傳感器的主要學(xué)習(xí)知識(shí)重點(diǎn)

1、緒論 一、傳感器的定義、組成、分類、發(fā)展趨勢(shì)能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置， 通常由敏感 元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。如果傳感器信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，輸出信號(hào)為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) (010mA,420mA;02V ,15V;)，通常稱為變送器，分類：按照工作原理分，可分為：物理型、 化學(xué)型與生物型三大類。 物理型傳感器又可分為物 性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器。按照輸入量信息：按照應(yīng)用范圍：傳感器技術(shù) : 是關(guān)于傳感器的研究、設(shè)計(jì)、試制、生產(chǎn)、檢測(cè)和應(yīng)用的綜合技術(shù).發(fā)展趨勢(shì) : 一是開展基礎(chǔ)研究，探索新理論，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工 藝；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化、多功能化

2、與智能化。1 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象；2發(fā)明新材料；3采用微細(xì)加工技術(shù)；4智能傳感器；5多功能傳感器；6仿生傳感器。 二、信息技術(shù)的三大支柱現(xiàn)在信息科學(xué)(技術(shù))的三大支柱是信息的采集、傳輸與處理技術(shù)，即傳感器技術(shù)、通 信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。課后習(xí)題1 、什么叫傳感器，它由哪幾部分組成？它們的作用與相互關(guān)系？ 傳感器 (transducer/sensor) ：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的 器件或裝置(國(guó)標(biāo) GB7665 2005)。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 敏感元件：指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量(一般為非電量 ) 部分。轉(zhuǎn)換元件 ：指?jìng)鞲衅髦?/p>

3、能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的可用輸出 信號(hào) (一般為電信號(hào) )部分。信號(hào)調(diào)理電路 (Transduction circuit) ：由于傳感器輸出電信號(hào)一般較微弱， 而且存在非線性 和各種誤差， 為了便于信號(hào)處理， 需配以適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理電路， 將傳感器輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換成 便于傳輸、處理、顯示、記錄和控制的有用信號(hào)。第一章 傳感器的一般特性1. 傳感器的基本特性 動(dòng)態(tài)特性 靜態(tài)特性2. 衡量傳感器靜態(tài)特性的性能指標(biāo)( 1 )測(cè)量范圍、量程( 2)線性度maxyF S傳感器靜態(tài)特性曲線及其獲得的方法傳感器的靜態(tài)特性曲線是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行校準(zhǔn)的。靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件(傳感器校準(zhǔn)時(shí)，包

4、括零點(diǎn)在內(nèi)的壓力校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)K不應(yīng)少于6點(diǎn)，校準(zhǔn)的循環(huán)次數(shù) R不應(yīng)少于3次。校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)和校準(zhǔn)循環(huán)數(shù)的多少取決于被校傳感器的精度和使用要求，通常K=611, R=35。每次校準(zhǔn)共可獲得 2RK個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。正行程校準(zhǔn)曲線、反行程校準(zhǔn)曲線，傳感器的校準(zhǔn)曲線。1 R1 R1丫。二 Ycj丫打二 Yfj Yi -(Yci Y”)R j 1R j 12經(jīng)校準(zhǔn)的傳感器，應(yīng)給出特性方程、線性、遲滯、重復(fù)性以及精度值。)1)最小二乘法擬合直線y kx b, iyi (kx b),n 紗 洛 (心 xXi%)k22- ln 人(Xi)n 為(Xi)2)端點(diǎn)法擬合直線ykx b,iyi(kxib)k y,by0kx0為X

5、。(3) 靈敏度Sn輸出量的變化量dy輸入量的變化量dx(4) 分辨率、分辨力(5) 遲滯maxy F S100%(6) 重復(fù)性1) R100%y f s2) H(23)100%n_(yi y)2（7）精度-max 100% L H R yF S精度等級(jí)思考題與習(xí)題1、傳感器的定義、組成、分類、發(fā)展趨勢(shì)。2、何為傳感器的基本特性3、傳感器的靜態(tài)特性是如何定義的，其主要技術(shù)指標(biāo)由哪些？如何測(cè)出它們的數(shù)據(jù)?4、 某傳感器的給定精度為2%F.S。11、某壓力傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表1-5所示。壓力/Mpa第一次循環(huán)（mV第二次循環(huán)（mV第三次循環(huán)（mV第一正第一反第二正第二反第三正第三反0-2.73-2

6、.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.47.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.114.4214.4214.4714.4714.4614.46線性度、重復(fù)性、遲滯按照書中公式計(jì)算即可。主要習(xí)題：第一章 1、2、3、5，11第二章 第三章 第四章 第五章 第七章1、2、5、6、7、10、111、31、21、3、12、13、141 、 2、 3、 5、 6、 9、 11、 13、 14、 16、

7、21、 24第2章電阻應(yīng)變式傳感器工作原理：電阻應(yīng)變式傳感器的基本原理是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電阻值, 再通過(guò)測(cè)量此電阻值達(dá)到測(cè)量非電量的目的。2.1金屬電阻應(yīng)變式傳感器1. 電阻一應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將相應(yīng)地發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬導(dǎo)體的電阻一應(yīng)變效應(yīng)。概念：軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變、微應(yīng)變()應(yīng)變靈敏系數(shù)R/RT/TR/R(1 2 )R/R K金屬導(dǎo)體的靈敏系數(shù)與半導(dǎo)體的靈敏系數(shù)的區(qū)別。2. 應(yīng)變片概念：應(yīng)力 應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系E試件材料的彈性模量。應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片由敏感柵、基底、蓋片、弓I線和粘結(jié)劑組成。根據(jù)敏感柵材料形狀和制造工業(yè)的不同，

8、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)形式有金屬絲式、箔式和金屬薄膜式三種類型。3. 金屬電阻應(yīng)變片的主要特征(1) 應(yīng)變片的電阻值，已標(biāo)準(zhǔn)化。(2) 絕緣電阻(3) 靈敏系數(shù)(4) 允許電流(5) 橫向效應(yīng)與橫向靈敏系數(shù)(6) 機(jī)械滯后(7) 應(yīng)變極限(8) 零漂和蠕變(9) 動(dòng)態(tài)特性losin104. 溫度誤差及補(bǔ)償(1) 引起溫度誤差的主要因素(2) 溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?. 測(cè)量電路UoUi/ RR2R3R4()4RRRRUiUok( 1234)對(duì)于等臂電橋(2-36，37)41單臂橋的非線性誤差丄K26. 金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)用-（1）電阻應(yīng)變式力傳感器 柱（筒）式力傳感器_ _F_l E SE懸臂梁式力傳感器電阻應(yīng)

9、變式傳感器等截面懸臂梁6F1E bh2E等強(qiáng)度懸臂梁6Flboh2E薄壁圓環(huán)式力傳感器輪輻式力傳感器軸剪切力傳感器（2）電阻應(yīng)變式壓力傳感器 筒式壓力傳感器膜片式壓力傳感器2)(R22)(r23r2)r2)組合式壓力傳感器（3）電阻應(yīng)變式加速度傳感器（4）電阻應(yīng)變式加速傳感器應(yīng)用示例2.2半導(dǎo)體應(yīng)變片及壓阻式傳感器半導(dǎo)體片壓阻效應(yīng) 半導(dǎo)體晶體材料的電阻率隨作用應(yīng)力而變化的“壓阻效應(yīng)（piezoresistive effct）。半導(dǎo)體應(yīng)變片有兩種制作方法:（1）體型半導(dǎo)體應(yīng)變片（2）擴(kuò)散硅應(yīng)變片 壓阻式傳感器壓阻式傳感器依然是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體材料底片上選擇一定的晶向位置，利用集

10、成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測(cè)量傳感器元件， 基片直接作為測(cè)量敏感元件（甚至有的可包括某些信號(hào)調(diào)理電路），也稱為擴(kuò)散型壓阻式傳感器或固態(tài)壓阻式傳感器。（1）壓阻式壓力傳感器2 2)ro(3 )r 2 2)ro (1 3 )r 0.01 0.30h=50500 m, ro1.8 10mm, h r°）壓阻式加速度傳感器為了保證輸出線性度，懸臂梁根部的應(yīng)變不要超過(guò)400500應(yīng)用示例2.3電位計(jì)式傳感器 2.4思考題與習(xí)題1. 何為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？2. 什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？3. 用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，為什么必須采取溫度不

11、成措施？有何種溫度補(bǔ)償方法？4. 一個(gè)應(yīng)變片的電阻值 R0 120 ，K=2.05，用作應(yīng)變800的傳感原件。（1）求 R 與 R/R ；R/RK =2.05*800*10-6= 1.64 10R = 1.64 10 3 R=1.64 10 3 120=0.197（2）若電源電壓Ui3V，求其惠斯通電橋的非平衡輸出電壓。Uo U1-R 3 1.64 10 31.23mV4 R 45.一試件的軸向應(yīng)變?yōu)?.0015，表示多大微應(yīng)變？該試件的軸向相對(duì)伸長(zhǎng)率為百分之幾?6. 假設(shè)惠斯通直流電橋的橋臂1是一個(gè)120Q的金屬電阻應(yīng)變片 （K=2.00 ,檢測(cè)用），橋臂1的鄰臂3是用于補(bǔ)償?shù)耐惻蔚膽?yīng)變

12、片，橋臂2和橋臂4是120歐姆的固定電阻。流過(guò)應(yīng)變片的最大電流為30mA.(1) 畫出該電橋電路，并計(jì)算最大直流供電電壓。Uim=( 120+120)30 10-3=7.2V(2) 若粘在鋼梁(E=2.1 1011N/m2)上，而電橋由 5V電源供電，是問(wèn)當(dāng)外加負(fù)載370kg / cm 時(shí)，電橋的輸出電壓時(shí)多少？UiUi(3) 假定校準(zhǔn)電阻與橋臂 1上未加負(fù)荷的應(yīng)變片并聯(lián)，試計(jì)算為了產(chǎn)生于鋼梁加載相同輸出電壓所需要的標(biāo)準(zhǔn)電阻值。第3章電感式傳感器電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化 量，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的一種裝置。被測(cè)量t自感L(互感M

13、) t Uo(lo)電感式傳感器分類:(1) 自感式傳感器(電感式傳感器)：氣隙型、螺管型兩種結(jié)構(gòu)(2) 互感式傳感器：差動(dòng)變壓器式傳感器、(3) 電渦流式傳感器3.1.1氣隙型電感式傳感器W2l11S1S20SKlw2 oS(3-4)(3-12)差動(dòng)變隙式電感傳感器的優(yōu)點(diǎn)(1) 差動(dòng)式電感傳感器的靈敏度比單線圈電感傳感器提高一倍;(2) 差動(dòng)式電感傳感器的非線性失真小。3.1.2螺管式電感傳感器L cWlcl0 W2 , 2Plr2 r rc0 ll lc(3-25)電感靈敏度:K LLlc0 W22 r r c(3-30)l2差動(dòng)結(jié)構(gòu)：當(dāng)品質(zhì)因數(shù)較大時(shí)，?E LU o2 L(3-49)阻抗

14、：Z ； R2(L)23.1.3電感線圈的等效電路RsLZp2 2j2rpJLp12lc1LC(3-36)第四章電容式傳感器電容式傳感器：以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容 量變化的一種傳感器。被測(cè)量d, S,e) CC1.平行板電容器：oSCd 1d°dC0d°CdC0d0KC/C。1dd（2. 電容式傳感器的基本類型：即變間隙（d）型、變面積（S）型和變介電常數(shù)（& ）型。電極形狀有平板形、圓柱形和球形三種。（C）2.圓筒電極電容2 oL DIn d3.電橋電路UoE Ci2 CiC2I E（走 i）E CiC2E_C2 CiC22 CoE

15、_d2&第五章UoIlRlR(R(R Rl)2RP RLEf(CiC2) 2kEf C壓電傳感器壓電式傳感器是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的有源傳感器。5.i壓電傳感器的工作原理i. 壓電效應(yīng)（Piezoelectric-effect）（1）正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的一定表面上產(chǎn)生電荷， 當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。 當(dāng)作用力 方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。 輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí)，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。（2）逆壓電效應(yīng)當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)

16、（加電壓）作用時(shí)，這些電介質(zhì)晶體會(huì)在一定的晶軸方向產(chǎn)生機(jī)械變形，外加電場(chǎng)消失，變形也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）。2壓電方程qi dij j或 Q dj FCaQCa并聯(lián)接法輸出電荷量大、電容大、時(shí)間常數(shù)大，適宜用在測(cè)量慢信號(hào)并且以電荷作 為輸出量的情況。串聯(lián)接法輸出電壓大、 電容小，適宜用于以電壓作為輸出信號(hào)、并且測(cè)量電路輸入阻抗很高的情況。壓電元件一般采用兩片或兩片以上壓電片組合使用。由于壓電元件是有極性的，因此連接方法有兩種：并聯(lián)連接和串聯(lián)連接。C并 2C,U并 U ,0并 2QC串 C/2，U串 2U，Q串 Q5.2壓電材料壓電材料可以分為兩大類：壓電晶體（單晶體）、壓

17、電陶瓷（多晶體）壓電晶體：（1）石英；（2）水溶性壓電晶體壓電陶瓷：（1）鈦酸鋇壓電陶瓷；（2）鋯鈦酸鉛系（PZT） （3 ）鈮酸鹽系壓電新材料：二氟乙烯（PVDF）高分子材料壓電傳感器的前置放大器由兩種形式：一種是電壓放大器；一種是電荷放大器。第七章熱電勢(shì)傳感器熱電式傳感器是利用某種材料或元件與溫度有關(guān)的物理特性，將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置或器件。溫度t 電信號(hào)（電阻、電壓、電流等）分類：熱電偶：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化。 熱電阻：將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化。PN結(jié)型溫度傳感器：PN結(jié)電壓-溫度效應(yīng)。原理：禾U用物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的特性制成的電阻式測(cè)溫系統(tǒng)。溫度變化t電阻變化包括：

18、7. 1熱電阻金屬熱電阻（鉑熱阻、銅熱阻等）：用純金屬熱敏元件制成。 半導(dǎo)體熱敏電阻（PTC、NTC、CTR ）：用半導(dǎo)體材料制成。7.1.1金屬熱電阻1. 鉑熱電阻（WZP）鉑電阻作為-259.34630.74C溫度范圍內(nèi)的溫度基準(zhǔn)。常見的結(jié)構(gòu)（1）直徑0.020.07mm鉑絲繞在云母片等絕緣骨架上，然后裝入保護(hù)套管，接 出銀制引線；（2）鉑膜電阻：采用真空鍍膜方法制造薄膜電阻。百度電阻比W（100）表示鉑的純度W（100）=R100 / R0式中，R100 100 C時(shí)的電阻值；R00 C時(shí)的電阻值。 鉑電阻絲純度越高，測(cè)溫精度也越高?；鶞?zhǔn)鉑熱電阻： W（100） > 1.39256

19、,純度 99.9995%,精度： 0.001 C0.0001 C工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電阻： W（100） > 1.391 ,精度： 200C0C, 1C0C100 C,0.5 C100C 650C, （0.5 % ）t鉑電阻的分度號(hào) Pt50, Pt100。2. 銅熱電阻（WZC ）百度電阻比 W（100） > 1.425分度號(hào)：Cu100（R0100=100 Q ）, Cu50（R0=50 Q）測(cè)溫范圍和應(yīng)用：50C100C；工業(yè)用溫度計(jì)。3. 測(cè)量電路消除導(dǎo)線電阻的影響，一般采用三線或四線電橋連接法。7.1.2半導(dǎo)體熱敏電阻正溫度系數(shù)（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)（NTC ）、臨界溫度系數(shù)（C

20、TC） 一定溫度范圍內(nèi)，為一條指數(shù)曲線ARoe BToB(丄RtAeB/TRoe T ToT0=20 C (= 293K)R0=R20 ,額定電阻;T1=100 C (= 373K) f R仁R100 ;則1365lnR20R100標(biāo)稱電阻值Rh: （25± 0.2C）時(shí)的電阻值，又稱冷電阻。7.2 PN結(jié)型溫度傳感器1. 二極管溫度傳感器ls(eqU/kT1)qU /kTkiln 丄 q Is2. 晶體管溫度傳感器3. 集成溫度傳感器ku=10mV/ C, LM34/35 , LM135/235 , TMP35/36。 kl = 1 卩 A/K ,AD590/592 , LM134

21、/234。分類：按輸出信號(hào)分為：（1）電壓型：三線制,（2）電流型，兩線制,（3）數(shù)字型 18B207.3熱電偶熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器。用于測(cè)量1001300 C范圍內(nèi)的溫度。7.3.1熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）A和B組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)溫度（T、T。）不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電 勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。回路中的電勢(shì)稱為熱電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，用Eab （T , T0）表示。導(dǎo)體A、B稱熱電極，一個(gè)接點(diǎn)為測(cè)量端（熱端或工作端）：放入被測(cè)溫度T中，另一個(gè)接點(diǎn)為參考端（冷端或自由端），置于某一恒定溫度 T0

22、中。溫差越大，熱電勢(shì)越大。熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)7.3.2熱電偶的基本定律1. 均質(zhì)導(dǎo)體定律要求熱電極材質(zhì)均勻，避免熱電極上各點(diǎn)溫度不同產(chǎn)生附加電勢(shì)。2. 中間導(dǎo)體定律熱偶回路斷開接入第三種勻質(zhì)導(dǎo)體 C,若C兩端溫度相同，則回路熱電勢(shì)不變。 這為熱電勢(shì)的測(cè)量（接入儀表）奠定理論基礎(chǔ)。3. 中間溫度定律EAB（T，T0） EAB （T，Tn ）EAB （Tn， T0 ）4. 標(biāo)準(zhǔn)（參考）電極定律：用于確定各種材料熱電勢(shì)EAB（T，T0） EAC （T，T0） EBC （T，T0 ）7.3.3 熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)國(guó)際電工委員會(huì) （IEC ）向世界各國(guó)推薦 8 種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 , 所

23、謂標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 , 它 已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中 , 具有統(tǒng)一的分度表。我國(guó)從 1988 年開始采用 IEC 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn) 熱電偶。分度表熱電偶的結(jié)構(gòu)：（1）普通型熱電偶一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。（2）鎧裝型熱電偶由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體。它可以 做得很細(xì)很長(zhǎng) ,使用中隨需要能任意彎曲。 主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端熱容量小 ,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 ,機(jī)械 強(qiáng)度高 ,撓性好 ,可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。（3）薄膜熱電偶7.3.4 熱電偶的冷端處理及補(bǔ)償延長(zhǎng)導(dǎo)線利用補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電極，引到溫度較穩(wěn)定的T0 端測(cè)試。使冷端遠(yuǎn)離熱端。要求：在一定的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)

24、的熱電偶具有相同或相近的熱電特性。冷端補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法：1.0C恒溫法將熱電偶冷端置于冰水混合物的0 C恒溫器內(nèi)，使其工作與分度狀態(tài)達(dá)到一致。冷端溫度修正法（1 ）熱電勢(shì)修正法利用中間溫度定律（2）溫度修正法由實(shí)測(cè)熱電勢(shì)Eab （T, Tn）,查表得T'為儀表指示溫度。3. 冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法（ 1 ）電橋補(bǔ)償法（ 2） PN 結(jié)冷端補(bǔ)償（ 3） AD590 冷端溫度補(bǔ)償法第八章 光電式傳感器光電式傳感器是一種將被測(cè)量通過(guò)光量的變化再轉(zhuǎn)換成電量的傳感器,它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng) .光電式傳感器一般由光源、光學(xué)元件和光電元件三部分組成,光源發(fā)射出一定光 通量的光線,由光電元件接收, 在檢測(cè)

25、時(shí),被測(cè)量使光源發(fā)出的光通量變化,因而使接受光通量的光電元件的輸出電量也做相應(yīng)的變化, 的電量可以是模擬量也可以是數(shù)字量。最后用光用電量來(lái)表示被測(cè)量的大小。其輸出8.1光電效應(yīng)光電效應(yīng)：指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。包括外光電效應(yīng)(External Photoelectric effect )、內(nèi)光電效應(yīng)(internal Photo-electric effect )。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電 導(dǎo)效應(yīng)(Photoconduction effect )、光生伏特效應(yīng)(Photo-voltaic effect )8.1.1外光電效應(yīng)在光線的作用下，使物體內(nèi)的電子逸

26、出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，向外發(fā)射的電子叫做光電子。基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。1 2h 一 m 0Ag2E hh普朗克常數(shù)，6.626 X 10-34J s；v光的頻率(s-1)光電子能否產(chǎn)生，取決于入射光子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。不同的物質(zhì)具有不同的逸出功，即每一個(gè)物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的光頻閾值，稱為紅限頻率或波長(zhǎng)限。光線頻率低于紅限頻率，光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出，因而小于紅限頻率的入射光，光強(qiáng)再大也不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之，入射光頻率高于紅限頻率，即使光線微弱，也會(huì)有光電子射出。紅限頻率半，紅限波長(zhǎng)0hc8.1.2內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率p發(fā)生變化， 或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電 效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。 根據(jù)工作原理的不同， 內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特 效應(yīng)兩類。1. 光電導(dǎo)效應(yīng)在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。為了實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度Eg，即一 hc 1.24h Eg2. 光生伏特效應(yīng)在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)