第二章 光電傳感器與霍爾傳感器

1、材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)第七節(jié)第七節(jié) 光電傳感器光電傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。其光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)第七節(jié)第七節(jié) 光電傳感器光電傳感器1 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 光導(dǎo)效應(yīng)：光導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子半導(dǎo)體材料受到光照時會產(chǎn)生電子- -空穴對空穴對, ,使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)使其導(dǎo)電性能增強(qiáng), ,光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后光線愈強(qiáng)，

2、阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管內(nèi)光電效應(yīng)又分為：光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)又分為：光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)：光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象光電池光電池材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)照相機(jī)自動測光照相機(jī)自動測光光控?zé)艄饪責(zé)艄I(yè)控制工業(yè)控制材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)光電池光電池 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料光生伏

3、特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到光照后結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。以可見光作光源產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。的光電池是常用的光生伏特型器件。+-PN材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)第七節(jié)第七節(jié) 光電傳感器光電傳感器2 外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 外光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。外光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。發(fā)射出來的電子叫做光電子。發(fā)射出來的電子叫做光電子。 光電管，光電倍增管光電管，光電倍增管材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)第七節(jié)第七節(jié) 光電傳感器光電傳感器材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成

4、型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 應(yīng)用應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四種、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式?；拘问?。 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體

5、敏感元件傳感器 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 亮度傳感器：亮度傳感器：通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。達(dá)到節(jié)約電能的目的。材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)HK 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍

6、爾效應(yīng)。 1 1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)第八節(jié)第八節(jié) 霍爾傳感器霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)原理實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)被利用霍爾效應(yīng)原理實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)被測測物理量轉(zhuǎn)換為電動勢的傳感器。物理量轉(zhuǎn)換為電動勢的傳感器。：霍爾靈敏度系數(shù)：霍爾靈敏度系數(shù)sinIBKVHH材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B為零時的情況為零時的情況c cd da ab b材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)左手定則左手定則材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)c cd da ab b屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流

7、和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 sinIBKVHH材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)sinIBKVHHHHHRKdR:HRd霍爾系數(shù)；霍爾元件的電阻率；霍爾元件的載流子遷移率； ：霍爾元件的厚度為什么不用金屬或絕緣體做霍爾元件材料？為什么不用金屬或絕緣體做霍爾元件材料？材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)1. 為什么不用金屬或絕緣體做霍爾元件材料？為什么不用金屬或絕緣體做霍爾元件材料？2. 某一霍爾元件尺寸為某一霍爾元件尺寸為L=10mm，b=3.5mm，d=1.0mm，沿垂直沿垂直L方向通以電流方向通以電

8、流I=1.0mA，在垂直于，在垂直于L和和b的方的方向加有均勻磁場向加有均勻磁場B=0.3T，靈敏度為，靈敏度為22V/(AT)，試求，試求輸出霍爾電勢。輸出霍爾電勢。 sinIBKVHHHHHRKdR材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示?；魻栐苫魻柶⑺母€和殼體組成，如圖示。 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)測轉(zhuǎn)角：測轉(zhuǎn)角：材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大

9、小成正比，這一磁場磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測。測。 材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)鐵磁材料裂紋檢測鐵磁材料裂紋檢測 NS材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)案例：案例：汽車速度測量汽車速度測量:材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)第九節(jié)第九節(jié) 傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面的問題。的問題。 1 1、靈敏度、靈敏度

10、 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 c)c)交叉靈敏度問題。交叉靈敏度問題。材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)2 2 響應(yīng)特性響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。保持不失真的測量條件。 實際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定實際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好。延遲，但總希望延遲的時間越

11、短越好。 3 3 線性范圍線性范圍 任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。 第三章、傳感器測量原理第三章、傳感器測量原理材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)材料成型測試技術(shù)基礎(chǔ)4 4 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長期使用以后，穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。定性的因素是時間與環(huán)境。5 5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。測量的對應(yīng)程度。 第三章、傳感器測量原理第