第三章被测量的获取讲解.ppt

1、光敏电阻 光敏电阻又称为光导管，它是利用某些半导体材料，受光照作用时电阻值随光照的增强而减小、且光照停止后，电阻值又恢复原来数值的特性制造出来的。其原理是，若照射到某些半导体材料上的光子能量大于半导体的禁带宽度，价带中的电子吸收一个光子后，便可跃迁到导带，从而激发出电子 —空穴对，于是降低了半导体的电阻值，提高了其导电性能 。 2、光敏二极管 光敏二极管与普通二极管相似。光敏二极管装在透明的玻璃外壳中，置于管顶的PN结可直接接受光的照射。光敏二极管在电路中处于反向工作状态。无光照时，暗电流很小，电路中无电流通过；有光照时，在 PN 结附近产生电子－空穴对，在内电场的作用下定向运动，形成光电流，光电流随光强的增加而增大。 3、光敏三极管 光敏三极管与普通三极管相像，也有NPN和PNP两种类型。由于光敏三极管是光致导通的，因此它的发射极一边很小，以扩大其受光面积。当光敏三极管的 PN 结受光照射时，便产生电子－空穴对，在内电场的作用下便形成了光电流。如此 PN 结的反向电流显著增大。光照发射极所产生的电流相当于三极管的基极电流，则集电极的输出电流为光电流的β倍。这就是光电子三极管比光电二极管灵敏度高的原因。 三、光生伏特效应 在光照作用下，某些特殊物质（如硅、硒、砷化镓、硫化镉等）可产生一定方向的电动势，这种现象称为光生伏特效应。能产生光生伏特效应的材料称为光电池。光生伏特效应的工作原理是在一块N型半导体晶片上，用扩散的方法掺入一些 P 型杂质形成PN结，分将P型层和 N 型层用电极引出，即正、负极。当光照射到PN结上时，若光子的能量大于半导体的禁带宽度，则在PN结内产生电子－空穴对，在内电场的作用下，空穴向 N 型区移动，使 P 型区带正电，N 型区带负电，因而 PN 结产生电动势。光照越强，产生的电动势越大。 四、光电式传感器的应用 光电传感器在汽车及各工程领域的应用十分广泛，它可用于速度、转速、位置、位移、汽车排放、汽车灯光等物理量的测量。下面是光电传感器在汽车上的几个应用实例。 光电转速传感器 透光式烟度计 汽车大灯检测仪 1、光电转速传感器 光电转速传感器由信号盘、光源和光电转换器件（光电元件）组成，如图3-40所示。光信号盘上的透光窗口转到光电元件处时，光源发射出的光经过信号盘上的透光窗口照射到光电元件上，光电元件就输出与之对应的脉冲信号，若信号盘上的透光窗口数为 ，光电元件在时间 内输出的脉冲数为 ，则被测物体的转速 为： (3-62) 图3-40 光电转速传感器 1－光源；2－信号盘；3－光电器件 2、透光式烟度计 发动机排出的烟尘越浓，对光的吸收能力越强，透光能力越差。透光式烟度计是基于这一原理制成的，见图3-41。发动机排出的废气经采样头进入测试管6的过程中,恒定光源7发出的光透过测试管中的废气后到达光电元件5。废气中烟尘浓度的不同,透过测试管到达光电元件的光强亦有所不同。光电元件输出的电信号越强,光源发出的光被废气吸收的量越少，废气中烟尘浓度就低；反之，则废气中的烟尘浓度越高。 图3-41 透光式烟度计工作原理图 1－换向阀；2－采样头；3－测量室；4－取样泵；5－光电元件；6－测试管；7－光源 3、汽车大灯检测仪 汽车大灯检测仪所用的原理是光生伏特效应，其核心部件是四块性能完全相同的光电池，如图3-42所示。 图3-42 汽车大灯检测仪 1－左、右偏指示计；2－光电池；3－上、下偏斜指示计 发光强度的检测 由前面介绍的光电池产生电动势的原理知，若汽车大灯照在光电池2上的光线越强，则光电池的电动势就越大，若设四块光电池在光照作用下产生的电动势分别为 、 、 和 ，则四块光电池产生的电动势之和即反映了汽车大灯发光强度的大小。 光轴偏斜量的检测 将四块光电池两两联成回路，如图3-42所示。若汽车大灯的光轴中心不在四块光电池组成的靶板的中心，而向某一方向偏斜，则四块光电池因受光面积不等而输出的电流亦不相等。由于存在上与下和左与右之间的电流大小差异，就会使上、下偏斜指示计 3、左右偏斜指示计 1 的指针偏转。显然，两个方向的偏斜指示计的偏转方向反映了汽车大灯光轴的偏斜方向，两个回路中电流的大小反映了汽车大灯光轴偏移量的大小。 3、8 霍尔式传感器 某些半导体材料，如砷化锢（InAs）、锑化锢（InSb）、砷化镓（GaAs）、锗