现代测量技术4常用传感器的变换原理(7393KB).ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 光电效应 外光电效应 光子，光子能量；光电子 外光电效应是指在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应 光电导效应：光敏电阻、光敏二极管（晶体管） 光生伏特效应：光电池 光电效应 光敏电阻 无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小；当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大。 材料 敏感范围 暗电阻 亮电阻 响应速率 硫化镉 0.3～1μm（可见光） 大于1M 小于1K 10－2 硫化铅 5～3μm（近、中红外） 如：用以火焰探测器 大于2M 小于1K 10－4 基本特性 光照特性 伏安特性 光谱特性 频率特性 温度特性 光敏二极管、光敏晶体管 光敏二极管 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态 暗电流、光电流（光照越强，光电流？） 光敏三极管 基极无引出线，集电极相对于发射极为正电压 当光照射在集电结上时, 就会在结附近产生电子-空穴对, 从而形成光电流, 相当于三极管的基极电流。因此集电极电流是光生电流的β倍, 所以光敏晶体管有放大作用。 硅：敏感可见光，可用来探测可见光或赤热状态物体 　 锗：敏感红外光，可用于红外光探测 光电池 一个大面积的PN节，光照下产生的电子－空穴对向两级扩散，形成与光照强度有关的电动势。 光电耦合器件 光电耦合器 光电开关 CCD（电荷耦合器件） 结构：MOS电容器→光敏元或像素；MOS阵列→CCD器件　 原理： 金属 氧化物SiO2 沟阻 耗尽层（势阱） 衬底 P-Si 少数载流子 3.7 半导体敏感元件传感器 3 ) 应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。 光电传感器的应用 29 31 光纤传感器 光纤的结构 光纤的传光原理 光纤传感器工作原理 利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量 功能型——利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成 传光型——光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化 被测对象 光纤敏感元件 至信号处理系统 光源 光纤 光探测器 被测对象 光敏感元件 至信号处理系统 光源 光纤 光探测器 红外传感器——辐射式传感器 红外辐射 本质是热辐射 以波的形式在空间直线传播，真空中以光速传播 当物体温度低于1000℃时，向外辐射的不再是可见光，而是红外光 红外线在通过大气层时, 有三个波段透过率高, 它们是2~2.6 μm、3~5 μm和8~14 μm 红外探测器 热探测器 利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。 光子探测器 利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象。 红外传感器的应用 红外测温仪 红外传感器的应用 红外线气体分析仪 CO2 起滤波作业 N2 第三章 常用传感器 本章学习要求： 1.了解传感器的分类 　　　 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路 3.9 传感器选用原则 3.1 概述 3.2 电阻式传感器 3.3 电感式传感器 3.4 电容式传感器 3.5 压电式传感器 3.6 磁电式传感器 3.7 半导体敏感元件传感器 3.8 其它类型传感器 第三章、传感器测量原理 3.9传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围。 c)交叉灵敏度问题。 3.9传感器选用原则 2 响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。 3 线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 3.9传感器选用原则 4 稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用