二.光敏传感器
1、光敏电阻
光电效应:光敏电阻是一种光电导元件。其工作原理是基于半导体材料的内光电效应。当半导体受到光照射时,其内阻值减小的现象。
阻性偏压:光敏电阻是一种电阻器件,使用时对它加一定偏压,无光照射时,其阻值很大,电路中电流很小。当受到光照时,其阻值急剧下降,电路电流迅速增加。
材料光谱:光敏电阻阻值的变化与光的波长有关,不同材料的光谱特性不同。温度影响:光敏电阻受温度的影响甚大,温度升高时,它的暗电阻值、灵敏度下降。
2、光电池
光生电能:半导体光电池直接将光能转换成电能。光照射时,可直接将光能转换成电源。工作原理:具有PN结的光电池工作原理。当用光照射时,在PN结附近,由于吸收了光子能量而产生电子和空穴,称之为光生载流子。二者之间产生了电位差,用导线联接电路中就有电流通过。材料特性:常用光电池有硒、硅、锑化镉、硫化镉等光电池,其中使用最广泛的是硅电池,0.4~1.1μm,灵敏度为6~8nAmm-2lx-1;响应时间为数微秒至数十微秒。
3、光敏二极管和光敏三极管
光敏二极管:光敏二极管是一种既有一个PN结又有光电转换功能的晶体二极管。当光照射时,PN结附近受光子轰击产生电子和空穴,少数载流子浓度大大加强,使通过PN结的反向电流大大增加,形成光电流。光照度变化使光电流变化,这样事项把光信号转换成点信号的功能。光敏三极管:若把普通晶体管的基极—集电极制成光敏二极管,则成为光敏三极管。由于光敏三极管的基极电流由其基极—集电极结的光电流供给,许多光敏三极管不再设基极引线。特点是光敏三极管具有输出信号大,抗噪声能力强等优点,响应速度略慢些。
三.固态图像传感器
功能上:图像传感器是一个能把受光面的光像分成许多小单元(称为像元),并将它们转换成电信号,然后顺序输送出处的器件。
构造上:图像传感器是一种小型固态集成元件,它的核心上电荷耦合器件(CCD)。CCD由阵列式排列在衬底上金属氧化物—硅(MOS)电容器组成,它具有光生电荷、积蓄和转移电荷功能。
特点:小型、轻便、响应快、灵敏度高、稳定性好、寿命长。
用途:(1)物位、尺寸、形状、工件损伤等测量。(2)光学信息处理的输入环节,如电视摄像、仿真技术、文字识别、图像识别。(3)自动生产过程的 控制敏感元件。
类型:(1)线型1024,1728,2048,4096像素(2)面型32x32,10x100,320x244,490x400,以及28~38万像素
四.热敏电阻
热敏电阻是由金属氧化物(NiO,MnO2,CuO,TiO2等)的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。它具有负的电阻温度系数,温度上升而阻值下降。半导体热敏电阻与金属丝电阻比较,具有以下优点:
(1)灵敏度高,可测0.001~0.005℃微小温度变化。
(2)可制成片状、柱状,直径小到0.2mm;体积小,热惯性小,响应快,时间常数可小到毫秒级。
(3)电阻值范围宽3~700kΩ。
(4)非线性大,对环境温度敏感性大。
五.气敏传感器
在工农业生产中,环境保护,安全防灾,医疗和日常生活中,对气体分析、检测或报警的需求日益增多,使用的气体检测传感器也是多种多样。其中半导体气敏传感器是发展最快,使用最方便的一种。
优点:(1)灵敏度袄(2)响应快(3)制造使用保养简便,价格便宜等优点。
缺点:(1)气体选择性差(2)元件性能阐述分散(3)时间稳定性欠佳电阻式半导体气敏传感 器是一种应用较多的一种。主要用语检测一氧化碳、乙醇、甲烷、异丁烷和氢。
六.湿敏传感器
湿度—空气中含有水蒸气量。湿度对产品质量和人类生活有重大影响,近年来对此测量和控制要求越来越严格。制造湿度传感器材料:四氧化二铁、铬酸镁—二氧化钛等金属陶瓷湿敏原理:当分子附在半导体陶瓷上,使陶瓷表面层电阻值明显下降。表面电阻下降到一定程度上,体内电阻已大于表层电阻,电流主要从表层通过,体内电阻的作用可忽略。
七.集成传感器
优先集成电路有(1)各种调节和补偿电路(2)信号放大和阻抗变换电路(3)信号数字化和信号处理电路(4)信号发送和接受电路(5)多传感器集成
特点:体积小,重量减轻,功能增多,改善性能。
如温度补偿电路和传感元件集成在一起“智能”,出现了“灵巧传感器”(Smart Senser), “智能传感器”(Intelligent Senser)此类传感器具有如下能力:(1)条件调节和环境补偿能力。(2)通讯能力(3)自诊断能力(4)逻辑和判断能力已经应用的灵巧传感器种类很多
有:位置,有—无,距离,厚度,状态和目标识别。
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