传感器原理及应用-光电式传感器.pptx

传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器0 0 概述概述 指纹锁指纹锁门禁门禁光光电电鼠鼠标标传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器概述概述 料料位位自自动动控控制制光电开关传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器概述概述 光栅光栅光纤光纤光电管光电管光敏电阻光敏电阻 8.1 光电器件光电器件 将光能转换为电能的一种传感器件将光能转换为电能的一种传感器件.构成光电式传感器最主要的部件。构成光电式传感器最主要的部件。工作的物理基础工作的物理基础:光电效应。光电效应。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 光光电效效应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 传传统统的的光光敏敏器器件件利利用用各各种种光光电电效效应应，光电效应可分为：光电效应可分为：外光电效应外光电效应 内光电效应内光电效应 光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (1)(1)外光电效应外光电效应在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射。在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射。光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：光子具有的能量是：普朗克常数普朗克常数()光的频率（光的频率（Hz），波长短，频率高，能量），波长短，频率高，能量大传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.1 8.1 光光电效效应 8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 如果光子的能量如果光子的能量E E大于电子的逸出功大于电子的逸出功A A，超出的，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。产生光电子发射。由能量守恒定律有：由能量守恒定律有：传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器u光电导效应：光电导效应：入射光强改变物质导电率的入射光强改变物质导电率的物理现象。物理现象。基于光电导效应的光电器件基于光电导效应的光电器件 有有光敏电阻光敏电阻。8.1 8.1 光电效应光电效应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.1 8.1 光光电效效应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应 u光生伏特效应：光生伏特效应：半导体材料吸收光能后，在半导体材料吸收光能后，在PNPN结上产生电动势结上产生电动势的效应。的效应。两种情况：两种情况：不加偏压的不加偏压的不加偏压的不加偏压的PNPNPNPN结结结结 加反偏压的加反偏压的加反偏压的加反偏压的PNPNPNPN结结结结传感器原理及应用传感器原理及应用第第8 8章章 光电传感器光电传感器 不加偏压的不加偏压的PNPN结结 当光照射在当光照射在PNPN结时，如果电子能量大结时，如果电子能量大 ,可激发出电子可激发出电子空穴对，在空穴对，在PNPN结内电场作用下结内电场作用下空穴移向空穴移向P P区，电子移向区，电子移向N N区，区，使使P P区和区和N N区之间产生电压，区之间产生电压，即光生电动势即光生电动势.基于这种效应的器件有基于这种效应的器件有 光电池光电池 8.1 8.1 光光电效效应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 加反偏压加反偏压加反偏压加反偏压的的PNPN结结：无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，光子能量足够大产生光生电子有光照时，光子能量足够大产生光生电子空穴对，空穴对，在在PNPN结电场作用下，形成光电流，结电场作用下，形成光电流，光照越大光电流越大。光照越大光电流越大。具有这种性能的器件有：具有这种性能的器件有：光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管、光敏晶体管.8.1 8.1 光光电效效应8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 工作原理工作原理工作原理工作原理 (2)(2)内光电效应内光电效应1.1.外光电效应外光电效应 光线作用下光线作用下,使电子逸出物体表面的现象使电子逸出物体表面的现象.如如:光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管2.2.内光电效应内光电效应 光线作用下光线作用下,物体的电导性能改变的现象物体的电导性能改变的现象.如如:光敏电阻光敏电阻传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 内光电效应又可分为以下两类：内光电效应又可分为以下两类：(1)(1)光电导效应光电导效应 在在光光线线作作用用下下，使使载载流流子子浓浓度度增增加加，半半导导体体的的导电性增加，阻值减低。导电性增加，阻值减低。光敏电阻是基于光电导效应的光电器件。光敏电阻是基于光电导效应的光电器件。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 (2)(2)光生伏特效应光生伏特效应 在在光光线线的的作作用用下下能能够够使使物物体体产产生生一一定定方方向向的的电电动动势的现象。势的现象。光电器件有光电器件有光电池光电池。光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管、光敏晶体管是基于内光电效应。是基于内光电效应。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏电阻光敏电阻 工作原理是基于工作原理是基于光电导效应光电导效应，其结构是在玻璃底，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的版上涂一层对光敏感的半导体物质半导体物质，两端有梳状金，两端有梳状金属电极，在半导体上覆盖一层漆膜。属电极，在半导体上覆盖一层漆膜。光敏电阻结构及符号光敏电阻结构及符号 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.2 8.2 光光电器器件件光敏电阻光敏电阻*光敏电阻光敏电阻 结构与工作原理结构与工作原理 光光敏敏电电阻阻又又称称光光导导管管,无无光光照照时时,光光敏敏电电阻阻值值（暗暗电阻）很大电阻）很大,电路中电流（暗电流）很小。电路中电流（暗电流）很小。当当受受到到一一定定波波长长范范围围的的光光照照时时,它它的的阻阻值值（亮亮电电阻阻）急剧减少急剧减少,电路中电流迅速增大。电路中电流迅速增大。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 一般希望暗电阻越大越好一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。此时光敏电阻的灵敏度高。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 光敏电阻光照特性光敏电阻光照特性 无光照，内部电子被原子束缚，有很高的电阻值；无光照，内部电子被原子束缚，有很高的电阻值；有光照时，电阻值随光强增加而降低；有光照时，电阻值随光强增加而降低；光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏电阻受到当光敏电阻受到光照，光生电子光照，光生电子空穴对增加，空穴对增加，阻值减小，电流阻值减小，电流增大。增大。暗电流（越小越好）暗电流（越小越好）传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 主要参数主要参数 （）（）暗电阻暗电阻 光敏电阻在不受光时的阻值光敏电阻在不受光时的阻值.流过的电流称为暗电流。流过的电流称为暗电流。（）（）亮电阻亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻光敏电阻在受光照射时的电阻.流过的电流称为亮电流。流过的电流称为亮电流。（）光光电电流流 亮亮电电流流与与暗暗电电流流之之差差称称为为光光电电流流。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 基本特性基本特性（1 1）伏安特性伏安特性 在一定照度下在一定照度下,流过光敏电阻的流过光敏电阻的电流电流与其两端与其两端的的电压电压的关系的关系.传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 在一定的电压范围内在一定的电压范围内,其其I-UI-U曲线为直线，其阻曲线为直线，其阻值与入射光量有关值与入射光量有关,而与电压、电流无关。而与电压、电流无关。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器(2)(2)光照特性光照特性 描述光电流描述光电流 I I 和光照强度之间的关系，和光照强度之间的关系，传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 （3 3）光谱特性光谱特性 光光敏敏电电阻阻的的相相对对光光敏敏灵灵敏敏度度与与入入射射波波长长的的关关系系.亦称为亦称为光谱响应光谱响应。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器(4)(4)频率特性频率特性 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器（5 5）温度特性温度特性 温温度度变变化化影影响响光光敏敏电电阻阻的的光光谱谱响响应应,它它的的灵灵敏敏度度和和暗电阻都要改变暗电阻都要改变,传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.2 8.2 光电器件光电器件 （3 3）光敏电阻）光敏电阻应用应用光敏电阻开关电路光敏电阻开关电路传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.2 8.2 光光电器件器件 （3 3）光敏电阻）光敏电阻应用应用光敏电阻在声、光控开关中的应用光敏电阻在声、光控开关中的应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管光敏二极管 光敏二极管结构与一光敏二极管结构与一般二极管相似，它们都般二极管相似，它们都有一个有一个P PN N结，结，PNPN结面结面积比一般二极管大。积比一般二极管大。硅光敏二极管结构硅光敏二极管结构 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 工作原理：工作原理：光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，无光照时，反向电阻很大，无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；反向电流很小；有光照时，有光照时，PNPN结处产生光生结处产生光生 电子空穴对；电子空穴对；在电场作用下形成光电流，在电场作用下形成光电流，光照越强光电流越大；光照越强光电流越大；光电流方向与反向电流一致。光电流方向与反向电流一致。8.2 8.2 光光电器件器件 光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管基本电路光敏二极管基本电路 *光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管 结构原理结构原理没有光照射时没有光照射时,反向电阻很大反向电阻很大,反向电流很小反向电流很小,当光照射在当光照射在PNPN结上时结上时,形成光电流。形成光电流。光的照度越大光的照度越大,光电流越大。光电流越大。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏二极管光敏二极管 在不受光照射时在不受光照射时,处于截止状态处于截止状态,受受光光照照射射时时,处处于于导导通通状状态态。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 当当无无光光照照时时，光光敏敏二二极极管管截截止止，T T截截止止，继继电电器器K K断开。断开。当当有有光光照照时时，光光敏敏二二极极管管导导通通，T T也也导导通通，继继电器吸合，实现光电开关的控制。电器吸合，实现光电开关的控制。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器当无光照时，光敏三极管截止当无光照时，光敏三极管截止.有光照时，光敏三极管中集电极电流是基极电流有光照时，光敏三极管中集电极电流是基极电流(光光生电流生电流)的的倍。倍。光敏三极管具有放大作用，比光敏二极管灵敏度高。光敏三极管具有放大作用，比光敏二极管灵敏度高。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 当当无无光光照照时时，光光敏敏三三极极管管截截止止，T T截截止止，继继电电器断开。器断开。当当有有光光照照时时，光光敏敏三三极极管管导导通通，T T导导通通，继继电电器吸合。实现开关控制的功能。器吸合。实现开关控制的功能。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 基本特性基本特性 （）光光谱谱特特性性 （）（）伏安特性伏安特性传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器(3)(3)频率特性频率特性 指指光光敏敏管管输输出出的的光光电电流流(或或相相对对灵灵敏敏度度)随随频频率率变化的关系。变化的关系。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器（4 4）温度特性温度特性 指其指其暗电流暗电流及及光电流光电流与与温度的关系温度的关系。温度变化对光电流影响很小温度变化对光电流影响很小,而对暗电流影响很大而对暗电流影响很大.传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 基本特性：基本特性：（）（）光谱特性光谱特性 对不同波长的光的灵敏度是不同的。对不同波长的光的灵敏度是不同的。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器（）（）光照特性光照特性 光电流和光生电动势之间的关系。光电流和光生电动势之间的关系。短路电流与光照强度成线性关系短路电流与光照强度成线性关系,开路电压与光照度的关系是非线性的开路电压与光照度的关系是非线性的,传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器(3)(3)频率特性频率特性 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器(4)(4)温度特性温度特性 光电池的开路电压和短路电流随温度变化。光电池的开路电压和短路电流随温度变化。开路电压随温度升高而下降的速度较快开路电压随温度升高而下降的速度较快,短路电流随温度升高而缓慢增加。短路电流随温度升高而缓慢增加。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 光电耦合器件光电耦合器件由由发发光光元元件件和和光光电电接接收收元元件件合合并并使使用用,以以光光作作为为媒媒介介传递信号的光电器件。传递信号的光电器件。发光元件发光元件是发光二极管是发光二极管,光光电电接接收收元元件件有有光光敏敏电电阻阻、光光敏敏二二极极管管、光光敏敏三三极极管管或光可控硅等。或光可控硅等。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电开关光电开关利利用用感感光光元元件件对对变变化化的的入入射射光光加加以以接接收收,进进行行光光电电转转换换,信信号号放放大大和和控控制制,获获得得控控制制输输出出“开开”、“关关”信号的器件。信号的器件。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器透射式的光电开关透射式的光电开关,当当不不透透明明的的物物体体位位于于或或经经过过它它们们之之间间时时,会会阻阻断断光光路路,使使接接收收元元件件接接收收不不到到来来自自发发光光元元件件的的光光,这样起到检测作用。这样起到检测作用。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器反射式的光电开关反射式的光电开关,当当有有物物体体经经过过时时,接接收收元元件件将将接接收收到到从从物物体体表表面反射的光面反射的光,没有物体时则接收不到。没有物体时则接收不到。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 用用光光电电开开关关检检测测物物体体时时,大大部部分分只只要要求求其其输输出出信号有信号有“高高-低低”（1-01-0）之分即可。）之分即可。应应用用于于工工业业控控制制、自自动动化化包包装装线线及及安安全全装装置置中中作作光控制和光探测装置。光控制和光探测装置。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 1.电荷耦合器件电荷耦合器件（CCDCCD）是是一一种种金金属属氧氧化化物物半半导导体体（MOSMOS）集集成成电电路路器件。器件。以电荷作为信号以电荷作为信号,进行电荷的存储和电荷的转移。进行电荷的存储和电荷的转移。适用于图像识别技术。适用于图像识别技术。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器CCDCCD的结构及工作原理的结构及工作原理 (1)(1)结构结构 由若干个电荷耦合单元组成的。由若干个电荷耦合单元组成的。基本单元是基本单元是MOSMOS电容器电容器.传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器().CCD).CCD原理原理 构成构成CCDCCD的基本单元是的基本单元是MOSMOS电容器电容器,MOS MOS电容器能够存储电荷电容器能够存储电荷 。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 在在金金属属电电极极上上施施加加一一个个正正电电压压时时,其其电电极极下下形形成成耗尽层耗尽层,电子在耗尽层势能较低电子在耗尽层势能较低,形成电子的形成电子的势阱势阱,电电压压从从1 1相相移移到到2 2相相时时,1 1相相电电极极下下势势阱阱消消失失,2 2相电极下形成势阱。相电极下形成势阱。储储存存于于1 1相相电电极极下下势势阱阱中中的的电电荷荷移移到到邻邻近近的的2 2相相电极下势阱中电极下势阱中,实现电荷的耦合与转移。实现电荷的耦合与转移。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器CCDCCD的信号电荷产生有两种方式的信号电荷产生有两种方式:光信号注入和电信号注入。光信号注入和电信号注入。用作固态图像传感器时用作固态图像传感器时,接收的是光信号接收的是光信号,传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光信号注入光信号注入:光信号照射到光信号照射到CCDCCD硅片表面时硅片表面时,形成信号电荷形成信号电荷,存储电荷的多少正比于照射的光强。存储电荷的多少正比于照射的光强。电信号注入电信号注入:是是CCDCCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样通过输入结构对信号电压或电流进行采样,将信号电压或电流转换为信号电荷。将信号电压或电流转换为信号电荷。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 CCDCCD输出端结构输出端结构:在在负负载载R RL L上上形形成成脉脉冲冲电电流流的的大大小小与与信信号号电电荷荷大大小小成正比，并通过负载电阻成正比，并通过负载电阻R RL L变为信号电压变为信号电压U U0 0输出。输出。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器CCDCCD器器件件具具有有存存储储、转转移移电电荷荷和和逐逐一一读读出出信信号号电电荷荷的功能。的功能。2.2.CCDCCD的应用的应用:CCDCCD固态图像传感器固态图像传感器 作为摄像或像敏的器件。作为摄像或像敏的器件。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 由由感光部分感光部分和和移位寄存器移位寄存器组成。组成。感光部分由若干光敏单元组成阵列元件感光部分由若干光敏单元组成阵列元件,光光敏敏单单元元的的光光电电转转换换功功能能将将投投射射到到光光敏敏单单元元上上的的光光学学图像转换成电信号图像转换成电信号,将光强转换电荷包将光强转换电荷包,利利用用移移位位寄寄存存器器的的移移位位功功能能将将电电信信号号传传送送,经经输输出出放放大器输出。大器输出。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器光敏元件排列形式光敏元件排列形式,分为分为线型和面型两线型和面型两种。种。（1 1）线型线型CCDCCD图像传感器图像传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器线线型型CCDCCD图图像像传传感感器器可可以以直直接接接接收收一一维维光光信信息息,不不能能直直接接将将二二维维图图像像转转变变为为视视频频信信号号输输出出,为为了了得得到到整整个个二二维维图图像像的的视视频频信信号号,就就必必须须用用扫扫描描的的方方法法来来实实现。现。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 面型面型CCDCCD图像传感器图像传感器 将将一一维维线线型型光光敏敏单单元元及及移移位位寄寄存存器器排排列列成成二二维维阵阵列列,可以构成面型可以构成面型CCDCCD图像传感器。图像传感器。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 有有三种基本类型三种基本类型:线转移线转移、帧转移帧转移和和隔列转移隔列转移.线转移线转移由行扫描发生器、由行扫描发生器、感光区和输出寄存器组成。感光区和输出寄存器组成。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 帧转移面型帧转移面型CCDCCD由由光光敏敏区区（感感光光区区）、存存储储区区和和水水平平读读出出寄寄存存器器构构成。成。隔离转移型隔离转移型CCDCCD图像传感器图像传感器.它将一列光敏单元与一列存储单元交替排列。它将一列光敏单元与一列存储单元交替排列。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器8.1.6 8.1.6 光电传感器的应用光电传感器的应用1.1.火焰探测报警器火焰探测报警器PbsPbs硫硫化化铅铅为为光光敏敏电电阻阻火火焰焰的的闪闪动动信信号号,经经V V2 2、V V3 3构构成成二二级级负负反反馈馈互互补补放放大大器器后后送送给给中中心心控控制制站站进进行行报报警警处处理。理。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 2.2.光电式纬线探测器光电式纬线探测器当当纬纬线线在在喷喷气气作作用用下下前前进进时时，红红外外发发射射管管V VD D发发出出的的红红外外光光，经经纬纬线线反反射射，由由光光电电池池接接收收，如如光光电电池池接接收收不不到反射信号时，说明纬线已断。到反射信号时，说明纬线已断。利利用用光光电电池池的的输输出出信信号号，通通过过后后续续电电路路放放大大、脉脉冲冲整整形等，控制机器正常运转还是关机报警。形等，控制机器正常运转还是关机报警。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 3.3.燃气热水器中脉冲点火控制器燃气热水器中脉冲点火控制器当当高高压压打打火火针针对对打打火火确确认认针针放放电电时时，光光电电耦耦合合器器中中的的发发光光二二极极管管发发光光，耦耦合合器器中中的的光光敏敏三三极极管管导导通通，经经V V1 1、V V2 2、V V3 3放放大大，驱驱动动强强吸吸电电磁磁阀阀，将将气气路路打打开开，燃气碰到火花即燃烧。燃气碰到火花即燃烧。若若高高压压打打火火针针与与打打火火确确认认针针之之间间不不放放电电，则则光光电电耦耦合器不工作，合器不工作，V V1 1等不导通，燃气阀门关闭。等不导通，燃气阀门关闭。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 4.CCD4.CCD图像传感器应用图像传感器应用 进行工件尺寸检测进行工件尺寸检测 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器物物体体成成像像聚聚焦焦在在图图像像传传感感器器的的光光敏敏面面上上，视视频频处处理理器器对对输输出出的的视视频频信信号号进进行行存存储储和和数数据据处处理理，被被测测物物体体尺尺寸计算公式，寸计算公式，即即 传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 8.3 激激 光光 传传 感感 器器一、激光的产生和特点一、激光的产生和特点激发激发：原子在正常状态下，处于稳定的低能级原子在正常状态下，处于稳定的低能级E E1 1。原子得到外界能量原子得到外界能量(h(h)后，会由低能级后，会由低能级(E(E 1 1)向向高能级高能级(E(E 2 2)跃迁的过程。跃迁的过程。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器受激辐射受激辐射：处在高能级处在高能级E E 2 2上的原子，在外来光子的激发下，上的原子，在外来光子的激发下，跃迁至低能级跃迁至低能级E E 1 1而发光。而发光。外来光子的频率符合如下关系时：外来光子的频率符合如下关系时：h h=E=E 2 2一一E E 1 1处于激发能级处于激发能级E E 2 2的原子才能在外来光子的激励下的原子才能在外来光子的激励下而发光。而发光。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器特点特点：如高方向性、高亮度、高单色性、高相干性。如高方向性、高亮度、高单色性、高相干性。激光是目前最亮的光源，而且是颜色最纯、射程激光是目前最亮的光源，而且是颜色最纯、射程最远、会聚最小、光束最准直、相干性最好的光最远、会聚最小、光束最准直、相干性最好的光源。源。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 二、常用的激光器二、常用的激光器 按增益介质可分如下几类。按增益介质可分如下几类。1 1固体激光器固体激光器 它的增益介质为固态物质。它的增益介质为固态物质。2 2液体激光器液体激光器 工作物质是液体，液体激光器工作物质是液体，液体激光器,最大特点是它最大特点是它发出的激光波长可在一波段内连续可调，连续发出的激光波长可在一波段内连续可调，连续工作，而不降低效率。工作，而不降低效率。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 3 3气体激光器气体激光器 工工作作物物质质是是气气体体，其其特特点点是是小小巧巧，能能连连续续工工作作，单色性好，输出功率不及固体激光器。单色性好，输出功率不及固体激光器。4 4半导体激光器半导体激光器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器三、激光探测器的应用三、激光探测器的应用激光技术用于检测是将它作为光源，配以光电激光技术用于检测是将它作为光源，配以光电元件来实现的元件来实现的。主要用来测量长度、位移、速度、振动等参数。主要用来测量长度、位移、速度、振动等参数。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 1 1激光测流速激光测流速激光多普勒流速计激光多普勒流速计：可以测量火箭燃料的流速，：可以测量火箭燃料的流速，飞行器喷射气流的速度，风洞气流速度以及化飞行器喷射气流的速度，风洞气流速度以及化学反应中粒子的大小及会聚速度等。学反应中粒子的大小及会聚速度等。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器多普勒原理：多普勒原理：观察者所测得的流速不仅取决于光源，还取决观察者所测得的流速不仅取决于光源，还取决于光源或观察者的运动速度。于光源或观察者的运动速度。传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第8 8 8 8章章章章光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器 当激光照射到跟流体一起运动的微粒上时，激当激光照射到跟流体一起运动的微粒上时，激光被运动着的微粒所散射，散射光的频率相对光被运动着的微粒所散射，散射光的频率相对于入射光将产生正比于流体速度的偏移。于入射光将产生正比于流体速度的偏移。测出散射光的偏移量，就能得到流体的速度。测出散射