太阳能2芯传感器原理 二合一概念新实践：自带太阳能发电的成像传感器问世
二合一概念新实践：自带太阳能发电的成像传感器问世
太阳能电池把光能转换成电能，而成像传感器的原理也是将光转换为电子信号。如果能将二者合二为一，就可以获得自带太阳能充电能力的成像传感器。密歇根大学研究人员近日声称，他们已经制成了这种传感器。该传感器仅凭白天阳光，就可以实现每秒 15 帧图像的拍摄。
研究团队负责人、密歇根大学电子工程和计算机科学教授 Euisik Yoon 表示，这种传感器若与微处理器和无线收发系统结合，就可以制造出能传送图像的袖珍相机。
之前的光能供电成像传感器大致可以分为 2 类。第 1 类是将传感器的部分像素用光伏单元替代。这种方法从原理上来说没问题，但增加光伏单元的数量就必须减少像素的数量，反之亦然。第 2 类是让像素在成像状态和发电状态之间切换。原理上这也可行，但是系统会更加复杂，且必然会限制传感器的每秒最大帧数。
Yoon 教授和博士后 Sung-Yun Park 创造了第 3 种方法。他们注意到，很多光子到达了摄像头，但是并没有被光敏二极管转换成电能，而是穿过光敏二极管之间的缝隙，把能量传递给了基板。于是，二人在光敏二极管后面布设了第二层二极管作为光伏层，来把这些电子转化为电能。于是，到达传感器的光子能量得到了更充分的利用。
由于光伏二极管是利用之前一直存在，但从未被利用的泄露光子能量来发电的，因此既不会占用宝贵的成像像素空间，也无需复杂的切换操作。
该传感器是用标准的 CMOS 工艺制成的，但是其像素的结构和电特性与传统传感器截然不同。首先，新系统的像素包含有 PN 结，以及 1 个位于光敏二极管下面的发电二极管。其次，传统像素使用带负电的电子作为电荷的载体，而新系统为了同时实现成像和发电，使用带正电的空穴作为电荷载体。空穴的运动速度低于电子，但是尚不至于影响成像。
图丨左侧是以每秒 7.5 帧的速度拍摄的图像，右侧是以每秒 15 帧的速度拍摄的图像
新传感器的像素尺寸为 5 微米，发电能力为 998 皮瓦每平方毫米每勒克斯，超过了迄今为止所有的自发电传感器。明朗晴天的亮度为 6 万勒克斯，足以让系统以每秒 15 帧的速度拍摄。普通的光照条件为 2 万-3 万勒克斯，系统对应的最大拍摄速度为 7.5 帧每秒。标准视频的帧率为 30 帧每秒，不过这不是必须的。
此外，研究团队表示，该系统的能耗还有降低的空间。团队已经试验了多种低功耗技术，包括根据光照自动调节帧率的技术，以期让系统在相同光照下提供更高的帧率。
该项目的下一个目标将是实用化的自充电无线传输相机。
光电传感器的原理和产品应用
各种传感器是构建物联网感知层的重要感知设备，是物联网获取信息和实现物体控制的初步环节。可以说，传感器对物联网有着非常重要的影响。
光电传感器是一种以光电元件为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，具有检测参数多、结构简单、形式灵活多样的优点。所以光电传感器广泛应用于监控领域。
光电传感器的工作原理。
光电传感器的感光元件采用光电效应，光电效应分为外和内光电效应(分为光电导向效应和光生伏特效应)。
内部光电效应:
(1)光电导向效应:当入射光子射入半导体表面时，半导体吸收入射光子，产生电子空穴，增加自身的电导率。
(2)光伏效应:当一定波长的光照射不均匀的半导体(如PN结)时，半导体内部在自建场的作用下会产生光电压。
当光线照射到半导体或绝缘体的表面时，刺激物体内部的束缚电子，从而改变物体的导电性能。这叫内光电效应。显然，辐射通量越大，刺激的电子越多，物体的电阻值越小。
光导管(又称光敏电阻)是利用内部光电效应制成的半导体设备。像硫化镉、硫化铅、硫化铟、硒化镉、硒化铅这样的都是半导体光导管。光导管的优点是体积小，坚固耐用。主要用于光谱仪的光接收器、光电控制、激光接收和远程检测。
外光电效应：
由光电效应或光致电离引起的光电发射。在光的作用下，电子可以从物体表面逸出，称为外部光电效应或光电发射。
当物质被光照射时，电子获得足够的光能后从物质表面放射的现象称为光电子发射效应。发射的电子称为光电子，发射光电子的物体称为光电发射器。光电形成的电流是光电流。
光电产品的应用。
太阳能总辐射传感器。
太阳能总辐射传感器采用光电原理，可用于测量太阳光下的总辐射值。辐射式传感器采用高精度感光元件，宽光谱吸收，全光谱吸收量高，稳定性好;同时，在感应元件外安装透光率高达95%的防尘罩，采用特殊处理，减少灰尘吸附，有效防止环境因素对内部元件的干扰，可以更准确地测量太阳辐射量。该产品采用标准Mod-bus通讯协议，可直接读取当前太阳辐射值，接线方式简单。外形小巧美观，安装空间小。该产品广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化、空气污染等部门。
光电烟雾报警器。
光电感烟火灾检测报警器(以下简称报警器)可以检测火灾时产生的烟雾。报警器采用光电感烟装置和优良的生产工艺，工作稳定，外形美观，安装简单，无需调试，可广泛应用于商场、酒店、商店、仓库、机房、住宅等场所进行火灾安全检测。报警器内置蜂鸣器，报警后可发出强烈声音。
光合有效辐射传感器。
光合有效辐射传感器采用光电感应原理，可用于测量光谱范围在400~700nm之间的光合有效辐射。该传感器采用高精度光电感应元件，宽光谱吸收，400-700nm范围内吸收量大，稳定性好;当有光照时，产生与入射辐射强度成正比的电压信号，其灵敏度与入射光直射角度的余弦成正比。防尘罩采用特殊处理，减少灰尘吸附，有效防止环境因素对内部元件的干扰，更准确地测量光合有效辐射。
相关问答
太阳能2芯传感器原理 ?原理就是通过不同高度的干簧管通断的情况来探测水面的高度的。干簧管是一种电子元件,当它遇到强烈的磁场时,内部的开关闭合,电流从干簧管两端流过,给出位置和...
二 芯太阳能 热水器 传感器 的工作 原理 ?传感器就是热敏电阻,温度高就电阻小温度低就电阻大,有反相的温度低就电阻小温度高就电阻大,热水器的热电偶是感应水的温度反馈到CPU控制继电器开和关电源。太...
2线水位 传感器原理 ?是利用电容原理进行测量的。它由两根电极组成,当水位上升时,水与电极之间的电容值增加,反之则减小。通过测量电容值的变化,可以确定水位的高低。这种传感器常...
太阳能 热水器 传感器 哪种更耐用?四芯抗干扰能力强,两芯维修方便。容器内的水位传感器,将感受到的水位信号传送到控制器,控制器内的计算机将实测的水...从灵敏度和使用寿命来说四芯的相对耐...
请问 太阳能 热水器水位 传感器 工作 原理 是什么?[回答]一、太阳能探头水位的控制原理:分为以下两种1、导电式探测原理导电式水位传感器的原理就是利用水的导电性来探测水面的高度,采用电阻连接进行开关...
太阳能 热水器的温度和水位感应器的 原理 ?温度就是一个小的铂电阻传感器,就像一个小铁棒子,放在水里,感应到温度变化,传给显示仪,水位感应器大多采用浮球,就是在一个杆子上套一个很轻的金属球,当水...
求 太阳能 热水器控制仪的水位与温度 传感器 是什么 原理 ?求太阳能热水器控制仪的水位与温度传感器原理是水会自动流动,这是利用冷水比热水密度大,冷水下沉,热水上升,形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热,达到设定...
太阳能 四 芯传感器 接线 原理 ?太阳能四芯传感器的接线原理可以简单描述如下:1.接线端子:太阳能四芯传感器通常带有四个接线端子,被标记为Vcc、GND、OUT、REF。-Vcc:连接到正电...太阳...
太阳能 热水器两线水温水位 传感器 为什么既能传递水温又能传递水位，它的 原理 是什么?太阳能热水器的两线水温水位传感器之所以能同时传递水温和水位信息,是因为它基于不同的传感原理。水温传感器通常采用热敏电阻或热电偶原理,根据温度的变化引...
太阳能 热水器的温度和水位感应器的 原理 ?-ZOL问答太阳能热水器共3条回答7785浏览现代的智能电子设备广泛应用于各种3C电子产品中,其中包括水温传感器和水位传感器。传统的太阳能热水器通常使用铂电阻来检...