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安徽工程大学 电气工程学院 张红 新型传感器 New Type Sensors 新型传感器综述 第一章 §1.1 新型传感效应 §1.2 新型敏感材料 §1.3 新加工工艺 ------利用各种物理现象、化学反应、生物效应等，是传感器的基本原理。 §1.1 新型传感效应 （一）光电效应 是指物体吸收了光能后，转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。 分为： 外光电效应 { 内光电效应 如：阴极管等 { 光电导效应 光伏效应 原理： 1、光电导效应 光敏电阻 hγ Ip V 电极 电极 --- 半导体在光辐射作用下，会产生电子-空穴对，使材料的电导率发生变化；光线越强，阻值越低，这种光照射后电导率发生变化的现象称～ 应用： 原理： 光电导材料： 本征型：hγ = Eg 掺杂型: hγ = ΔE 典型器件结构： 主要参数： １） 暗电阻 光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。  ２） 亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流。  ３） 光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。  一定光照，R一定，I正比于U。 基本特性： 1） 伏安特性：在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系 2) 光照特性（I～E） 光敏电阻的光照特性为非线性，不宜作检测元件，主要用于自动控制中。 一定电压，I随着光照E增强而增大。 E↑→R↓→I↑。 1）光敏电阻的光电流与入射光通量之间存在着一定的关系，若两端施加电压U，电阻的光电流Ip为： 2）若考虑暗电导gd产生的暗电流Id，则流过光敏电阻的电流I为： 其中，E为入射光的光照度， gp称为光敏电阻的光电导。 Ip=SgUE=gpU I= Ip + Id = gpU+ gdU Sg称为光电导灵敏度。 光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性。 亦称为光谱响应。 ①不同材料，其峰值波长不同。 ②同一种材料，对不同波长的入射光，其相对灵敏度不同，响应电流不同。 应根据光源的性质，选择合适的光电元件（匹配）使光电元件得到较高得相对灵敏度。 3） 光谱特性（Kr %） 应用电路： 1.光照度计 农作物日照时数测定。 输出接单片机的I/O口，每2分钟对此口查询1次，为高电平，计数一次，为低电平，不计数。1天查询720次。 无光照V0=VL 。 有光照V0=VH。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 节电开关 2、PN结光伏效应： P N hγ Ip I l ID R PN结 -------PN结光伏效应这种由光的照射，使 pn 结产生电动势的现象，叫做光生伏特效应 . 应用 原理 光敏二极管的基本特性 1）光谱特性 在入射度一定时，输出的光电流（或相对灵敏度）随光波波长的变化而变化。 一种光敏二极管只对一定波长的入射光敏感，这就是它的光谱特性。 2）伏安特性 2、PN结光伏效应： 国家体育馆顶部太阳能 展开太阳能电池帆板的国际空间站 新增的车顶太阳能电池板技术，是这次普锐斯的最大技术亮点之一，在动力储备电能的同时，电池帆板将最大程度的将太阳能转化为电能，配合新增的1.8L动力引擎和至少发挥50千瓦的电力马达，综合路段行驶百公里油耗3L以内绝对不在话下。 3、科顿旋光效应 线偏振光入射并透过旋光性物质时，产生偏转的现象。 α 旋光性物质又称为光学活性物质。当由左、右旋圆偏振光合成的直线偏振光进入旋光性物质（如芳香族化合物）时，由于旋光性物质能使左旋与右旋圆偏振光的传输速度改变，形成不同折射率，故此左、右旋偏振光透过厚度为d的旋光性物质后形成偏转角α,它可表达为： α=（φ1－φr）/2 　 φ1=2πd/λ1=2πdn1/λ 　　φr=2πd/λr=2πdnr/λ 　 　式中：φ1、φr—左、右旋偏振光透过旋光性物质时的旋转角度； 　　 n1 、nr—左、右旋偏振光在旋光性物质中的折射率； 　　λ—入射光的波长。 （二）磁效应 1、法拉第效应 P1 光敏器件 + - 通电的旋光物质 P2 P1、P2偏振片 S 光源 表明：在磁场作用下，偏振光的光矢量将发生旋转 Θ=VdLB 应用 2、霍尔效应 IB - - - - - - - - + + + + + + + + FE FL V B UH 实质：基于洛伦磁力 （三）、力效应 （四）、生化效应 3、中性盐效应 4、电泳效应 （五）、多普勒效应 1、压电效应 2、磁致伸缩效应 3、饱和效应（核磁共振效应） 1、吸附效应 2、半导体表面场效应 §1。3新型敏感材料