传感器课设论文

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1、目录目录第一章绪论11.1理论基础——光电效应11.2光电元件及特性2第二章光电传感器简介32.1光电传感器简介32.2光电传感器原理4第三章光电传感器的设计63.1光敏电阻传感器63.2光敏二极管63.3光电开关传感器83.4光电开关传感器原理83.5光敏三极管93.6热释电红外传感器103.6.1热释电红外传感器原理103.6.2设计步骤10第四章总结12参考文献13第一章绪论第一章绪论在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取

2、、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。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

3、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

4、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。因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为式中c为光速A为逸出功。13第一章绪论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

5、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

6、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。13第二章光电传感器简介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

7、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

8、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。13第二章光电传感器简介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