传感技术与测控系统.ppt

传感器的组成 石英晶体的压电效应演示 当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。 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。 （2）内光电效应 在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 （a）光电导效应 （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） 接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，产生光电动势的现象，称为结光电效应。以PN结为例，光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。 加偏压的PN结 不加偏压的PN结 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。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（PSD）。 11.热释电效应 热释电效应，是指在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象，广泛地用于辐射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外摄像中。 P热释电系数，负值 D电位移 E电场 T温度 S熵 12.磁光效应 磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。这些效应均起源于物质的磁化，反映了光与物质磁性间的联系。 　　光与磁场中的物质，或光与具有自发磁化强度的物质之间相互作用所产生的各种现象。 （1）法拉第效应 线偏振光透过放置磁场中的物质，沿着磁场方向传播时，光的偏振面发生旋转的现象。也称法拉第旋转或磁圆双折射效应，简记为MCB。一般材料中，法拉第旋转（用旋转角θF表示）和样品长度l、磁感应强度B有以下关系?θF＝VlB, 其中V是与物质性质、光的频率有关的常数，称为费尔德常数。 （2）科顿－穆顿效应 又称磁双折射效应，简记为MLB。是1907年A.科顿和H.穆顿发现的。W.佛克脱对它进行了较仔细的研究，故也称佛克脱效应。当光的传播方向与磁场垂直时，平行于磁场方向的线偏振光的相速不同于垂直于磁场方向的线偏振光的相速而产生的双折射现象。其相位差正比于两种线偏振光的折射率之差，同磁场强度大小的二次方成正比。 　　当光的传播方向与外磁场方向垂直时，媒质对偏振方向不同的两种光的吸收系数也可不同。这就是磁的线偏振光的二向色性，称磁线二向色性效应，简记为MLD。 （3）克尔磁光效应 线偏振光入射到磁化媒质表面反射出去时，偏振面发生旋转的现象。也叫克尔磁光效应或克尔磁光旋转。这是继法拉第效应发现后，英国科学家J.克尔于1876年发现的第二个重要的磁光效应。 　　按磁化强度和入射面的相对取向，克尔磁光效应分极向克尔磁光效应、横向克尔磁光效应和纵向克尔磁光效应。极向和纵向克尔磁光旋转都正比于样品的磁化强度。通常极向克尔旋转最大、纵向次之。偏振面旋转的方向与磁化强度方向有关。横向克尔磁光效应中实际上没有偏振面的旋转，只是反射率有微小的变化，变化量也正比于样品的磁化强度。1898年P.塞曼等人证实了横向克尔磁光效应的存在。克尔磁光效应的物理基础和理论处理与法拉第效应的相同，只是前者发生在物质表面，后者发生在物质体内；前者出现于仅在有自发磁化的物质（铁磁、亚铁磁材料）中，后者在一般顺磁介质中也可观察到。它们都与介电张量非对角组元的实部、虚部有关。 （4）光磁效应 光照射物质后，物质磁性（如磁化率、磁晶各向异性、磁滞回线等）发生变化的现象。早在1931年就有光照引起磁化率变化的报道，但直到1967年R.W.蒂尔等人在掺硅的钇铁石榴石 (YIG)中发现红外光照射引起磁晶各向异性变化之后才引起人们的重视。这些效应多与非三价离子的代换有关，这种代换使亚铁磁材料中出