第4部分 传感器原理5-光电磁敏半导体.ppt

光电绝对编码器结构示意图 光电传感器 图3-53a为一个接触式四位二进制码盘，涂黑部分为导电区。所有导电部分连接在一起接高电位。空白部分为绝缘区。在每圈码道上都有一个电刷，电刷经电阻接地。当码盘与轴一起转动时，电刷上将出现相应的电位，对应一定的数码。 光电传感器 光电编码器产品 光电传感器 案例：光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来 测量位移。 光电传感器 亮度传感器： 通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。 光电传感器 相机测距反射式光电传感器 光电传感器 第三章 常用传感器与敏感元件 第七节 半导体传感器 半导体材料的一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等理化量的敏感性。利用半导体材料的这些特性使其成为非电量电测的转换元件，是近代半导体技术应用的一个重要方面。 半导体传感器是物性型传感器，具有许多明显的优点：结构简单、体积小、重量轻的器件；功耗低、 安全可靠、寿命长；对被测量敏感、响应快； 易于实现集成化。 缺点：输出特性一般是非线性的，常常需要采用线性 化电路；受温度影响大，往往需要采用温度补 偿措施；其性能参数分散性较大。 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 1. 霍尔元件 磁敏传感器 一、磁敏传感器 →利用半导体材料的磁敏特性 霍尔效应的产生是由于运动电荷受到磁场中洛伦兹力 作用的结果， 相应的电动势称为 霍尔电势。 左手定则 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。 磁敏传感器 磁敏传感器 测转角： 磁敏传感器 电流传感器 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 磁敏传感器 铁磁材料裂纹检测 N S 磁敏传感器 案例：汽车速度测量: 磁敏传感器 2. 磁电阻元件 →利用半导体材料的磁阻效应 霍尔元件处于外磁场中时，会产生载流子的偏移，故使其传导电流分布不均，表现为传导电流方向的电阻也不一致。当改变磁场的强弱就会影响电流密度的分布，半导体片的电阻变化可反映这一状态。半导体片的电阻与外加磁场 B 和霍尔常数 kB 有关，这种特性称为磁阻效应。 特点： 电阻的增量与磁场的平方成正比； 与磁场的正负无关； 温度系数影响大； 磁感应的范围比霍尔元件大。 磁敏传感器 应用：磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数 测量。例如：磁头、接近开关、无触点开关等 磁敏传感器 华中科技大学机械学院 测试技术与信号处理 第五节 光电传感器 光电传感器通常能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 常用的有光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管等。 第三章 常用传感器与敏感元件 光电传感器把光转换为电信号的传感器。 若用它来测量其他非电量时，只需将这些非电量的变化先转换为光信号的的变化。 这种测量方法具有结构简单、可靠性高、精度高、非接触和反应快等优点，被广泛用于各种自动检测系统中。 光电传感器的工作原理是基于光电效应。 1. 外光电效应 光电传感器 一、光电测量原理 用光照射某一物体，即为光子与该物体的能量交换过程，这一过程中产生的电效应称为光电效应 —— 按其作用原理分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应。 →在光照作用下，物体内的电子从 物体表面逸出的现象 金属中存在大量的自由电子，通常，它们在金属内部作无规则的热运动，不能离开金属表面。但当电子获得等于或大于电子逸出功的能量时，便可离开金属表面。如光电管和光电倍增管等。 每个光子具有的能量为 E=hv 光速 普朗克常数 当物体受到光辐射时，其中的电子吸收了一个光子的能量E，该能量的一部分用于使电子从物体内部逸出所做的逸出功A，另一部分则为逸出电子的动能，即 电子质量 电子逸出速度 爱因斯坦光电效应方程式 ①光电子逸出表面的必要条件是 hv A。