第二章 光电传感器与霍尔传感器

1、材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础第七节第七节 光电传感器光电传感器 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。工作原理是基于一些物质的光电效应。 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础第七节第七节 光电传感器光电传感器1 内光电效应内光电效应 光导效应：光导效应：半导体材料受到光照时会产生电子半导体材料受到光照时会产生电子- -空穴对空穴对, ,使其导电性能增强使其导电性能增强, ,光线愈强，阻值愈低，这种光照后光线愈强，

2、阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象。电阻率发生变化的现象。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管内光电效应又分为：光导效应和光生伏特效应内光电效应又分为：光导效应和光生伏特效应光生伏特效应：光生伏特效应：光照使不均匀半导体或半导体与金属组光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象合的不同部位之间产生电位差的现象光电池光电池材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础照相机自动测光照相机自动测光光控灯光控灯工业控制工业控制材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础光电池光电池 光生伏特效应指半导体材料光生伏

3、特效应指半导体材料P-NP-N结受到光照后结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。的光电池是常用的光生伏特型器件。+-PN材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础第七节第七节 光电传感器光电传感器2 外光电效应外光电效应 外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。发射出来的电子叫做光电子。发射出来的电子叫做光电子。 光电管，光电倍增管光电管，光电倍增管材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础第七节第七节 光电传感器光电传感器材料成型测试技术基础材料成

4、型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 应用应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四种、吸收式、遮光式、反射式、四种基本形式。基本形式。 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体

5、敏感元件传感器 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 亮度传感器：亮度传感器：通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。达到节约电能的目的。材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础HK 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。电动势，这种物理现象称为霍

6、尔效应。 1 1 霍尔效应霍尔效应第八节第八节 霍尔传感器霍尔传感器利用霍尔效应原理实现磁电转换，从而实现被利用霍尔效应原理实现磁电转换，从而实现被测测物理量转换为电动势的传感器。物理量转换为电动势的传感器。：霍尔灵敏度系数：霍尔灵敏度系数sinIBKVHH材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础磁感应强度磁感应强度B B为零时的情况为零时的情况c cd da ab b材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础左手定则左手定则材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础c cd da ab b属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流

7、和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 sinIBKVHH材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础sinIBKVHHHHHRKdR:HRd霍尔系数；霍尔元件的电阻率；霍尔元件的载流子迁移率； ：霍尔元件的厚度为什么不用金属或绝缘体做霍尔元件材料？为什么不用金属或绝缘体做霍尔元件材料？材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础1. 为什么不用金属或绝缘体做霍尔元件材料？为什么不用金属或绝缘体做霍尔元件材料？2. 某一霍尔元件尺寸为某一霍尔元件尺寸为L=10mm，b=3.5mm，d=1.0mm，沿垂直沿垂直L方向通以电流方向通以电

8、流I=1.0mA，在垂直于，在垂直于L和和b的方的方向加有均匀磁场向加有均匀磁场B=0.3T，灵敏度为，灵敏度为22V/(AT)，试求，试求输出霍尔电势。输出霍尔电势。 sinIBKVHHHHHRKdR材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础测转角：测转角：材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础电流传感器电流传感器 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大

9、小成正比，这一磁场磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。测。 材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础铁磁材料裂纹检测铁磁材料裂纹检测 NS材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础案例：案例：汽车速度测量汽车速度测量:材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础第九节第九节 传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。的问题。 1 1、灵敏度、灵敏度

10、 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)b)量程范围。量程范围。 c)c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础2 2 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。延迟，但总希望延迟的时间越

11、短越好。 3 3 线性范围线性范围 任何传感器都有一定线性工作范围。在线任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理材料成型测试技术基础材料成型测试技术基础4 4 稳定性稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。定性的因素是时间与环境。5 5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。测量的对应程度。 第三章、传感器测量原理第