传感器课设论文.doc

目录 第一章 绪论 1 1.1理论基础——光电效应 1 1.2光电元件及特性 2 第二章 光电传感器简介 3 2.1光电传感器简介 3 2.2光电传感器原理 4 第三章 光电传感器的设计 6 3.1光敏电阻传感器 6 3.2光敏二极管 6 3.3光电开关传感器 8 3.4光电开关传感器原理 8 3.5光敏三极管 9 3.6热释电红外传感器 10 3.6.1热释电红外传感器原理 10 3.6.2设计步骤 10 第四章 总结 12 参考文献 13 1.1理论基础——光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应,光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h大于A。由于不同材料具有不同的逸出功，利用这种现象可以制成阴极射线管光电倍增管和摄像管的光阴极等半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg。c为光速A为逸出功。 1.2光电元件及特性 根据外光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。 1.光电管 光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能。 2.光电管正常工作时，阳极电位高于阴极,在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大，电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系，从而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K上时，电子从阴极表面逸出，并被光电阳极的正电厂吸收，外电路产生电流I。 第二章 光电传感器简介 2.1光电传感器简介 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如图2-1所示，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.光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 图2-1 光电传感器结构 光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的的，因此光电传感器的光源扮演着很重要的角色，光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光源有以下几种： 1.发光二极管 是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。 2.丝灯泡 这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。如果选用的光电元件对红外光敏感，构成传感器时可加滤色片将钨丝灯泡的可见光滤除，而仅用它的红外线做光源，这样，可有效防止其他光线的干扰，光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路。 3.由于光敏电池即使在强光照射下，最大输出电压也仅0.6V，还不能使下一级晶体管有较大的电流输出，故必须加正向偏压为了减小晶体管基极电路阻抗变化，尽量降低光电池在无光照时承受的反向偏压，可在光电池两端并联一个电阻。利用锗二极管产生的正向压降和光电池受到光照时产生的电压叠加，使硅管e、b0.7V，而导通工作。这种情况下也可以使用硅光电池组，半导体光电元件的光电转换电路也可以使用集成运算放大器。硅光敏二极管通过集成运放可得到较大输出幅度，当光照产生的光电流为时，输出电压为了保证光敏二极管处于反向偏置，在它的正极要加一个负电压，由于光电池的短路电流和光照成线性关系，因此将它接在运放的正、反相输入端之间，利用这两端电位差接近于零的 特点，可以得到较好的效果由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,