传感技术 7-8 压电式传感器及其应用.ppt

Chapter 7 压电式传感器及其应用 ?7－1 压电效应与压电材料 一、压电效应 电致伸缩效应 分类 二、压电材料 三、压电机理 1、单晶 以SiO2为例 2、压电陶瓷 ?5－2 压电传感器的等效电路和测量电路 一、压电传感器的等效电路 三、测量电路 电荷放大器 四、压电传感器的连接方式 ?7－3 压电传感器的应用 一、测力 二、测压力 三、测加速度 四、在线测厚仪 Chapter 8 光电式传感器及其应用 光电式传感器的组成部分 8.1 光电效应 一、光子的能量 二、光电效应 光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。 1. 外光电效应 在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。 基于外光电效应的光电器件有：光电管、光电倍增管等。 我们知道，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能力由下式确定。 2.内光电效应 受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类。 1）光电导效应。在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。基于这种效应的器件有光敏电阻等。 2）光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。 光伏效应－光生伏特效应 侧向光生伏特效应－受光不均匀时，由载流子浓度梯度产生，构成位置敏感器件、或称为反转光敏二极管 PN结光生伏特效应，用于光电池、光敏二极管、光敏三极管。 光电磁效应 －光扩散电流的霍尔效应 贝克勒尔效应－液体中的光生伏特效应， 用于感光电池。 8.2 光电管 8.2 光电管 2、光谱特性 8.3 光电倍增管 二、光电倍增管的主要参数 倍增系数M＝??i 灵敏度： 一个h?在阴极产生的e数－－光阴极灵敏度， 在阳极产生的平均e数－－总灵敏度。 伏安特性 阴极和各倍增极电压保持不变的条件下，阳极光电流IA与UAD的关系 8.4 光敏半导体器件 一、光敏电阻 2. 光敏电阻的工作原理 光敏电阻又称光导管, 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。 无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。 3、主要特性 1）暗电阻和暗电流 1～100 M? 2）亮电阻(~ k?)和亮电流 3）光电流=亮电流-暗电流 4）伏－安特性 二、光电池 2、光电池的主要特性 1）光谱特性 三、光敏二极管－光电二极管 1.工作原理与结构 光敏二极管的结构与普通二极管一样，都有一个PN结，两根电极引线，而且都是非线性器件，具有单向导电性。不同之处在于光敏二极管的PN结在管壳的顶部，可直接受到光的照射，其结构和电路如图所示。 光敏二极管主要技术参数 最高反向工作电压：Is0.1uA时所承受的电压 暗电流：无光照时的Is，越小越好 光电流：光照时的Is ，越大越好 灵敏度：Is/P(入射光功率) 响应时间 ：光照后产生Is所需要的时间 ， 越小越好 光谱范围： 2.光敏二极管的基本特性 1）光谱特性 在入射照度一定时，输出的光电流（或相对灵敏度）随光波波长的变化而变化。一种光敏二极管只对一定波长的入射光敏感，这就是它的光谱特性。如图所示。 2.光敏三极管的基本特性 1）光谱特性与伏安特性 光谱特性与二极管相同，伏安特性如图。 2）温度特性与光照特性 温度特性与光敏二极管相同，光照特性如图 五、光敏晶闸管－光控晶闸管(可控硅) 六、光敏集成器件 达林顿光电管 （光敏三极管与普通三极管共用集电极） 光电耦合器件 （发光器件与受光器件集成，实现电-光-电的转换），主要优点如下： 1. 电路隔离 2. 单向传输 3. 响应速度快， 可用于高频电路 4. 结构简单，寿命长 5. 低噪声 6. 无触点固态开关 七、 CCD图像传感器Charge Coupled Device 固态图像传感器按其结构可分为三类：电荷耦合器件（ 简称CCD）、MOS图像传感器（简称SSPA）和电荷注入器件（简称CID）。 目前，前两种用得较多。广泛