传感技术与测控系统选编.ppt

传感技术与测控系统;主要内容;期刊杂志;■广义： 传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 ■狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 ■国家标准（GB7665-2005）： 对传感器（Transducer/Sensor）的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。;传感器的组成 ;传感器物理效应;1.应变效应;dr/r为金属丝半径的相对变化，即径向应变为εr。;物理意义：单位应变引起的电阻相对变化。 KS由两部分组成： 前一部分（1+2μ）：由材料的几何尺寸变化引起，一般金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6； 后一部分 ：电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。 对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ； 对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。 实验表明，在金属丝拉伸比例极???内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常KS在1.8～3.6范围内。;;3. 磁阻效应;w; 设霍耳片的长度为l，宽度为w，厚度为d。又设电子以均匀的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它受到洛仑兹力 q—电子电量(1.62×10-19C)； v—电于运动速度。 同时，作用于电子的电场力 ;霍耳电势UH与 I、B的乘积成正比，而与d成反比。于是可改写成： ;设 KH=RH / d ;注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍耳电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍耳电势并不改变方向。; 由法拉第电磁感应原理可知：一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。 根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; 电涡流传感器能够对被测量进行非接触测量; 形成电涡流必须具备两个条件： ① 存在交变磁场 ② 导电体处于交变磁场中; 把一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通以交变电流I1时，线圈周围空间产生交变磁场H1，当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流I2，这个涡流同样产生反抗H1的交变磁场H2 。;6、热电效应;（1） 接触电势;A ;由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果T＞T0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势：;导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。;7.约瑟夫逊效应;8.塞曼效应;9.压电效应;石英晶体的压电效应演示;压电元件;10.光电效应 定义：是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。 （1）外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。;根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。 根据能量守恒定理 式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 ;光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。; 当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。; （b）光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。 ①势垒效应（结光电效应） ;②侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。