光敏传感器ppt

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6.1.1 光谱
图 6-2光谱分布图
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6.1.3 光源
• 对光源的要求： 6.1.2 光学传感器的相关计量单位
光源应保证均匀、无遮挡或阴影 光源的照射方式应符合传感器的测量要求 光源的发热量应尽可能小 光源发出的光必须具有合适的光谱范围 光源必须具有足够的照度
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图18
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（4）光照特性
图19表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下， 光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光 敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。 因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之 处。一般在自动控制系统中用作光电开关。
I/mA
图 6-15光电倍增管阳极灵敏度和放大倍数随工作电压变化曲线
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6.2.1.3 光电倍增管
图 6-16光电倍增管的光电特性
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6.2.1.3 光电倍增管
• 光电倍增管的应用领域 • 光电倍增管和半导体光电器件应用举例
图 6-17 Super-Kamiokanden内部的PMT阵列
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表1
图17
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（3） 温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应, 同时, 光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变, 尤其是响应于红外区 的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。 图18 为硫化铅光敏电 阻的光谱温度特性曲线, 它的峰值随着温度上升向波长短的 方向移动。因此, 硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下 使用。 对于可见光的光敏电阻, 其温度影响要小一些。
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图16
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• 提示 利用模块可以分别获得左、右光敏传感器的检测值，也可以获得左、
右光敏传感器检测值的差和平均值。一般说来， 模块的检测值是0~255 的整数。光线越暗，检测值越大。
默认情况下，利用 模块获得的是平均值。
• 试一试 • 右击模块，打开“亮度检测模决”对话框，分别选中
“左”“右”“偏差”等选项，然后下载并运行程序，观察显示的 变化。 • 二、避光奏乐 • 利用 模块获取光敏传感器检测到的光信号以后，可以用光信号指挥 机器人工作。
项。
• 第3步：单击 按钮。 • 第4步：右击模块，打开“显示模块”对话框。 • 第5步：选定第一个“引用变量”选项，打开“变量百宝箱”对话框。 • 第6步：单击对话框中的“亮度”按钮 ，再单击“亮度变量一”框，、
使它的右侧出现 标记。 • 第7步：依次关闭打开的对话框。 • 第8步：以“显示亮度”为文件名保存文件。 • 第9步：下载并运行这个程序。改变机器人左前方的亮度，可以看到液 晶显示屏上数值的变化。
一，检测光信号 编流程图程序时，通过 模块可以获取光敏传感器的检测值。
• 动手做 显示左光敏传感器的检测值。 • 第1步：启动VJC，打开流程图编辑窗口，搭建的流程图。添加 模
块时， 应该先选定“传感器模块库”面板中的“亮度检测”按钮 。 • 第2步：右击 模块，打开“亮度检测模块”对话框，选定“左”选
试一试 让机器人分别显值存放到相应的“变量一”中。例如，
“亮度检测”模块默认把检测值放到“亮面度变量一”中。 右击检测模块，在打开的检测模块对话框中可以指定变量来 存放检测值。在流程图程序中，最多可以调用三个同类的变 量。例如，通过“变量百宝箱”对话框，可以指定“亮度变 量一”“亮度变量二”或“亮度变量三”。
我的收获 1 2 3

IA/ μA
100
75
2
50
25
1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Φ/1m
图6-1 光电管的光照特性 25
(3) 光电管的光谱特性
一般光电阴极材料不同的光电管对应不同 的红限频率，因此它们可用于不同的光谱范围。
另外，同一光电管对于不同频率的光的灵 敏度不同。以GD-4型光电管为例，阴极是用锑
紫外光
可见光
红外光
10 nm 380 nm 780 nm
1000,000 nm
性质：光都具有反射、折射、散射、衍
射、干涉和吸收等性质。
4
6.1.2 光源（发光器件） 1. 白炽光源
最为普通的是用钨丝通电加热作为光辐射源。 一般白炽灯的辐射光谱是连续的。
发光范围：320 nm~2500 nm, 所以任何光敏 元件都能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性 差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高， 是可取之处。
倍增系数M
106 105 104 103
极间电压/V
25 50 75 100 125
最大灵敏度可达
图6-2 光电倍增管的特性
10A/lm不能受强光照射。
曲线
32
（3）暗电流和本底电流
由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使 没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这 种电流称为暗电流。 在其受人眼看不到的宇宙射线的照射后，光电倍 增管会有电流信号输出—本底脉冲。
半导体激光器（如砷化镓激光器）
14
6.2 光电效应
两类：外光电效应和内光电效应。 6.2.1 外光电效应 在光的作用下，物体内的电子逸出物体表 面向外发射的现象叫做外光电效应。

真空光电二极管：
原 理 及 应 用
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第2章 光敏传感器——外光电效应及器件
传 真空光电二极管的伏安特性： 在0~20V范围内, 阳极电压增大, 光电子达到阳极的数目也增大, 阳极电流增
感 大; 当阳极电压大于20V后, 几乎全部发射电子都已到达阳极, 电压再增大, 电流 器 几乎不变, 曲线平坦, 此部分称饱和区, 一般工作电压选择在饱和区, 但要尽量小
第2章 光敏传感器
传 光敏传感器能对光信号的变化作出迅速反应，并将光信号转变为电 信号；光信号具有粒子性，由光子(hγ)组成，具有一定的能量，光敏传
感 感器就是将光能变换为相应电能的装置，又称光电式传感器。
器 按工作原理可分四类：
原 A. 因光照射引起物体电学特性改变的现象称为光电效应=>
理
外光电效应: 在光照射下，某些材料中的电子逸出表面而产生光电 子发射现象，也称光电发射效应。如：光电二极管；光电倍增管
些。而随着光强的增加, 产生的光电子数就增多, 所以光电流与光强成正比。
原
实际工作中，阳极负载电阻RL不能太大，因为电极间有杂散电容，则其充电
理 常数=RLC；降低频响。但电阻也不能太低，一般应大于0.05欧姆，电容亦不 能低于几个皮法，否则输出信号将太小。
及
应
用
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第2章 光敏传感器——外光电效应及器件
原 极碰撞产生光电子，因此达到阳极的电子数目比真空二极管所产生的电子数目 理 大很多，相当于具有一定的放大倍数，可达10倍左右。
比较右图所示的伏安特性可知，充气光电二极管的灵敏度高，但其灵敏度随
及 电压显著变化，使其稳定性和频率特性都比 应 真空光电二极管差，所以在实际应用中应选

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内光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)
• 光照射在半导体材料上，材料中处于价带 的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带， 使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即 激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材 料产生电效应。光子能量必须大于材料的 禁带宽度ΔEg才能产生内光电效应。
• 内光电效应按其工作原理可分为两种：光 电导效应和光生伏特效应。。
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光电管
• 它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图1 所 示。图2 阳极通过RL与电源连接在管内形成(xíngchéng)电 场。光电管的阴极受到光照射后便发射光电子，这些光 电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电 管内形成(xíngchéng)空间电子流。电阻RL上产生的电压降 正比于空间电流。
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光电效应：光照射在物体上可以看成(kàn chénɡ)是一连串的具有 一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接 体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体 中某些电子的能量而产生的电效应。光电效应可分成外光电效
应和内光电效应两类。
外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面而产 生光电子发射的现象称为外光电效应
高电平，继电器K得电吸合，其常开触点K1闭合(bìhé)，路灯EL通电发光。
R2与C3组成干扰脉冲吸收电路，可防止因短暂光线（如雷电闪光、 车辆灯光等）干扰电路的正常工作。由于时基集成电路组成的施密特触 发器具有V,D/3的回差电压，从而可避免继电器在光控临界点处的频繁 跳动而造成路灯EL的闪亮。本电路除可用于白炽灯自动控制外，也可
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光控照明灯应用(yìngyòng)传感器

光敏传感器的工作原理
光敏传感器是采用光电元件作为检测元 件的传感器。它首先把被测量的变化转 换成光信号的变化，然后借助光电元件 进一步将光信号转换成电信号。光电传 感器一般由光源、光学通路和光电元件 三部分组成。
光敏传感器特性
频率特性
电阻特性
伏安特性
光敏传感器特性
温度特性
光电特性
响应时间特性 光谱特性
谢谢观看！
《传感器技术及应用》
读取实时室温和光照数据 将数据送往上位机
上位机根据数据做出判断来改变温控系统
一 项目场景说明
任务目标
某蔬菜产业基地新建一批温室大棚，需设 计一套光照度检测设备，能自动连续读取并显 示光照传感器HB1750FVI-TR采集的光照强度 测量值，并通过串口传输上位机设备。
二 光敏传感器的工作原理
光敏传感器能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，通过简单电子线路放大处理，可以控制 LED灯具的自动开关。
初始化串口 读取光照数据 串口打印光照数据 LCD显示光照数据
初始化buff 延时1S
项目实现
连续读出BH1750内部数据
uchar bh1750_read_nbyte(uchar sla,uchar *s,uchar no){
uchar i;
iic_start();
//起始信号
if(iic_write_byte(sla+1) == 0){
HB1750FVI-TR光敏传感器
BH1750FVI 是一种用于两线式串行总线接口的数字型光照度度传感器集成电路。这种集成电路可 以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大 范围的光照度度变化。其测量范围为1lx~65535lx。

第二节 常用光敏传感器工作原理
二、光敏二极管 4.光敏二极管应用电路分析 有光照时，T1、T2导通， 继电器线圈带电，常闭触 点断开，灯不亮。 光线较暗时，T1、T2截止，
继电器线圈失电，常 闭触点闭合，灯亮。
路灯控制电路
第二节 常用光敏传感器工作原理
三、光敏三极管 1.光敏三极管概述
光敏晶体管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏 晶体管有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用发射结 作为受光结，基极无引出线，因此，光敏晶体实质上是一 种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的三极管。
教学重点：
1、光敏传感器特点与选用； 2、光敏传感器原理及接口电路设计方法。
教学难点：
1、光温敏传感器工作原理； 2、光敏传感器应用电路分析与设计方法；
教学方法：
1、引导文教学法 2、引探教学法 3、头脑风暴法
第三章 光敏传感器及应用技术
问题思考：
1、光敏传感器的作用是什么？ 2、常用的光敏传感器有哪些种？各自的原理是 什么? 3、何为光电效应？可见光的波长范围是多少? 4、光敏电阻的阻值由什么因素决定？ 5、光敏二极管工作在什么状态？ 6、光电池的的原理是什么？ 7、光电开关在日常生活和工业生产中有哪些应 用？ 8、举出20种以上光敏传感器的应用场景。
一、光敏电阻 3.光敏电阻基本特性 伏安特性 光照特性 光谱特性 响应时间和频率特性 温度特性
第二节 常用光敏传感器工作原理
一、光敏电阻 ① 伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流 之间的关系
• 在给定的偏压情况下，光照度 越大，光电流也就越大；
• 在一定光照度下，加的电压越 大，光电流越大，没有饱和现象。
第二节 常用光敏传感器工作原理

பைடு நூலகம்
30
光照特性
光电池在不同光照度下， 其光电流和光生 电动势是不同的，它们之间的关系就是光照 特性
光 生 电 流 / mA 光 生 电 压 /V
0.3
0.6
0.2
开 路电 压
0.4
0.1
短 路电 流
0.2
0
0
2 000
4 000
照 度 / lx
硅光电池的光照特性
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31
相 对 光 ( %电) /流
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26
光敏电阻的应用－火灾探测
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27
光电池结构、符号
硼扩散层
P型电极 （SiO2膜）
接线点 ＋
PN结
N型硅片
电极 － （a) 硅光电池结构
N型氧化镉层 接线点 －
PN结 硒（P型）
铝基板 电极 ＋
（b) 硒光电池结构
＋ P
电子 空穴 －
N 光生电流
U RL
光电池输出电流
1 00
1 .8 0 20 40 60 80 100
温度 /℃
硅光电池的温度特性
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33
（3）光敏二极管和光敏三极管
光
P
+ N
PN结
电场
势垒区
（a)结构原理
（b）符号
P
N
RL
E
（c)基本电路
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34
光敏二极管工作原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似、 光敏二极管在 电路中一般是处于反向工作状态。
频率特性
100 硅 光电 池
80 60
硒 光电 池 40

双结型色彩传感器
2
电极3
3
图33 色敏光电传感器和等效电路
图 6-51双结型色敏光电传感器和等效电路 图 6-52双结型色彩传感器光谱特性
6.6.1
双结型色彩传感器
图 6-53短路电流比与波长特性
6.6.2
非晶态集成色彩传感器
图 6-54非晶态集成色彩传感器
图 6-55相对灵敏度与波长特性
6.6.2
6.10.3
光纤温度传感器
光纤传感器
图 6-86 半导体光吸收型光纤温度传感器 （a）装置简图；（b）探头
6.10.3
光纤传感器
光纤旋涡流量传感器
图 6-87 半导体的光透过率特性
图 6-88 光纤旋涡流量传感器
6.10.3
光纤气体传感器
差动吸收法光纤远距离测量系统
光纤传感器
图 6-65热释电传感器内部接线图
图 6-66 红外滤光片透射曲线
6.9.6
热释电红外传感器的应用
人体探测／防盗报警器
菲涅尔透镜(FRESNEL LENS)
图 6-67菲涅尔透镜外形
图 6-68菲涅尔透镜的外形和视场图
6.9.6
热释电红外传感器的应用
图 6-69传感器的安装
6.9.6
热释电红外传感器的应用
P1 P2 P3 P1 P2 P3
CCD基本原理
Ф Ф1 t=t1 Ф2 Ф3 t=t2 0 t0 t1 t2 t3
t=t0 P1 P2 P3 P1 P2 P3
P1 P2
P3
P1 P2 P3
P1
P2
P3
P1 P2 P3 t=t3 (b )
(a )
图59 电荷转移过程

与一般晶体管在不同的基极
电流时的输出特性一样，对
于光敏三极管的伏安特性，
我们可以把光电流看作基极
电流。
03
光敏三极管的特性
光敏晶体管的温度特性
温度变化对光电流的影响很小，
对暗电流的影响很大。因此电
子线路中需要对暗电流进行温
度补偿。
（a）暗电流与温度关系
（b）亮电流与温度关系
03
光敏三极管的特性
硒的在540nm附近。
硒光电池在可见光谱范围内有较高的
灵敏度，适宜测可见光。
硅光电池可以在很宽的范围内应用。
04
光电池的特性
光电池的光照特性图
短路电流在很大范围内与光
强成线性关系。
开路电压与光强是非线性的，
在2000 lx时趋于饱和。
04
光电池的特性
光电池的光照特性图
光电池作为测量元件时，应把它
02
结构简化图
03
基本电路
02
光敏二极管的特性
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态
没有光照射时:
•
光敏二极管处于截止状态
•
反向电阻很大
•
反向电流（暗电流）很小
受光照射时，光敏二极管处于导通状态。
02
光敏二极管的特性
光敏二极管
定义：结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃
外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。
f0 W 0 / h
� � — 逸出功
h —普朗克常数
03
光电效应的分类
内光电效应
物体受光照射后，其原子的外层
电子脱离原子核的束缚成为自由
电子，这些自由电子仍留在物体