)光纖傳感器

—光纖只傳光第四頁，共65頁。其工作原理為：由激光光源(氫-氦激光)發(fā)出的光(頻率為fi)導(dǎo)入光導(dǎo)纖維，經(jīng)過分光鏡后，光線通過光纖射向振動(dòng)物體，由于振動(dòng)物體(被測(cè)體)振動(dòng)，產(chǎn)生散射(頻率為fs)，被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度與多普勒頻率之間的關(guān)系為式中fi—入射光頻率，即激光源頻率；fs—散射光頻率；n—發(fā)生散射介質(zhì)的折射率；λ—入射光在空氣中的波長(zhǎng)；ν—被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度。第五頁，共65頁。二、光纖導(dǎo)光原理第六節(jié)光纖傳感器

第六頁，共65頁。第六節(jié)光纖傳感器

第七頁，共65頁。三、應(yīng)用光纖傳感器應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其在下列情況下特別適應(yīng):在高壓、電磁感應(yīng)噪音條件下的測(cè)試；在危險(xiǎn)和環(huán)境惡劣條件下的測(cè)試；在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的狹小間隙中的測(cè)試；在遠(yuǎn)距離的傳輸中的測(cè)試。以光纖傳感器為核心的遠(yuǎn)距離測(cè)試系統(tǒng)在過程檢測(cè)和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為當(dāng)前的重點(diǎn)研究課題。第八頁，共65頁。四、應(yīng)用舉例：第六節(jié)光纖傳感器

測(cè)角度、角速度、位置第九頁，共65頁。圖熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)1遮光板；2雙金屬片接收光源12遮光式光纖溫度計(jì)當(dāng)溫度升高時(shí)，雙金屬片的變形量增大，帶動(dòng)遮光板在垂直方向產(chǎn)生位移從而使輸出光強(qiáng)發(fā)生變化。

第十頁，共65頁。膜片反射式光纖壓力傳感器光源接收Y形光纖束殼體P彈性膜片Y形光纖束的膜片反射型光纖壓力傳感器如圖。在Y形光纖束前端放置一感壓膜片，當(dāng)膜片受壓變形時(shí)，使光纖束與膜片間的距離發(fā)生變化，從而使輸出光強(qiáng)受到調(diào)制。

第十一頁，共65頁。光纖被夾在一對(duì)鋸齒板中間，當(dāng)光纖不受力時(shí)，光線從光纖中穿過，沒有能量損失。當(dāng)鋸齒板受外力作用而產(chǎn)生位移時(shí)，光纖則發(fā)生許多微彎，這時(shí)在纖芯中傳輸?shù)墓庠谖澨幱胁糠稚⑸涞桨鼘又?微彎光纖壓力傳感器微彎光纖壓力傳感器DSFF變形器光纖d第十二頁，共65頁。

斜端面光纖液位傳感器圖斜面反射式光纖液位傳感器光纖(a)(b)光纖棱鏡當(dāng)傳感器接觸液面時(shí)，將引起反射回另一根光纖的光強(qiáng)減小。第十三頁，共65頁。第七節(jié)半導(dǎo)體傳感器

二、光敏傳感器:一、磁敏傳感器:六、智能傳感器:四、熱敏傳感器：五、氣敏傳感器：三、CCD固態(tài)圖象傳感器：霍爾元件\磁阻元件\磁敏管光敏電阻\光敏二極管\光敏三極管熱敏電阻氣敏電阻電荷耦合器件(CCD)傳感器+微型計(jì)算機(jī)第十四頁，共65頁。在磁場(chǎng)測(cè)量以及利用磁場(chǎng)作為媒介對(duì)位移、速度、加速度、壓力、角度、角速度、流量、電流、電功率等許多非電量測(cè)量中，半導(dǎo)體磁敏元件是一種重要的器件。分類：磁敏元件分霍耳元件、磁阻元件、磁敏二極管、磁敏三極管等。主要材料有銻化銦、砷化銦、鍺和硅等。這類器件的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，易于集成化，耐沖擊，頻響寬（從直流到微波），動(dòng)態(tài)范圍大，而且可以實(shí)現(xiàn)無接觸檢測(cè)，不存在磨損，抗污染，不產(chǎn)生火花，使用安全，壽命長(zhǎng)，因此它在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制和信息處理等方面有廣泛的應(yīng)用。

一、磁敏傳感器（磁敏特性）第十五頁，共65頁。金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流(設(shè)載流子速度相等)流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。1、霍爾元件霍爾電勢(shì)kB—霍爾常數(shù)，取決于材質(zhì)、溫度和元件尺寸；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；α—電流與磁場(chǎng)方向的夾角。i原理：霍爾效應(yīng)第十六頁，共65頁?；魻栐嗖捎肗型半導(dǎo)體材料。目前最常用的霍爾元件材料有鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)等半導(dǎo)體材料。霍爾元件越薄(d越小)，kB就越大，薄膜霍爾元件厚度只有1μm左右。霍爾元件材料d第十七頁，共65頁?；魻栐M成：霍爾元件的封裝也基本相同。大部分霍爾集成片采用單列直插式塑料封裝，有3或4個(gè)腳?；魻栐妮敵鲭娖胶苄?，是微伏級(jí)。低噪音、高輸入阻抗放大器將信號(hào)放大到和系統(tǒng)電子線路相兼容的電平。電壓調(diào)整器或參考電壓源也是共有的，

為了使霍爾電壓僅與磁場(chǎng)變化有關(guān)，

大部分傳感器以恒流源供電?；魻柶ɑ蚧魻柤善⑺母€、殼體所有的霍爾集成片都具有基本相同的線路。在集成片的基底上除了霍爾元件外，

還有信號(hào)整定線路。第十八頁，共65頁?；魻栐诟鞣N應(yīng)用條件下所選用的原則:1、磁場(chǎng)測(cè)量。若要求被測(cè)磁場(chǎng)精度較高,如高于±0.5％

,那么通常選用砷化鎵霍爾元件,其靈敏度高,約為5-10mv/100mT。溫度誤差可忽略不計(jì)，且材料性能好，可以做的體積較小。在被測(cè)磁場(chǎng)精度較低，體積要求不高，

如精度低于±0.5％

時(shí)，

最好選用硅和鍺霍爾元件。2、電流測(cè)量。大部分霍爾元件可以用于電流測(cè)量.要求精度較高時(shí),選用砷化鎵霍爾元件;精度不高時(shí),可選用砷化鎵、硅、鍺等霍爾元件.3、轉(zhuǎn)速和脈沖測(cè)量。測(cè)量轉(zhuǎn)速和脈沖時(shí)，通常是選用集成霍爾開關(guān)和銻化銦霍爾元件。如在錄像機(jī)和攝像機(jī)中采用了銻化銦霍爾元件替代電機(jī)的電刷，提高了使用壽命。4、信號(hào)的運(yùn)算和測(cè)量。通常利用霍爾電勢(shì)與控制電流、被測(cè)磁場(chǎng)成正比，并與被測(cè)磁場(chǎng)同霍爾元件表面的夾角成正弦關(guān)系的特性，制造函數(shù)發(fā)生器。利用霍爾元件輸出與控制電流和被測(cè)磁場(chǎng)乘積成正比的特性，制造功率表、電度表等。5、拉力和壓力測(cè)量。選用霍爾件制成的傳感器較其它材料制成的傳感器靈敏度和線性度更佳。第十九頁，共65頁。將霍爾元件置于磁場(chǎng)中，從a端通入電流i，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢(shì)VH1,右半部產(chǎn)生霍爾電勢(shì)VH2，方向相反。c、d兩端電勢(shì)為VH2-VH1。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對(duì)位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。

應(yīng)用該磁場(chǎng)采用了特殊形狀的極靴,使磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布呈線性規(guī)律。

1）霍爾位移傳感器第二十頁，共65頁。2)檢測(cè)磁場(chǎng)

檢測(cè)磁場(chǎng)是霍爾式傳感器最典型的應(yīng)用之一。

將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，使磁力線和器件表面垂直，通電后即可輸出與被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性正比的電壓。案例：管道裂紋檢測(cè)原理磁場(chǎng)強(qiáng)度變化導(dǎo)致傳感器輸出電壓發(fā)生變化。鐵磁材料裂紋檢測(cè)

第二十一頁，共65頁。3)霍爾式壓力傳感器霍爾壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖霍爾元件磁鋼壓力P波登管NSSN霍爾壓力傳感器是利用彈性元件的變形位移,然后再利用固接在彈性元件位移部分的霍爾片在磁場(chǎng)中移動(dòng),使通過霍爾片的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化,從而引起霍爾電勢(shì)的變化而工作的。

第二十二頁，共65頁。4)霍爾轉(zhuǎn)速傳感器霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)（a）當(dāng)金屬齒經(jīng)過霍爾傳感器前端時(shí)，引起磁場(chǎng)變化，霍爾元件檢測(cè)到磁場(chǎng)變化，并轉(zhuǎn)換成一個(gè)交變電信號(hào)，傳感器內(nèi)置電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號(hào)，測(cè)量頻率范圍寬，輸出信號(hào)精確穩(wěn)定,安裝簡(jiǎn)單,防油防水,已在電力、汽車、航空、紡織、石化等測(cè)速領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。輸入軸輸入軸霍爾傳感器（b）第二十三頁，共65頁。5）電流傳感器原理霍爾元件輸入電流變化導(dǎo)致傳感器輸出電壓發(fā)生變化。第二十四頁，共65頁。2、磁阻元件通常以電阻率的相對(duì)改變量來表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示【Δρ=ρ(B)-ρ(0)】。磁阻效應(yīng)（MagnetoresistanceEffects）是指某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。電阻的變化稱為磁阻（MR）。其中ρ(0)—零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率；

ρ(B)—在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的電阻率。由于因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)改變量ΔR/R(0)來表示磁阻效應(yīng)的大小?！睛=R(B)-R(0)】利用半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)(或高斯效應(yīng))。原理：第二十五頁，共65頁。

當(dāng)霍爾元件處于外磁場(chǎng)中時(shí)，載流子受洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在d、c兩端分別積聚、電荷，形成霍耳電場(chǎng)。

如果霍耳電場(chǎng)作用和某一速度載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場(chǎng)方向(ab方向)運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應(yīng)。若將圖中a端和b端短路，則磁阻效應(yīng)更明顯。Fl=qvB左手定則FE=qE--++xFEFlvabcd產(chǎn)生磁阻效應(yīng)的原理第二十六頁，共65頁。b)ΔR/R(0)與磁場(chǎng)的正負(fù)無關(guān)；c)受溫度系數(shù)影響大；d)磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。

R-5-4-3-2-1012345a)當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于較弱磁場(chǎng)中時(shí)，一般磁阻傳感器電阻相對(duì)變化率ΔR/R(0)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B2；磁阻效應(yīng)的特點(diǎn)在強(qiáng)磁場(chǎng)(μB＞1)中ΔR/R(0)與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性關(guān)系。為獲得較好的線性特性，應(yīng)選擇遷移率比較高的半導(dǎo)體材料（如n型銻化銦）。第二十七頁，共65頁。特點(diǎn)：磁阻元件中的載流子在電場(chǎng)中漂移很短，頻率響應(yīng)極佳。磁阻元件是二端元件，特殊的有三端和四端元件，還有磁阻集成電路。主要用于位移和角度的檢測(cè)和無觸點(diǎn)電位器等。用途：

目前，磁阻效應(yīng)還廣泛用于磁傳感、磁力計(jì)、電子羅盤、車輛探測(cè)、GPS導(dǎo)航、儀器儀表、磁存儲(chǔ)(磁卡、硬盤)等領(lǐng)域。

第二十八頁，共65頁。應(yīng)用實(shí)例

銻化銦（InSb-In）薄膜磁阻元件電流傳感器檢測(cè)微弱電流

案例1—同時(shí)改變兩個(gè)InSb-In磁阻元件阻值，第二十九頁，共65頁。案例2—磁阻效應(yīng)位移傳感器

將磁阻元件置于磁場(chǎng)中，當(dāng)它相對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生位移時(shí)，元件內(nèi)阻R1、R2發(fā)生變化，如果將它們接于電橋，則其輸出電壓比例于電阻的變化。第三十頁，共65頁。案例3—InSb磁阻式齒輪傳感器

基于磁阻效應(yīng)原理的半導(dǎo)體InSb磁阻效應(yīng)包括磁電阻率效應(yīng)(表現(xiàn)為半導(dǎo)體的電阻率隨外加磁場(chǎng)變化而變化)和幾何形狀效應(yīng)(表現(xiàn)為在相同磁場(chǎng)作用下，幾何形狀不同，半導(dǎo)體片電阻值出現(xiàn)不同的變化)兩種。用于旋轉(zhuǎn)速度、角度、位置和方向的檢測(cè)和自動(dòng)控制。由半導(dǎo)體InSb磁敏電阻元件和偏置磁鋼組成，如圖所示，與相應(yīng)模數(shù)磁性齒輪(包括由鐵、鋼、矽鋼片等軟磁材料制成齒輪和由硬磁材料制成磁性齒輪)配合使用。第三十一頁，共65頁。磁敏二極管和磁敏三極管是70年代發(fā)展出來的新型磁敏傳感器。3、磁敏管第三十二頁，共65頁。晶體二極管的工作原理：晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。第三十三頁，共65頁。磁敏二極管工作原理：給磁敏二極管加正電壓時(shí)（P＋區(qū)接正，N＋區(qū)接負(fù)），P＋區(qū)向i區(qū)注入空穴，N＋區(qū)向i區(qū)注入電子。1）在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，大部分的空穴和電子分別流入N＋區(qū)和P＋區(qū)而產(chǎn)生電流，只有很少一部分載流子在i區(qū)或r區(qū)復(fù)合，如圖(a)所示。此時(shí)i區(qū)有固定的阻值，器件呈穩(wěn)定狀態(tài)。2）若給磁敏二極管外加一個(gè)磁場(chǎng)B＋時(shí)，在正向磁場(chǎng)的作用下，空穴和電子在洛侖茲力的作用下偏向r區(qū)，如圖(b)所示。由于空穴和電子在r區(qū)的復(fù)合速率大，因此載流子復(fù)合掉的比沒有磁場(chǎng)時(shí)大得多，從而使i區(qū)中的載流子數(shù)目減少，i區(qū)電阻增大,該區(qū)的電壓降也增加，又使P＋-i結(jié)與i-N＋結(jié)的結(jié)壓降下降

，導(dǎo)致注入到i區(qū)的載流子數(shù)目減少。其結(jié)果是使i區(qū)的電阻繼續(xù)增大，其壓降也繼續(xù)增大，形成正反饋過程，直到進(jìn)入某一動(dòng)平衡狀態(tài)為止。3）當(dāng)給磁敏二極管加一個(gè)反向磁場(chǎng)B-時(shí)，載流子在洛侖茲力的作用下均偏離復(fù)合區(qū)r，如圖(c)所示。其偏離r區(qū)的結(jié)果與加正向磁場(chǎng)時(shí)的情況恰恰相反，此時(shí)磁敏二極管的正向電流增大，電阻減小。

第三十四頁，共65頁。優(yōu)點(diǎn)：從以上的工作過程可以看出，磁敏二極管是采用電子與空穴雙重注入效應(yīng)及復(fù)合效應(yīng)原理工作的，具有很高的靈敏度，約為霍爾元件磁靈敏度的數(shù)百至數(shù)千倍；由于磁敏二極管在正、負(fù)磁場(chǎng)作用下，其輸出信號(hào)增量的方向不同，因此利用這一點(diǎn)可以判別磁場(chǎng)方向。體積小，功耗低。缺點(diǎn)：有較大的噪聲、漂移和溫度系數(shù)。第三十五頁，共65頁。應(yīng)用：

適于檢測(cè)微弱磁場(chǎng)的變化，可用于地磁測(cè)量?jī)x、磁力探傷儀和借助磁場(chǎng)觸發(fā)的無觸點(diǎn)開關(guān)。例如利用導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)制成無接觸電流表，利用磁場(chǎng)變化制成調(diào)制器、自動(dòng)增益控制電路和無觸點(diǎn)電位器，也用于非接觸轉(zhuǎn)速、位移測(cè)量。

第三十六頁，共65頁。磁敏管的應(yīng)用漏磁探傷儀漏磁探傷儀原理圖1裂縫；2磁敏管探頭；3鐵芯；4激勵(lì)線圈；5被測(cè)棒材5放大器顯示儀表42315

放大器顯示儀表4231(a)(b)第三十七頁，共65頁。二、光敏傳感器

光敏傳感器通常是指能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。工作原理是基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)。（一）光敏電阻（光電導(dǎo)效應(yīng)）光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)。光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。第三十八頁，共65頁。（二）光敏二極管和光敏三極管（光電導(dǎo)效應(yīng)）光敏二極管是一種既有一個(gè)PN結(jié)又有光電轉(zhuǎn)換功能的晶體二極管。該P(yáng)N結(jié)位于管的頂部，以便接受光照。光敏二極管在電路中通常處于反向偏置狀態(tài)。在無光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流（也稱暗電流）很小。當(dāng)受到光照射時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，產(chǎn)生電子與空穴，使少數(shù)載流子的濃度大大增加，形成光電流。

光敏二極管基本電路光敏三極管基本電路

第三十九頁，共65頁。（三）光電池（光生伏特效應(yīng)）

光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+++---PN第八節(jié)半導(dǎo)體傳感器

光源光電池第四十頁，共65頁。（四）應(yīng)用光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。

被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間,根據(jù)被測(cè)物對(duì)光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測(cè)定被測(cè)參數(shù)。如測(cè)量液體、氣體的透明度、混濁度,對(duì)氣體進(jìn)行成分分析,測(cè)定液體中某種物質(zhì)的含量等。第四十一頁，共65頁。恒定光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物體上,被測(cè)物體把部分光通量反射到光電元件上,根據(jù)反射的光通量多少測(cè)定被測(cè)物表面狀態(tài)和性質(zhì)。例如測(cè)量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。第四十二頁，共65頁。被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間,光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物遮去其一部分,使作用在光電元件上的光通量減弱,減弱的程度與被測(cè)物在光學(xué)通路中的位置有關(guān)。利用這一原理可以測(cè)量長(zhǎng)度、厚度、線位移、角位移、振動(dòng)等。第四十三頁，共65頁。被測(cè)物體本身就是輻射源，它可以直接照射在光電元件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用在光電元件上。光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外偵察和紅外遙感等均屬于這一類。這種方式也可以用于防火報(bào)警和構(gòu)成光照度計(jì)等。第四十四頁，共65頁。案例：直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器開孔圓盤的輸入軸與被測(cè)軸相連接，光源發(fā)出的光，通過開孔圓盤和縫隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)輸出。開孔圓盤上有許多小孔，開孔圓盤旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件輸出的電脈沖個(gè)數(shù)等于圓盤的開孔數(shù)。因此，可通過測(cè)量光敏元件輸出的脈沖頻率，求得被測(cè)轉(zhuǎn)速n。

n——轉(zhuǎn)速f——脈沖頻率N——圓盤開孔數(shù)第四十五頁，共65頁。案例：光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來測(cè)量位移。案例：亮度傳感器通過檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。第四十六頁，共65頁。隨著半導(dǎo)體與光電技術(shù)的迅速發(fā)展，固態(tài)圖象傳感器也應(yīng)運(yùn)而生，生產(chǎn)工藝技術(shù)也發(fā)展迅猛。固態(tài)圖象傳感器與普通圖象傳感器相比，具有體積小、失真小、靈敏度高、抗振動(dòng)、耐潮濕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量和控制，尤其在圖象識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的日新月異，也會(huì)給固態(tài)圖象傳感器的應(yīng)用帶來廣闊前景。三、CCD固態(tài)圖象傳感器第四十七頁，共65頁。

MOS(MetalOxideSemiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體(P型硅)基片上形成一種氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個(gè)金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元(MOS電容器)。

在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列MOS單元，如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。第四十八頁，共65頁。特點(diǎn):(1)非接觸檢測(cè);(2)響應(yīng)快;(3)可靠性高,維修簡(jiǎn)便;(4)測(cè)量精度高;(5)體積小,重量輕;容易與計(jì)算機(jī)連接(6)對(duì)被測(cè)物體需要強(qiáng)光照射;(7)受被測(cè)物體以外的光的影響.

條形碼掃描器lml1l2(1)寬度測(cè)量(2)外徑測(cè)量(3)主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量.應(yīng)用：第四十九頁，共65頁。（）前處理案例：光學(xué)文字識(shí)別裝置第五十頁，共65頁。案例：傳真技術(shù)第五十一頁，共65頁。數(shù)碼相機(jī)GREY=RED*0.299+GREEN*0.587+BLUE*0.114

第五十二頁，共65頁。四、熱敏傳感器半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。

第五十三頁，共65頁。應(yīng)用溫控器熱敏電阻第五十四頁，共65頁。五、氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳等金屬氧化物制成敏感元件(氣敏電阻)。當(dāng)被測(cè)氣體在該半導(dǎo)體表面吸附后,引起其電學(xué)特性(例如電導(dǎo)率)發(fā)生變化。氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如煤氣、或有毒氣體報(bào)警，也可用于對(duì)大氣污染監(jiān)測(cè)、CO氣體測(cè)量、酒精濃度探測(cè)等方面。煙霧報(bào)警器酒精傳感器一氧化碳傳感器接觸燃燒式氣敏元件半導(dǎo)體氣敏元件氧化鋯氣敏元件第五十五頁，共65頁。六、智能傳感器

傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、光、磁等）、化學(xué)量（如濃度、PH值等）、生物量（如細(xì)菌等）等的信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電信息的裝置。

智能傳感器是將傳感器與微型計(jì)算機(jī)集成在一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還具有認(rèn)知能力。第五十六頁，