【精品】传感器第七章PPT课件

光照
外光电效应
金属 金属氧化物
电子逸出物体表面
光照
内光电效应
半导体
电子在物体内部运动
2、外光电效应 克服物质的束缚，电子逸出功
电子吸收光子能量 转化为逸出电子的动能
h
υ=
1 2
m
v2
+
A
m ——电子的质量（9.1×10-31 Kg） v ——电子发射时的速度（m·s-1） A ——电子逸出功（J）
CJD-10
路灯
C1 200u
8V
C2 200u
R3 10k
R1
470k
R2 200k
R4 57k
BG1
2CR
R7
C3
10k 100u
R5
4.3k
J
BG2 BG3 BG4
R6 25k
R8 280k
天黑：BG1导通，J动作，路灯亮；
返回
天亮：光电池电动势，BG1截止，J释放，路灯灭。
二、气、湿敏传感器
缺料检测或计数
远距对射式光电开关
围墙监护警戒
库房卫士
安全警戒
扩散反射式光电开关
料位控制
烟雾报警
带材对中控制
缺料检测
扩散反射式光电开关
斜度检测
裂缝检测
镜面反射式光电开关
透明玻璃瓶检测
长度控制
反射式光纤传感器
元件检测
印板定位
螺丝长度和有无的检测
断线监测
限距式光电开关
产品计数
液位检测
气流量监测
检测有无盖
3.9 M V3
V2 150 k
120 k
820 k
1k
p bs
＋
32 k
1 25
＋ 12 V
4.7 n
中心站 放大器
图 火焰探测报警器电路图
对射式光电开关
门窗防盗控制
自动扶梯自动启停
汽车通过检测
汽车喷涂控制
对射式光电开关
鉴别不同高度物体
高度判别
料位控制
缺件剔除
对射式光纤传感器
磁砖完好性检测
机械手控制
金属电极 半导体
电源 玻璃底板
I
RL
E
Ra
检流计
(a)
(b)
(c)
图 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
CCD的结构及工作原理（光固态图像传感器）
（1） 结构 CCD是由若干个电荷耦合单元组成的。其基 本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器， 如 (a)所示。 它以P型（或N型）半导体为衬底，上面覆盖一层厚度约 120 nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉积一层金属电极而构 成MOS电容转移器件。这样一个MOS结构称为一个光敏元 或一个像素。将MOS阵列加上输入、 输出结构就构成了 CCD器件。
传感器第七章
第七章 其它传感器
一、光电式传感器 二、气、湿敏传感器 三、磁敏式传感器 四、辐射式传感器 五、数字式传感器 六、光纤传感器 七、生物分子传感器 八、仿生传感器 九、超导传感器 十、智能式传感器 十一、微波传感器
1、定义及分类
金属
光照
wk.baidu.com
金属氧化物
电子
半导体
—— 光电效应是光电传感器的基本转换原理
自从60年代研制成功SnO2(氧化锡)半导体气敏元件 后，气敏元件进入了实用阶段。SnO2敏感材料是目前应 用最多的一种气敏材料，它已广泛地应用于工矿企业、民 用住宅、宾馆饭店等内部对可燃气体和有害气体的检测。
半导体气敏传感器的机理
半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和 还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件 被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时， 被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量， 一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固 定在吸附处（化学吸附）。当半导体的功函数小于吸附分 子的亲和力(气体的吸附和渗透特性)时， 吸附分子将从器 件夺得电子而变成负离子吸附， 半导体表面呈现电荷层。
例如氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电 子接收性气体。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能， 吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离 子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，它们被称 为还原型气体或电子供给性气体。
当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型气体吸附到P 型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大。当 还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导 体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。图表示了气体 接触N型半导体时所产生的器件阻值变化情况。由于空气中的 含氧量大体上是恒定的， 因此氧的吸附量也是恒定的，器件 阻值也相对固定。若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。根 据这一特性，可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。 半导体气敏时间(响应时间)一般不超过1min。N型材料有SnO2、 ZnO、TiO等，P型材料有MoO2、CrO3等。
一、气 敏 传 感 器
气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。 由于气体种类繁多．性质各不相同，不可能用一种传感器检测 所有类别的气体，因此，能实现气 — 电转换的传感器种类很多。 按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。目前 实际使用最多的是半导体气敏传感器。
半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用是在其表面、 还是在内部，可分为表面控制型和体控制型两类；按照半导体 变化的物理性质，又可分为电阻型（电导控制型、金属氧化物 半导体器件）和非电阻型（电压控制型、MOS器件）两种。电 阻型半导体气敏元件是利用半导体接触气体时，其阻值的改变 来检测气体的成分或浓度；而非电阻型半导体气敏元件根据其 对气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接 或间接检测。
—— 只有当入射光能量大于电子逸出功时， 才能产生光电子，红限频率
—— 光电流与入射光强成正比 —— 光电子逸出物体表面具有初始动能，负截止电压 —— 从光照至发射电子，时间 < 10-9 s
3、内光电效应
电子能量E
h
导带
禁带
光生电子-空穴对
价带
光电导效应 光生伏特效应
光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、 光电池、
限距式光电开关
料径控制
行程控制
转速监测
超速或滞速判别
槽型光电开关
定长剪切 脉冲发生器
起重机位置控制
光电开关式标志传感器
透明薄膜上标志检测
电度表转速检测
标志检测
仪表指针位置检测
光幕传感器 机器人工作区安全检测
自动装配机的侵入检测 车库门车辆通过检测 上料机和卸料机的侵入检测
路灯自动控制器
220V
Ug
金属
氧化物S2iO
少数载流子 P—Si
沟阻 耗尽区 (势阱)
衬底
(a)
表面势
信号电荷 势阱
(b)
图 MOS电容器 （a） MOS电容截面； （b） 势阱图
光电传感器的应用 1. 火焰探测报警器
图是采用以硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰 探测器电路图。
120 k 220 k
6 8 6 8
＋
V1
3.9 M