最新新型傳感器PPT教學(xué)

1、安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors新型傳感器綜述新型傳感器綜述第一章第一章1.1 新型傳感效應(yīng)新型傳感效應(yīng) 1.2 新型敏感材料新型敏感材料 1.3 新加工工藝新加工工藝安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors-利用各種物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、利用各種物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)等，是傳感器的基本原理。生物效應(yīng)等，是傳感器的基本原理。1.1 新型傳感效應(yīng)新型傳感效應(yīng)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new ty

2、pe sensors（一）光電效應(yīng)（一）光電效應(yīng) 是指物體吸收了是指物體吸收了光能光能后，轉(zhuǎn)換為該物體中某些后，轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子電子的能的能量而產(chǎn)生的量而產(chǎn)生的電效應(yīng)電效應(yīng)。分為：分為：外外光電效應(yīng)光電效應(yīng)內(nèi)內(nèi)光電效應(yīng)光電效應(yīng)如：陰極管等如：陰極管等光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光伏效應(yīng)光伏效應(yīng)原理：原理：安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors1、光電導(dǎo)效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)光敏電阻光敏電阻hipv電極電極電極電極- 半導(dǎo)體在光半導(dǎo)體在光輻射輻射作用下，會產(chǎn)生作用下，會產(chǎn)生電子電子-空穴對空穴對，使材料的使材料的電導(dǎo)率電導(dǎo)率發(fā)生變化

3、；發(fā)生變化；光線越強，阻值越低光線越強，阻值越低，這種光照射后電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱這種光照射后電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱應(yīng)用：原理：安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors光電導(dǎo)材料：本征型：h = eg摻雜型: h = e安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors典型器件結(jié)構(gòu)：安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors主要參數(shù)主要參數(shù)：） 暗電阻暗電阻 光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻光敏

4、電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻, 此時流過的此時流過的電流稱為暗電流。電流稱為暗電流。 ） 亮電阻亮電阻 光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻, 此時流過此時流過的電流稱為亮電流。的電流稱為亮電流。 ） 光電流光電流 亮電流與暗電流之差稱為光電流。亮電流與暗電流之差稱為光電流。 安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors一定光照，一定光照，r一定，一定，i正比于正比于u。基本特性基本特性：1） 伏安特性伏安特性：在一定照度下在一定照度下, 流過光敏電阻的流過光敏電阻的電流電流與光敏電阻兩端的

5、與光敏電阻兩端的電壓電壓的關(guān)系的關(guān)系安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors2) 光照特性（光照特性（ie） 光敏電阻的光照特性為非線性，不宜作檢測元光敏電阻的光照特性為非線性，不宜作檢測元件，主要用于自動控制中。件，主要用于自動控制中。一定電壓，一定電壓，i隨著光照隨著光照e增強而增大。增強而增大。 eri。1）光敏電阻的光電流與入射光通量之間存在著一定的關(guān)系，若兩端）光敏電阻的光電流與入射光通量之間存在著一定的關(guān)系，若兩端施加電壓施加電壓u，電阻的光電流，電阻的光電流ip為：為：2）若考慮暗電導(dǎo)）若考慮暗電導(dǎo)gd產(chǎn)生的暗

6、電流產(chǎn)生的暗電流id，則流過光敏電阻的電流，則流過光敏電阻的電流i為：為：其中，其中，e為入射光的光照度，為入射光的光照度，gp稱為光敏電阻的光電導(dǎo)。稱為光敏電阻的光電導(dǎo)。ip=sgue=gpui= ip + id = gpu+ gdusg稱為光電導(dǎo)靈敏度。稱為光電導(dǎo)靈敏度。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors光敏電阻的相對光敏電阻的相對光敏靈敏度光敏靈敏度與入射與入射波長波長的關(guān)系稱為光譜的關(guān)系稱為光譜特性。特性。 亦稱為光譜響應(yīng)。亦稱為光譜響應(yīng)。不同材料，其峰值波長不同。不同材料，其峰值波長不同。同一種材料，對不同波

7、長的入射光，其相對靈敏度不同，同一種材料，對不同波長的入射光，其相對靈敏度不同，響應(yīng)電流不同。響應(yīng)電流不同。應(yīng)根據(jù)光源的性質(zhì)，選擇合適的光電元件（匹配）使光電應(yīng)根據(jù)光源的性質(zhì)，選擇合適的光電元件（匹配）使光電元件得到較高得相對靈敏度。元件得到較高得相對靈敏度。3） 光譜特性（光譜特性（kr %）安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors應(yīng)用電路：v 1.光照度計光照度計v 農(nóng)作物日照時數(shù)測定。農(nóng)作物日照時數(shù)測定。v 輸出接單片機的輸出接單片機的i/o口，每口，每2分鐘對此口查詢分鐘對此口查詢1次，為高電平，計數(shù)一次，為高電平，

8、計數(shù)一次，為低電平，不計數(shù)。次，為低電平，不計數(shù)。1天查詢天查詢720次。次。v 無光照無光照v0=vl 。v 有光照有光照v0=vh。wr9013crgra0v光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors節(jié)電開關(guān)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors2、pn結(jié)光伏效應(yīng)：結(jié)光伏效應(yīng)：pnhipi lidrpn結(jié)結(jié)-pn結(jié)光伏效應(yīng)這種由光的照射，使結(jié)光伏效應(yīng)這種由光的照射，使 pn 結(jié)

9、結(jié)產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，叫做光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，叫做光生伏特效應(yīng) .應(yīng)用應(yīng)用原理安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors光敏二極管的基本特性光敏二極管的基本特性v 1）光譜特性）光譜特性v 在入射度一定時，在入射度一定時，輸出的輸出的光電流光電流（或或相對靈敏度）相對靈敏度）隨光隨光波波波長波長的變化而變的變化而變化?；?。v一種光敏二極管只對一定波長的入射光敏感，這就是它的光譜特性。一種光敏二極管只對一定波長的入射光敏感，這就是它的光譜特性。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器

10、new type sensors2）伏安特性）伏安特性安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors2、pn結(jié)光伏效應(yīng)：結(jié)光伏效應(yīng)：國家體育館頂部國家體育館頂部太陽能太陽能安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors展開太陽能電池帆板的國際空間站 新增的車頂太陽能電池板技術(shù)，是這次普銳斯的最大技術(shù)亮點之一，在動力儲備電能的同時，電池帆板將最大程度的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，配合新增的1.8l動力引擎和至少發(fā)揮50千瓦的電力馬達，綜合路段行駛百公里油耗3l以內(nèi)絕對不在話下。

11、 安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors3、科頓旋光效應(yīng)、科頓旋光效應(yīng) 線偏振光入射并透過線偏振光入射并透過旋光性物質(zhì)旋光性物質(zhì)時，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。時，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。旋光性物質(zhì)又稱為光學(xué)活性物質(zhì)。當(dāng)由左、右旋圓偏振光合成的直線偏振光進入旋光性物質(zhì)（如芳香族化合物）時，由于旋光性物質(zhì)能使左旋與右旋圓偏振光的傳輸速度改變，形成不同折射率，故此左、右旋偏振光透過厚度為d的旋光性物質(zhì)后形成偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角,它可表達為：=（1r）/2 1=2d/1=2dn1/ r=2d/r=2dnr/ 式中：1、r左、右旋偏振光透過旋光性物質(zhì)時的旋轉(zhuǎn)

12、角度； n1 、nr左、右旋偏振光在旋光性物質(zhì)中的折射率； 入射光的波長。 安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors（二）磁效應(yīng)（二）磁效應(yīng)1、法拉第效應(yīng)、法拉第效應(yīng)p1光光敏敏器器件件+-通通電電的的旋旋光光物物質(zhì)質(zhì)p2p1、p2偏偏振振片片s光光源源表明：在磁場作用下，偏振光的光矢量將發(fā)生旋轉(zhuǎn)表明：在磁場作用下，偏振光的光矢量將發(fā)生旋轉(zhuǎn)=vdlb應(yīng)用安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors2 2、霍爾效應(yīng)、霍爾效應(yīng)ib- - - - - - - -+

13、+ + + + + + +feflvbuh實質(zhì)：基于洛倫磁力實質(zhì)：基于洛倫磁力安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors（三）、力效應(yīng)（三）、力效應(yīng)（四）、生化效應(yīng)（四）、生化效應(yīng)3、中性鹽效應(yīng)、中性鹽效應(yīng)4、電泳效應(yīng)、電泳效應(yīng)（五）、多普勒效應(yīng)（五）、多普勒效應(yīng)1、壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)2、磁致伸縮效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)3、飽和效應(yīng)（核磁共振效應(yīng)）、飽和效應(yīng)（核磁共振效應(yīng)）1、吸附效應(yīng)、吸附效應(yīng)2、半導(dǎo)體表面場效應(yīng)、半導(dǎo)體表面場效應(yīng)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sens

14、ors1。3新型敏感材料新型敏感材料u半導(dǎo)體敏感材料半導(dǎo)體敏感材料 u光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維u高分子材料高分子材料u石英晶體石英晶體-傳感器技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ) 本節(jié)和下一節(jié)可作為本節(jié)和下一節(jié)可作為閱讀自學(xué)材料閱讀自學(xué)材料部分部分,內(nèi)容在后面章節(jié)介紹內(nèi)容在后面章節(jié)介紹安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors1。4新加工工藝新加工工藝-新材料的應(yīng)用引入了新工藝新材料的應(yīng)用引入了新工藝u薄膜加工工藝薄膜加工工藝2、化學(xué)氣相淀積、化學(xué)氣相淀積(cvd) 1、濺射、濺射安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感

15、感器器new type sensorsu光學(xué)曝光微加工工藝光學(xué)曝光微加工工藝u激光微細(xì)加工激光微細(xì)加工u光纖制造技術(shù)光纖制造技術(shù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors第一章第一章 思考題思考題本章結(jié)束本章結(jié)束 1.什么是什么是光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)？兩者光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)？兩者有什么區(qū)別？有什么區(qū)別？ 2、什么法拉第效應(yīng)、什么法拉第效應(yīng)?利用該效應(yīng)可測哪利用該效應(yīng)可測哪 些參數(shù)？些參數(shù)？安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors鍺晶體中的正常鍵鍺晶體中的正

16、常鍵egegegegegegegegeg本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體1 1 本征半導(dǎo)體：純凈的無雜質(zhì)的半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈的無雜質(zhì)的半導(dǎo)體ge導(dǎo)帶導(dǎo)帶禁帶禁帶滿帶滿帶ee空穴空穴電子電子電子被激發(fā)，晶體中出現(xiàn)空穴電子被激發(fā)，晶體中出現(xiàn)空穴eeegegegegegegegegeg安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 張紅張紅新新型型傳傳感感器器new type sensors2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 電子型（簡稱電子型（簡稱 n 型）半導(dǎo)體型）半導(dǎo)體價價帶帶導(dǎo)導(dǎo)帶帶施主能級施主能級施主能級施主能級saissaeisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisis五價原子砷摻入四價硅中，多余的五價原子砷摻入四價硅中，多余的價電子環(huán)繞離子運動價電子環(huán)繞離子運動安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣