第七章_有源传感器-2011VIP免费

HarbinEngineeringUniversityHarbinEngineeringUniversity第七章有源传感器光电传感器、热电偶传感器、压电传感器等。此类传感器无需任何电源便能由被测对象产生电信号。为测量温度、力、压力和加速度提供另一种可供选择的方法。本章主要内容光电传感器热电偶传感器本章目的：掌握光电传感器基本工作原理。掌握热电偶传感器基本工作原理。本章重点：光敏元件结构及典型工作电路热电偶基本定律和冷端温度补偿原理本章对应的实验内容：创新设计性实验（任选一个）：光电报警电路设计与制作热电偶设计与制作7.1光电传感器（Photoelectricsensor）光电传感器是各种光电检测系统中实现光信号和电信号转换的关键元件，其物理基础是光电效应。1905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。图光电传感器的组成x1表示被测量能直接引起光量变化；x2表示被测量在光传播过程中引起光量的变化。7.1.1光源（Illuminant）一、光的特性光是电磁波谱中的一员。光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。电磁波谱图由光的粒子说，光是以光速运动着的粒子（光子）流，一种频率f的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为：式中：E：每个光子的能量；h：普郎克常数，h=6.626×10－34J·s；f：光的频率；：光的波长。1Ehfh结论：光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大。二、常用光源1．白炽光源：电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能。包括白炽灯和钨丝灯两种。2．气体放电光源：电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光。有弧光放电和辉光放电两种。3．发光二极管：一种电致发光的半导体器件，电场作用下，使固体物质发光，电能直接转变为光能。4．激光：是高亮度光，由各类气体、固体或半导体激光器产生的频率单纯的光。激光是相干光源，它具有单色性和方向性，能量高度集中。****发光二极管（发光二极管（LED)LED)：：•发光二极管的结构原理：----++++电场11•发光二极管的主要特点：(1)发光亮度与正向电流之间的关系如图所示。工作电流低于25mA时，两者基本为线性关系;图发光二极管的发光特性12(2)响应速度极快，时间常数约为l0-6至10-9s;(3)正向电压很低，约2V左右;(4)小巧轻便、耐振动、寿命长和单色性好;(5)缺点：发光效率低，发出短波光(如蓝紫色)的材料极少。13•目前常用的几种发光二极管：1）.磷化镓(GaP)发光二极管发光中心波长为0.69μm，带宽为0.1μm。2）.砷化镓(GaAs)发光二极管中心波长为0.94μm，带宽为0.04μm。3）.磷砷化镓(GaAs1-x_Px)发光二极管其发光光谱可出0.565μm变化到0.9lμm。14•LED光谱曲线1.对光谱特性的要求：光源发出的光应在光电元件接收灵敏度最高的频率范围内。2.对发光强度的要求：强度太高造成饱和与非线性；太弱则会处于死区。。3.对稳定性的要求：一般要求时，可采用稳压电源供电；当要求较高时，可采用稳流电源供电；当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后反馈控制光源的输出。4.其它方面：任何发出光辐射（紫外光、可见光和红外光）的物体都可以叫作光辐射源。把发出可见光为主的物体叫作光源，而把发以非可见光为主的物体叫做辐射源。三、对常用光源的基本要求7.1.2光电效应及光电元件（photoemissionandelements）一光电效应：一光电效应：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象。通常把光电效应分为三类：1）电子逸出物体表面——外光电效应，相应的光电元件有光电管、光电倍增管等。2）使物体的电阻率改变——光电导效应（属于内光电效应），相应的光电元件有光敏电阻、反相偏置工作的光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。3）物体产生一定方向电动势——光生伏特效应（属于内光电效应），相应的光电元件有光电池等。二光电元件1.光电管（phototube）-基于外光电效应光电管电路符号光电管应用：光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一。图中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯。2.2.光敏电阻（...