传感器第9章
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第9章超声波传感器及应用55页PPT
3.超声波的反射和折射
超声波从一种介质传播到另一介质，在 两个介质的分界面上一部分能量被反射 回原介质，叫做反射波，另一部分透射 过界面，在另一种介质内部继续传播， 则叫做折射波。这样的两种情况分别称 之为声波的反射和折射，
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波的反射和折射
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（1）反射定律
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各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围： 2.5~5MHz，钢中折射角：45 ~70
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表面波
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2.声速、波长与指向性
（1）声速 纵波、横波及表面波的传播速度取决于
介质的弹性系数、介质的密度以及声阻 抗。
介质的声阻抗Z等于介质的密度ρ和声速 c的乘积，即
Z=ρc
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常用材料的密度、声阻抗与声速（环境温 度为0℃）
材料 钢
密度 ρ(103kg·m-
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3
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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3.超声波
蝙蝠
能发出和 听见超声 波。
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超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中 的特点。
超声波加湿器
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超声波雾化器
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声波的波型
（1）纵波—质点振动方向与波的传播方向一 致的波。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
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指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ
之间的关系为
sinθ= 1.22λ/D
传感器 第9章 气、湿敏传感器
第9章 气、湿敏传感器• 气敏、湿敏传感器是利用物质的物理效应和化学效应对气体中的某些成分或水汽进行检测的器件。
• 检测气体的成分或水汽的湿度，用得最多的是半导体气敏传感器和半导体湿敏传感器。
9.1 气敏传感器9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件• 利用半导体与某些气体接触时，其特性发生变化这一规律来检测气体的成分 或浓度的传感器。
• 按照其与气体的相互作用主要是局限于半导体外表，还是涉及到内部，分为： 外表控制型；体控制型。
按照半导体变化的物理特性:电阻式；非电阻式。
• 电阻式半导体气敏元件是利用半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；• 非电阻式半导体气敏元件那么是根据气体的吸附和反响，使其某些关系特性发生变化，来对气体进行直接或间接的检测。
• 气敏元件至少都必须具备如下条件：① 对气体的敏感现象是可逆的；② 单位浓度的信号变化量大；③ 能检测出的下限浓度低；④ 响应重复特性良好；⑤ 选择性好，即对与被测气体共存的其它气体不敏感；⑥ 对周围环境(如温度、湿度)的依赖性小；⑦ 性能长期稳定，结构比拟简单。
9.1.2 外表控制型电阻式半导体气敏元件• 这种类型的气敏元件是利用半导体外表因吸附气体引起电阻阻值变化的元件，主要用于检测可燃性气体。
它具有气体检测灵敏度较高、响应速度快等优点。
气敏元件的材料 多数采用氧化锡和氧化锌等较难复原的氧化物。
为提高气体的选择性，一般都掺有少量的贵金属(如铂等)作催化剂。
1．结构通常主要由三局部组成：① 气体敏感元件；② 对敏感元件进行加热的加热器；③ 支持上述部件的封装局部。
以多孔质烧结体型气敏元件为例 烧结型2SnO 气敏元件是以多孔质陶瓷2SnO 为基材(粒度在1μm 以下)，添加不同物质，采用传统制陶方法，进行烧结。
烧结时埋入测量电极和加热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在管座上，并罩覆于二层不锈钢网中而制成元件。
这种元件主要用于检测复原性气体、可燃性气体和液体蒸气。
传感器技术与应用第9章加速度传感器
由图9-5可知，它采用简谐振子结构形式。激光束通过 分光器分为两束光，透射光作为参考光束，反射光作为测量 光束。当光纤感受到加速度作用时，由于质量块m对光纤的 作用，从而使光纤被拉伸，引起光程差的改变。相位改变的 激光束由单模光纤射出后与参考光束汇合产生干涉效应。激 光干涉检测器把干涉条纹的移动经光电接收器件转换为电信 号，通过信号处理电路处理后，便可在显示器上正确地显示 出加速度的测量值。
F ma
图9-1 应变式加速度传感器结构示意图
9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理
测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物 体以加速度a运动时，质量块就受到一个与加速度方向相反 的惯性力作用，使悬臂梁变形。该变形被粘贴在悬臂梁上的 电阻应变片感受到，并随之产生应变，从而使应变片的阻值 发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平 衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运 动加速度a成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图9-2 压电式加速度传感器结构示意图
9.2.2压电式加速度传感器的测量原理
测量时，把压电加速度传感器与被测物体刚性连接，当加 速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚 度很大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性 很小。因此，质量块感受与传感器基座相同的振动。这样， 质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应， 便在压电元件上产生电荷q，其电荷量大小为
第9章 加速度传感器及其应用案例
9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例
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9.1 应变式加速度传感器
9.1.1 应变式加速度传感器的结构
F ma
图9-1 应变式加速度传感器结构示意图
9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理
测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物 体以加速度a运动时，质量块就受到一个与加速度方向相反 的惯性力作用，使悬臂梁变形。该变形被粘贴在悬臂梁上的 电阻应变片感受到，并随之产生应变，从而使应变片的阻值 发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平 衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运 动加速度a成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图9-2 压电式加速度传感器结构示意图
9.2.2压电式加速度传感器的测量原理
测量时，把压电加速度传感器与被测物体刚性连接，当加 速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚 度很大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性 很小。因此，质量块感受与传感器基座相同的振动。这样， 质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应， 便在压电元件上产生电荷q，其电荷量大小为
第9章 加速度传感器及其应用案例
9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例
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9.1 应变式加速度传感器
9.1.1 应变式加速度传感器的结构
第9章 谐振式传感器讲解
思考题：固有频率与谐振频率是否相同？为 什么？
9.1.1 谐振式传感器的类型
随着微电子技术和微机械加工技术的兴起，以 硅为振子材料的硅微机械谐振传感器越来越受到了 重视。这种传感器利用成熟的硅集成制造工艺，能 得到大批量的可靠性高、灵敏度高、价格低廉、体 积小、功耗低的产品，特别是便于构成集成化测量 系统。其振子常为微悬臂梁、两端固支微梁(桥)、 方膜或圆膜等形状，尺寸在微米量级。
即可得两个微分方程
d2Y/dx2 (w/)2Y 0 (9.6) d2G/dt 2 w2G 0 (9.7)
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
d2Y/dx2 (w/)2Y 0 (9.6) d2G/dt 2 w2G 0 (9.7)
其一般解为
Y Asin(wx/) B cos(wx/) (9.8)
当15＜f/h＜45时，采用平凸形，优点是边
缘效应小，振动活力较高，频率温度特性曲线一 致性较好。
f/h＞45时，采用扁平形。
9.1.1 谐振式传感器的类型
石英晶体振荡器的基本原理 在石英晶体的电极上施加交变激励电压时，
由于逆压电效应，石英晶体会产生机械振动。石 英晶体是弹性体，它存在固有振动频率。当强迫 振动频率等于其固有振动频率时会产生谐振。
因弦的斜率为q＝y/x，所以上式可变换为
2y r 2y
x2 T t 2
2 y x 2
1
2
2 y t 2
(9.3)
式中，2＝T/r，可被证明为沿弦传播的波速。
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
2y 1 2y
x2 2 Leabharlann 2假设上式的解为y(x,t) Y(x)G(t)
(a)扁平形
9.1.1 谐振式传感器的类型
随着微电子技术和微机械加工技术的兴起，以 硅为振子材料的硅微机械谐振传感器越来越受到了 重视。这种传感器利用成熟的硅集成制造工艺，能 得到大批量的可靠性高、灵敏度高、价格低廉、体 积小、功耗低的产品，特别是便于构成集成化测量 系统。其振子常为微悬臂梁、两端固支微梁(桥)、 方膜或圆膜等形状，尺寸在微米量级。
即可得两个微分方程
d2Y/dx2 (w/)2Y 0 (9.6) d2G/dt 2 w2G 0 (9.7)
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
d2Y/dx2 (w/)2Y 0 (9.6) d2G/dt 2 w2G 0 (9.7)
其一般解为
Y Asin(wx/) B cos(wx/) (9.8)
当15＜f/h＜45时，采用平凸形，优点是边
缘效应小，振动活力较高，频率温度特性曲线一 致性较好。
f/h＞45时，采用扁平形。
9.1.1 谐振式传感器的类型
石英晶体振荡器的基本原理 在石英晶体的电极上施加交变激励电压时，
由于逆压电效应，石英晶体会产生机械振动。石 英晶体是弹性体，它存在固有振动频率。当强迫 振动频率等于其固有振动频率时会产生谐振。
因弦的斜率为q＝y/x，所以上式可变换为
2y r 2y
x2 T t 2
2 y x 2
1
2
2 y t 2
(9.3)
式中，2＝T/r，可被证明为沿弦传播的波速。
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
2y 1 2y
x2 2 Leabharlann 2假设上式的解为y(x,t) Y(x)G(t)
(a)扁平形
光学传感器
1.外光电效应 在光线的作用下，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。
第9章 光学传感器
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量E = hν h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量 ，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量 大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电 子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光 开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s
入射到光电器件光敏面上的辐射功率所产生的响应电 压，恰好等于该器件的噪声电压值，那么这个辐射功率 称为等效噪声功率，常用NEP表示。
等效噪声功率越小，光敏器件的性能越好。 通常用NEP的倒数来作为衡量光电器件探测能力的指 标，称为探测度D。
第9章 光学传感器
4.响应时间τ
响应时间是描述光电器件对入射光辐射响应快慢的参 数,也称为时间常数。
金属
钨 W
极限频率 v /1014Hz
10.95
钙 Ca
钠 Na 钾 K 铷 Rb 铯 Cs
7.73
5.535.44.154.69逸出功 A0 / eV
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13
1.94
第9章 光学传感器
2. 内光电效应
当光照射在物体上，使物体的电导率发生变化或产生光 生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。 根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生 伏特效应两类.
120μlm
（1）光电导效应
在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自 由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光 电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
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。
第9章 光学传感器
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量E = hν h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量 ，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量 大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电 子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光 开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s
入射到光电器件光敏面上的辐射功率所产生的响应电 压，恰好等于该器件的噪声电压值，那么这个辐射功率 称为等效噪声功率，常用NEP表示。
等效噪声功率越小，光敏器件的性能越好。 通常用NEP的倒数来作为衡量光电器件探测能力的指 标，称为探测度D。
第9章 光学传感器
4.响应时间τ
响应时间是描述光电器件对入射光辐射响应快慢的参 数,也称为时间常数。
金属
钨 W
极限频率 v /1014Hz
10.95
钙 Ca
钠 Na 钾 K 铷 Rb 铯 Cs
7.73
5.535.44.154.69逸出功 A0 / eV
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13
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第9章 光学传感器
2. 内光电效应
当光照射在物体上，使物体的电导率发生变化或产生光 生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。 根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生 伏特效应两类.
120μlm
（1）光电导效应
在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自 由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光 电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
CH9光电式传感器含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第9章光电式传感器一、单项选择题1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。
A. 光电效应传感器B. 红外热释电探测器C. 固体图像传感器D. 光纤传感器2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。
A. 光电管B. 光电池C. 光敏电阻D. 光敏二极管5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。
A. 伏安特性B. 光照特性C. 光谱特性D. 频率特性6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。
A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性7、光电式传感器是利用（）把光信号转换成电信号。
A. 被测量B. 光电效应C. 光电管D. 光电器件8、光敏电阻的特性是（）A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（）A．光电管 B.光敏电阻C．光电池 D.光电倍增管10、CCD以（）为信号A. 电压B.电流C．电荷 D.电压或者电流11、构成CCD的基本单元是（）A. P型硅B.PN结C. 光电二极管D.MOS电容器12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。
A.位移B.压力C.温度D.光电13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。
A.反射镜B.透镜C.光栅D.光探测器14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。
第9章 温度测量-热电式传感器
EAB(T,T0 ) = EAB(T) − c = f (T) − c = φ(T)
热 电 势 (m V ) 70 镍 铬 — 考 铜 E A -2 铁—考铜 50 镍 铬 — 镍 硅 E U -2
30 铂 铑 — 铂 L B -3 10 t (oC ) 400 800 1200 各种热电偶的温度—热电势关系曲线
补偿导线 铜线 A T 测温点 B Tc Tc T0 冷端 测量仪表 测温器
热电偶导线补偿示意图
这样， 这样，可以保证热电偶的自由端远离工 作端并被放置在温度波动较小的地方。 作端并被放置在温度波动较小的地方。 补偿导线法中，补偿导线较便宜， 补偿导线法中，补偿导线较便宜，且可 做成普通导线的形式，使用方便， 做成普通导线的形式，使用方便，是热电偶 安装中经常采用的方法。 安装中经常采用的方法。 注意： 注意： 补偿导线与热电偶配用时，需有相同的 补偿导线与热电偶配用时， 热电特性，且有正负极之分。即补偿导线的 热电特性，且有正负极之分。 正负极应与热电偶的正负极相接。 正负极应与热电偶的正负极相接。补偿导线 与热电偶接点处的温度不应超过100ºC，否 与热电偶接点处的温度不应超过 ， 则会因热电特性不同带来新的误差。 则会因热电特性不同带来新的误差。
E AB (T , T0 ) − E AC (T , T0 ) = − E BC (T , T0 )
结论： 结论： 由此可见，当任一电极B， ， 由此可见，当任一电极 ，C，…与一 标准电极A组成热电偶所产生的热电势为 标准电极 组成热电偶所产生的热电势为 已知时， 已知时，就可以利用上式求出这些电极按 任意组合而成热电偶时的热电势。 任意组合而成热电偶时的热电势。
E AB ( T , T 0 ) = E AB ( T ) − E AB ( T 0 )
第9章 电位器式传感器
第9章 电位器式传感器
第9章 电位器式传感器
U xf
Umax
Rf Rmax
Rx R f RxRmax
Rx2
相对输出电压为
Y
Uxf Umax
Rf Rmax
Rx R f RxRmax
Rx2
（很复杂） (9.22)
电阻相对变化
X Rx Rmax
(9.23)
对于线性电位器电阻相对变化就是电阻相对行程，即
阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕电位器本身 工作原理所决定的,是一种原理性误差,它决定了电位器 可能达到的最高精度。在实际设计中,为改善阶梯误差 和分辨率,需增加匝数,即减小导线直径（小型电位器通 常选0.5mm或更细的导线）或增加骨架长度（如采用 多圈螺旋电位器)。
第9章 电位器式传感器
9.2 非线性电位器
h)
2
I
A
(b dU
h
dx
dx
(9.18)
第9章 电位器式传感器
图9.9 变节距式非线性电位器
第9章 电位器式传感器
2. 阶梯误差和分辨率
由图9.9可见,变节距式电位器的骨架截面积不变,因而可近似地认 为每匝电阻值相等,即可以认为阶跃值相等。
故阶梯误差计算公式和线性线绕电位器阶梯误差的计算公式完全
相同,见(9.12)式。
j
( 1 Umax 2n U max
)
1 2n
100%
但行程分辨率不一样,这是由于分辨率取决于绕距,而变绕距电位器
绕距是变化的,其最大绕距tmax发生在特性斜率最低处,故行程分辨率公 式与线性线绕电位器不同,不能直接用匝数n表示,而应为
eby
tmax xmax
100%
传感器技术-第9章 误差修正技术
20
09:34:13
4.1.2
曲线拟合法
曲线拟合法采用n次多项式来逼近反非线性曲线， 该多项式方程的各个系数由最小二乘法确定， 具体步 骤如下 1. 列出逼近反非线性曲线的多项式方程 （1） 对传感器及其调理电路进行静态实验标定， 得 校准曲线。 标定点的数据为
21
09:34:13
（2） 假设反非线性特性拟合方程为
xi (ui ) a0 a1ui a u a u a u
2 2 i 3 3 i
n的数值由所要求的精度来定。 若n=3， 则
n n i
xi (ui ) a0 a1ui a u a u
2 2 i
3 3 i
(4-4)
式中： a0、 a1、Байду номын сангаасa2、 a3为待定常数。
13
09:34:13
图4-2
反非线性的折线逼近
14
09:34:13
下面以三段为例， 折点坐标值为 横坐标： u1、 u2、 u3、 u4； 纵坐标： x1、 x2、 x3、 x4。 各线性段的输出表达式为 第Ⅰ段 x x
y( ) x( ) x1 Ⅰ Ⅰ
2 1
第Ⅱ段
u2 u1
i 1 i 1
N
N
=最小值=F（a0， a1， a2， a3）
(4-5)
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09:34:13
式（4-5）是待定常数a0、 a1、 a2、 a3的函数。 为了求得函数F(a0, a1, a2, a3)最小值时的常数a0、 a1、 a2、 a3， 我们对函数求导并令它为零， 即
[(a0 a1ui a2ui2 a3ui3 ) xi ] 1 0
传感器技术-第9章 误差修正技术
9.1 误差修正技术
9.1.1 系统误差的数字修正方法 9.1.2 随机误差的数字滤波方法
1
误差来源有以下几方面：
01:19:44
检测系统本身的误差 (a)工作原理上，如传感器或电路的非线性的输入、 输出关系； (b)机械结构上，如阻尼比太小等； (c)制造工艺上，如加工精度不高，贴片不准，装配 偏差等； (d)功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。
2
01:19:44
外界环境影响 例如，温度，压力和湿度等的影响。
人为因素 操作人员在使用仪表之前，没有调零、校正； 读数误差等。
3
01:19:44
误差分类：
从时间角度，把误差分为静态误差和动态误差。 静
系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其 大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。 动态误差是指检测系统输入与输出信号之间的差异。
(z '；t) f 1 (z '；t)
z (z '；t) f 1 (z '；t) x (9．1．2)
即误差修正模型的输出z与被测非电量x成线性关系,
且与各环境参数无关。
只要使误差修正模型 (z '；t) f 1 (z '；t)
，
即可实现传感器静态误差的综合修正。
11
01:19:44
4
01:19:44
由于产生动态误差的原因不同，动态误差又可分为 第一类和第二类。
第一类动态误差：因检测系统中各环节存在惯性、 阻尼及非线性等原因，动态测试时造成的误差。
第二类误差：因各种随时间改变的干扰信号所引起 的动态误差。
针对不同的误差，有不同的修正方法；就是对同一 误差，也有多种修正方法。
通常传感器模型及其反函数是复杂的，难以用数学式子描述。 但是，可以通过实验测得传感器的实验数据集 ：
9.1.1 系统误差的数字修正方法 9.1.2 随机误差的数字滤波方法
1
误差来源有以下几方面：
01:19:44
检测系统本身的误差 (a)工作原理上，如传感器或电路的非线性的输入、 输出关系； (b)机械结构上，如阻尼比太小等； (c)制造工艺上，如加工精度不高，贴片不准，装配 偏差等； (d)功能材料上，如热胀冷缩，迟滞，非线性等。
2
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外界环境影响 例如，温度，压力和湿度等的影响。
人为因素 操作人员在使用仪表之前，没有调零、校正； 读数误差等。
3
01:19:44
误差分类：
从时间角度，把误差分为静态误差和动态误差。 静
系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，其 大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差。 动态误差是指检测系统输入与输出信号之间的差异。
(z '；t) f 1 (z '；t)
z (z '；t) f 1 (z '；t) x (9．1．2)
即误差修正模型的输出z与被测非电量x成线性关系,
且与各环境参数无关。
只要使误差修正模型 (z '；t) f 1 (z '；t)
，
即可实现传感器静态误差的综合修正。
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01:19:44
由于产生动态误差的原因不同，动态误差又可分为 第一类和第二类。
第一类动态误差：因检测系统中各环节存在惯性、 阻尼及非线性等原因，动态测试时造成的误差。
第二类误差：因各种随时间改变的干扰信号所引起 的动态误差。
针对不同的误差，有不同的修正方法；就是对同一 误差，也有多种修正方法。
通常传感器模型及其反函数是复杂的，难以用数学式子描述。 但是，可以通过实验测得传感器的实验数据集 ：
传感器原理及其应用光纤传感器课件
传感器原理及其应用光纤传感器课 武汉理工大学件机电工程学院
第9章 光纤传感器
2．非功能型(传光型)光纤传感器
这类光纤传感器中光纤仅起导光
作用，只“传”不“感”，对外
界信息的“感觉”功能依靠其他
物理性质的功能元件完成，光纤
在系统中是不连续的。此类光纤
传感器无需特殊光纤及其他特殊
技术，比较容易实现，成本低； 非功能型光纤传感器使用的光
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第9章 光纤传感器
光电转换器件采用光电二极管
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第9章 光纤传感器
9.2 光纤传感器的分类及其工作原理
光纤传感器与电类传感器的对比
电
被
电源
类
测
电类传感器
电缆
传
参
电量检测
感
量
器
光源
光
被
纤
可以证明，该入射角为
sin0
1 n0
n12 n22
光 纤 的 “ 数 值 孔 径 ” NA ，
NAsin0n10 n12n22
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第9章 光纤传感器
9.1.3 光纤的种类 1．按材料分类
1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维
这种材料的光损耗比较小，在波长时，最低损耗约为 0.47 dB/km 。 锗 硅 光 纤 ， 包 层 用 硼 硅 材 料 ， 其 损 耗 约 为 0.5 dB/km。
光纤传感器的特点:
①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。 光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、 流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量
第9章 光纤传感器
2．非功能型(传光型)光纤传感器
这类光纤传感器中光纤仅起导光
作用，只“传”不“感”，对外
界信息的“感觉”功能依靠其他
物理性质的功能元件完成，光纤
在系统中是不连续的。此类光纤
传感器无需特殊光纤及其他特殊
技术，比较容易实现，成本低； 非功能型光纤传感器使用的光
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第9章 光纤传感器
光电转换器件采用光电二极管
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第9章 光纤传感器
9.2 光纤传感器的分类及其工作原理
光纤传感器与电类传感器的对比
电
被
电源
类
测
电类传感器
电缆
传
参
电量检测
感
量
器
光源
光
被
纤
可以证明，该入射角为
sin0
1 n0
n12 n22
光 纤 的 “ 数 值 孔 径 ” NA ，
NAsin0n10 n12n22
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第9章 光纤传感器
9.1.3 光纤的种类 1．按材料分类
1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维
这种材料的光损耗比较小，在波长时，最低损耗约为 0.47 dB/km 。 锗 硅 光 纤 ， 包 层 用 硼 硅 材 料 ， 其 损 耗 约 为 0.5 dB/km。
光纤传感器的特点:
①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。 光纤传感器可测量位移、速度、加速度、液位、应变、压力、 流量、振动、温度、电流、电压、磁场等物理量
第9章 热电偶传感器
20
4、参考电极定律
若两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶 的热电势已知，则A、B组成的热电偶也已知。
T
A B A
C
标准电极：铂
B
C
EAB(T , T 0) EAC(T , T 0) EBC(T , T 0)
T0
例：已知 EAC (1084.5,0) 13.967 mV , EBC (1084.5,0) 8.354mV 求：EAB(1084.5,0) ?
25
表面热电偶
浸入式热电偶
9.3 热电偶的结构种类
二、热电偶的结构 1. 装配式热电偶
（1）热电极 热电性质稳定 物理化学性质稳定 电阻温度系数小、电阻率高
贵金属
输出热电势大、输出呈线性 普通金属 复制性好、工艺简单、价格低 （2）绝缘瓷珠 防止电极间短路：氧化铝管、耐火陶瓷 （3）保护套管 （4）接线盒 （5）接线端子
F 32 1.8t
6
3.热力学温标（Thermodynamic celsius ）
热力学温标是建立在热
力学第二定律基础上的最
科学的温标，是由开尔文
（Kelvin）根据热力学定
律提来的，因此又称开氏
温标。它的符号是T，单位
是开尔文（K） 。
威廉·汤姆逊·开尔文
3.热力学温标：开式温标
热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目 前实行的是1990年国际温标( ITS — 90）
17
二、热电偶基本定律
1、中间导体定律 导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要 导体C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。 意义：
M 2
C T0 3
2
T0
4、参考电极定律
若两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶 的热电势已知，则A、B组成的热电偶也已知。
T
A B A
C
标准电极：铂
B
C
EAB(T , T 0) EAC(T , T 0) EBC(T , T 0)
T0
例：已知 EAC (1084.5,0) 13.967 mV , EBC (1084.5,0) 8.354mV 求：EAB(1084.5,0) ?
25
表面热电偶
浸入式热电偶
9.3 热电偶的结构种类
二、热电偶的结构 1. 装配式热电偶
（1）热电极 热电性质稳定 物理化学性质稳定 电阻温度系数小、电阻率高
贵金属
输出热电势大、输出呈线性 普通金属 复制性好、工艺简单、价格低 （2）绝缘瓷珠 防止电极间短路：氧化铝管、耐火陶瓷 （3）保护套管 （4）接线盒 （5）接线端子
F 32 1.8t
6
3.热力学温标（Thermodynamic celsius ）
热力学温标是建立在热
力学第二定律基础上的最
科学的温标，是由开尔文
（Kelvin）根据热力学定
律提来的，因此又称开氏
温标。它的符号是T，单位
是开尔文（K） 。
威廉·汤姆逊·开尔文
3.热力学温标：开式温标
热力学温度是国际上公认的最基本温度，我国目 前实行的是1990年国际温标( ITS — 90）
17
二、热电偶基本定律
1、中间导体定律 导体A、B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要 导体C两端温度相同，则对热点偶总热电势无影响。 意义：
M 2
C T0 3
2
T0
第9章温度传感器原理及其应用
图 9-7 热电阻的三线制接法原理图
9.2.2 金属热电阻的工作原理 2.铜热电阻 铜热电阻 • 在测量精度不太高，测量范围不大的情况下，可以采用 在测量精度不太高，测量范围不大的情况下， 铜电阻代替铂电阻，铜热电阻灵敏度比铂电阻高， 铜电阻代替铂电阻，铜热电阻灵敏度比铂电阻高，价格 便宜，也能达到精度要求。如图9-6所示 所示。 便宜，也能达到精度要求。如图 所示。
9.2.1 金属热电阻的结构
热电阻的结构形式可根据实际使用制作成各种形状， 热电阻的结构形式可根据实际使用制作成各种形状，如 所示为金属热电阻的外形与样式。 图9-3所示为金属热电阻的外形与样式。 所示为金属热电阻的外形与样式 它们通常是根据它的部件组成， 它们通常是根据它的部件组成，将双线电阻丝绕在用石 云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上， 英、云母陶瓷和塑料等材料制成的骨架上，可以测量的 − 200 ° C ~ 500 ° C 温度。 温度。
3.智能温度传感器 智能温度传感器
• 所谓智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息 所谓智能传感器是指具有信息检测、信息处理、 记忆、逻辑思维和判断功能的传感器， 记忆、逻辑思维和判断功能的传感器，它不仅具有传 统传感器的所有功能，而且还具有数据处理、 统传感器的所有功能，而且还具有数据处理、故障诊 非线性处理、自校正、 断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等许 多功能。如图9-2所示为智能温度传感器的发展 所示为智能温度传感器的发展。 多功能。如图 所示为智能温度传感器的发展。
图9-3 金属热电阻的外形与样式
9.2.1 金属热电阻的结构 金属热电阻保护套主要有玻璃、陶瓷或金属等类型， 金属热电阻保护套主要有玻璃、陶瓷或金属等类型，主 要防止有害气体腐蚀，防止氧化（尤其是铜热电阻）， 要防止有害气体腐蚀，防止氧化（尤其是铜热电阻）， 水分侵入会造成漏电，影响阻值。如图9-4所示 所示。 水分侵入会造成漏电，影响阻值。如图 所示。 热电阻也可以是一层薄膜，采用电镀或溅射的方法涂敷 热电阻也可以是一层薄膜， 在陶瓷类材料基底上，占用体积很小，如图9-5所示。 在陶瓷类材料基底上，占用体积很小，如图 所示。 所示
第9章 气敏传感器
其可靠性和使用寿命都较直 热式气敏元件为高。目前市 售的 SnO2 系气敏元件大多 为这种结构形式。
图9-3 旁热式气敏元件结构
2.厚膜型 SnO2 气敏元件
厚膜型SnO2气敏元件是用丝网印刷技术将浆料制备而成的，其机械强度
和一致性都比较好，且与厚膜混合集成电路工艺能较好相容，可将气敏元件 与阻容元件制作在同一基片上，利用微组装技术与半导体集成电路芯片组装 在一起，构成具有一定功能的器件。
声光 报警
V
旁热式烟雾、有害气体传感器。
无有害气体时阻值较高(10 左
右)，有有害气体或烟雾进入时阻 值急剧下降，A、B两端电压下降
吸合，合上排风扇 电源开关自动排风
它可用于家庭对煤气、一氧化碳、 液化石油气等泄漏实现监测报警
当7 脚 电位 等于
0.18V时,VL1 被点亮 0.53V时，则 VL1 和VL2 点亮
Pd- MOS二极管气敏元件是在P型硅上集成一层二氧化硅层，在氧化层
蒸发一层钯（Pd）金属膜作栅电极。氧化层（ SiO2 ）的电容Ca是固定不变 的。而硅片与 SiO2 层电容Cs是外加电压的函数，所以总电容C是栅极偏压 的函数，其函数关系称为该MOS管的电容一电压(C—U)特性。MOS二极管的 等效电容C随电压U变化。
通常器件工作在空气中，由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N型半 导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加， 使器件处于高阻状态； 当气敏元件与被测气体接触时，会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释 放出来，敏感膜表面电导增加使元件电阻减小。
2020/4/29
15
9.1.2 电阻型半导体气敏传感器
图9-2 直热式气敏器件结构
旁热式 SnO2 气敏元件
图9-3 旁热式气敏元件结构
2.厚膜型 SnO2 气敏元件
厚膜型SnO2气敏元件是用丝网印刷技术将浆料制备而成的，其机械强度
和一致性都比较好，且与厚膜混合集成电路工艺能较好相容，可将气敏元件 与阻容元件制作在同一基片上，利用微组装技术与半导体集成电路芯片组装 在一起，构成具有一定功能的器件。
声光 报警
V
旁热式烟雾、有害气体传感器。
无有害气体时阻值较高(10 左
右)，有有害气体或烟雾进入时阻 值急剧下降，A、B两端电压下降
吸合，合上排风扇 电源开关自动排风
它可用于家庭对煤气、一氧化碳、 液化石油气等泄漏实现监测报警
当7 脚 电位 等于
0.18V时,VL1 被点亮 0.53V时，则 VL1 和VL2 点亮
Pd- MOS二极管气敏元件是在P型硅上集成一层二氧化硅层，在氧化层
蒸发一层钯（Pd）金属膜作栅电极。氧化层（ SiO2 ）的电容Ca是固定不变 的。而硅片与 SiO2 层电容Cs是外加电压的函数，所以总电容C是栅极偏压 的函数，其函数关系称为该MOS管的电容一电压(C—U)特性。MOS二极管的 等效电容C随电压U变化。
通常器件工作在空气中，由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N型半 导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加， 使器件处于高阻状态； 当气敏元件与被测气体接触时，会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释 放出来，敏感膜表面电导增加使元件电阻减小。
2020/4/29
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9.1.2 电阻型半导体气敏传感器
图9-2 直热式气敏器件结构
旁热式 SnO2 气敏元件
第九章1热电阻
（1）平衡电桥：
二线制接法：
R1,R2为已知电阻，R3为可调电阻， Rt为热电阻。 通过调节R3，直到电桥平衡，则：
R2 R1 Rx R2 R3 , 或Rx R3 R1
若不考虑引线电阻，则Rx＝Rt。
Rb
若考虑引线电阻，
RL Ra Rb , 这样： Rx Rt RL R2 R3 R1
按基本性能分为三类： NTC型，负温度系数：适用于-100─300℃
PTC型, 正温度系数： 作温度开关 CTR型, 临界温度系数：
NTC在低于450℃时，有经验公式：
R R e
T 0
1 1 B（ ） T T0
B热敏电阻材料常数 式中 T热力学温度（绝对温度） T 通常指零度或室温 0
PTC过流保护元件 ：
PTC过流保护元件，是利用其阻温特性进 行工作的。 在正常情况下，PTC的常温电阻相对较小， 不影响电路工作。 当有异常大电流通过电路时，PTC就会迅 速自热，电阻在短时间内增大，起到截断电 流，保护电路的作用。
例题1
例题2
热敏电阻温度－电阻表
三，NTC主要参数：
1, 标称电阻值R25
R25 Rt 1 25 (t 25)
1 dRT 2，电阻温度系数（％/℃） RT dT
3，耗散系数（W/℃） 4，热容C（J/℃） 5，能量灵敏度（测量功率W) 6，时间常数τ 7，最高工作温度Tmax(K) 和额定功率PE
工业铂电阻： W(100)≥1.391 (Pt50,Pt100)
－200 ℃ ～0 ℃： 0 ℃ ～100 ℃： 100 ℃ ～650 ℃：
1℃ 0.5℃ 0 .5 % t
2，铜电阻
第9章-电气测量与传感器技术
兆欧表的结构原理
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第 9章
4. 电桥法 (1) 平衡电桥
在电桥平衡状态下，若有 三个电阻阻值已知，则可 精确求出另一电阻阻值。 (2) 不平衡电桥
24/75
在电桥原来已调整到平衡 状态，若由于外界某种原 因使桥臂电阻发生变化， 则在BD之间就有不平衡的 电压输出，根据电压UBD 的大小可以推断出电阻的 相对变化值。
测量电阻的原理线路
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第 9章
(2) 数字式万用表
数字式万用表是用数字式电压表为基础加上多种转 换电路以后构成的便携式数字仪表，用数字直接显 示被测量。
测量电阻的原理线路
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第 9章
3. 兆欧表法
又称摇表，是由手摇发电机与磁电式比率计构成的测 量绝缘电阻的仪表
16/75
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第 9章
4. 电能的测量 (1) 单相电度表 ①感应式测量机构
17/75
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第 9章
②电子式测量机构
18/75
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第 9章
(2) 三相电度表
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9.1.4 电阻的测量 1. 电流表、电压表法
另外，霍尔传感器也可用于位置、位移、转速、 转角及移动速度的检测。
33/75
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第 9章
9.2.3 发电传感器 发电传感器是指被测物理量的变化能使传感器 产生电动势，直接对外输出，通过检测电动势的大小 或方向确定被测物理量。 1. 磁电式传感器 磁电式传感器是利 用线圈在固定磁场气隙 中运动产生感应电动势 的原理工作的，它是动 态检测传感器。
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光 光电层 玻璃真空管 阳极 云母屏蔽板
直接定向线性聚焦型
(b)
侧窗聚焦型 (a)
阴极 倍增极 阴极 倍增极 (c) 阳极 (d)
阳极
直接定向百叶窗型
直接定向栅格型
(1)光电管、光电倍增管在分光光度计中的应用：
分光光度计是测量溶液浓度的仪器，在生化分析中必不可少。 它的原理是用被测物质吸收光的量来测量物质成分。
光敏电阻的结构
金属电极 半导体 RL 电源 玻璃底板 E Ra I
检流计 (a) (b) (c)
光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
2. 光敏电阻的主要参数
暗电阻
光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻， 此时流过的电流称为亮电流。 亮电流与暗电流之差
温度特性
50 1 30
10
暗电流 / A
光电流 / mA
1
10 5 3 －2 5 0 25 50 7 5 1 00 1 25 1 50
0 .1
2
0 .0 1 0 .0 01 －2 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 00 温度 / ℃
温度 / ℃
光敏晶体管
光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个PN结，只是它
特点
光电式传感器具有结构简单、响应速度快、高 精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强 （不受电磁辐射影响，本身也不辐射电磁波）、 可实现非接触式测量等特点 可以直接检测光信号，间接测量温度、压力、 位移、速度、加速度等 其发展速度快、应用范围广，具有很大的应用 潜力
9.1.2 光电式传感器的基本形式
光敏电阻的应用－火灾探测
（2）光电池
光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。即 电源。 工作原理：基于“光生伏特效应”。 光电池实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN 结的一个面，例如P型面时， 若光子能量大于半导体 材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生 一对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速 扩散， 在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度 有关的电动势。
(c) 等效电路
光电池种类
光电池的种类很多，有硅光电池、硒光电池、 锗光电池、砷化镓光电池、氧化亚铜光电池等 最受人们重视的是硅光电池。因为它具有性能 稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、 能耐高温辐射、价格便宜、寿命长等特点。它 不仅广泛应用于人造卫星和宇宙飞船作为太阳 能电池，而且也广泛应用于自动检测和其它测 试系统中 硒光电池由于其光谱峰值位于人眼的视觉范围， 所以在很多分析仪器、测量仪表中也常常用到。
指光敏电阻的光电流I和光照强度之间的关 I mA 系
5 4 3 2 1
0
1000
2000
lx
光敏电阻的光照特性
光谱特性
光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系。即光敏电阻 对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入 射光有不同的灵敏度。
1 00 80
S r / (%)
60 40 20 0
硫化铅 硫化铊 硫化镉 1 .5 3
/A
光敏电阻的光谱特性
频率特性
光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电 阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表 示，对应着不同材料的频率特性。
1 00 80 硫化铅
S /( %)
60 40 20 0 10
硫化镉
1 00 1 0 00 1 0 00 0 f / Hz
曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特性，光电流与光通量呈线性关系。 曲线2为锑铯阴极的光电管光照特性，它呈非线性关系
光电管的光谱特性
I /%
可见光谱
/ nm
不同光电阴极材料的光电管，对同一波长的光有不同的灵敏度； 同一种阴极材料的光电管对于不同波长的光的灵敏度也不同，这就是光电管的 光谱特性。 曲线1、2分别为铯阴极、锑铯阴极对应不同波长光线的灵敏度， 3为多种成分（锑、钾、钠、铯等）阴极的光谱特性曲线
光敏电阻的频率特性
温度特性
光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变 化时，影响光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻。 硫化铅光敏电阻受温度影响更大。
1 00 80 ＋2 0℃ －2 0℃
S / (%)
60 40 20 0 1 .0 2 .0 3 .0 4 .0
/ m
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
亮电阻
光电流
3、光敏电阻的基本特性
伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻 的电流与光敏电阻两端的电压的关系。
40 30 功率 1 00 01 x 5 00 mW 1 00 1 x
I / mA
20 10 0
1 01 x 1 00 U/V 2 00
图 10.9
硫化镉光敏电阻的伏安特性
光照特性
光电池基本特性
光谱特性
光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。
1 00 80
S /%
硒 硅
60 40 20 0 4 00 6 00
8 00 1 00 0 1 20 0
/ nm
硅光电池的光谱特性
光照特性
光电池在不同光照度下， 其光电流和光生 电动势是不同的，它们之间的关系就是光照 特性
0 .3
(2)光电倍增管在γ射线探测器中的应用：
9.2.2 内光电效应型光电器件
内光电效应是指在光线作用下，物体的导
电性能发生变化或产生光生电动势的现象
这种效应可分为因光照引起半导体电阻率
变化的光电导效应和因光照产生电动势的
光生伏特效应两种
内光电效应分类 •光电导效应 在光线作用下，对于半 导体材料吸收了入射光子能 量， 若光子能量大于或等 于半导体材料的禁带宽度， 就激发出电子-空穴对，使 载流子浓度增加，半导体的 导电性增加，阻值减低的现
由光路及电路两大部分组成 光路部分实现被测信号对光量的控制和 调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换
四种基本形式
透射式 反射式 辐射式 开关式
发光元件 窗 光敏元件 壳体
导线 （d）
9.2 光电效应与光电器件
光电器件是将光能转变为电能的一种传 感器件。是构成光电式传感器的主要部 件。 光电器件工件的物理基础：光电效应。 光电效应分为：内光电效应、外光电效 应
2、光电倍增管及其基本特性
主要参数
倍增系数 M
阳极电流
I i M i n
光电倍增管的电流放大倍数
I /i
n
光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 暗电流 光电倍增管的光谱特性
几种常见的光电倍增管结构
聚பைடு நூலகம்光栅
阳极 倍增极 聚焦电极
光阴极 聚焦环 端窗 导电层 入射光
I μA
U V
（b）充气光电管
U V
（a）真空光电管
两种光电管比较，其特点如下： 真空光电管的优点是：在很宽的光强范围内， 输入光强与输出电流成正比，测量精确度高。缺点 是灵敏度低。 充气光电管的优点是：灵敏度较高，但稳定性 差、线性度低，而且暗电流、噪声都较大，响应时 间也长。
光电管的光照特性
第9章
光电式传感器
9.1 概述
9.1.1 光电式传感器的类别
光电式传感器（或称光敏传感器） 是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、 电流、电阻等）的装置。 按工作原理分类
光电效应传感器 红外热释电探测器 固体图像传感器 光纤传感器
1、光电效应传感器
是应用光敏材料的光电效应制成的光敏器件。光照射到物体上使物体 发射电子，或电导率发生变化，或产生光生电动势等等，这些因光照引起 物体电学特性改变的现象称为光电效应。 2、红外热释电探测器 主要是利用辐射的红外光（热）照射材料时引起材料电学性质发生变 化或产生热电动势原理制成的一类器件。 3、固体图像传感器 结构上分为两大类，一类是用CCD电荷耦合器件的光电转换和电荷转 移功能制成CCD图像传感器，一类是用光敏二极管与MOS晶体管构成的将 光信号变成电荷或电流信号的MOS金属氧化物半导体图像传感器。 4、光纤传感器 它利用发光管（LED）或激光管（LD）发射的光，经光纤传输到被检 测对象，被检测信号调制后，光沿着光导纤维反射或送到光接收器，经接 收解调后变成电信号。
即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的 现象。 根据外光电效应做出的光电器件有光电管和光电倍增 管。
1、光电管及其基本特性
光电管的伏安特性
I μA
12 10 8 6 4 2 0 50 120 μlm 100 μlm 80 μlm 60 μlm 40 μlm 20 μlm 100 150 200
光电池结构、符号
硼扩散层 PN结 N型硅片 P型电极 （SiO2膜） 接线点 ＋ PN结 硒（P型） 铝基板 电极 － （a) 硅光电池结构 电极 ＋ （b) 硒光电池结构 N型氧化镉层 接线点 －
电子 空穴 ＋ －
I
I
IS
U
光电池
RL
U
P
N 光生电流
ID
RL
U
RL
光电池输出电流
(a) 符号
(b) 基本电路
9.2 光电效应与光电器件
光子是具有能量的粒子，每个光子的能 量可表示为