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(huì)產(chǎn)生作用下，會(huì)產(chǎn)生電子電子-空穴對(duì)空穴對(duì)，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(qiáng)，阻值越低光線越強(qiáng)，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(shí)的阻值稱為暗電阻光敏

4、電阻在不受光時(shí)的阻值稱為暗電阻, 此時(shí)流過(guò)的此時(shí)流過(guò)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(shí)的電阻稱為亮電阻光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻, 此時(shí)流過(guò)此時(shí)流過(guò)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?；咎匦曰咎匦裕?） 伏安特性伏安特性：在一定照度下在一定照度下, 流過(guò)光敏電阻的流過(guò)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(cè)元光敏電阻的光照特性為非線性，不宜作檢測(cè)元件，主要用于自動(dòng)控制中。件，主要用于自動(dòng)控制中。一定電壓，一定電壓，i隨著光照隨著光照e增強(qiáng)而增大。增強(qiáng)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(guò)光敏電阻的電流，則流過(guò)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(duì)光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度光敏靈敏度與入射與入射波長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǎng)不同。不同材料，其峰值波長(zhǎng)不同。同一種材料，對(duì)不同波

7、長(zhǎng)的入射光，其相對(duì)靈敏度不同，同一種材料，對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光，其相對(duì)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(duì)靈敏度。元件得到較高得相對(duì)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(jì)光照度計(jì)v 農(nóng)作物日照時(shí)數(shù)測(cè)定。農(nóng)作物日照時(shí)數(shù)測(cè)定。v 輸出接單片機(jī)的輸出接單片機(jī)的i/o口，每口，每2分鐘對(duì)此口查詢分鐘對(duì)此口查詢1次，為高電平，計(jì)數(shù)一次，為高電平，

8、計(jì)數(shù)一次，為低電平，不計(jì)數(shù)。次，為低電平，不計(jì)數(shù)。1天查詢天查詢720次。次。v 無(wú)光照無(wú)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(cè)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(kāi)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(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，叫做光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)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(shí)，在入射度一定時(shí)，輸出的輸出的光電流光電流（或或相對(duì)靈敏度）相對(duì)靈敏度）隨光隨光波波波長(zhǎng)波長(zhǎng)的變化而變的變化而變化?；一種光敏二極管只對(duì)一定波長(zhǎng)的入射光敏感，這就是它的光譜特性。一種光敏二極管只對(duì)一定波長(zhǎng)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(guó)家體育館頂部國(guó)家體育館頂部太陽(yáng)能太陽(yáng)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(kāi)太陽(yáng)能電池帆板的國(guó)際空間站 新增的車頂太陽(yáng)能電池板技術(shù)，是這次普銳斯的最大技術(shù)亮點(diǎn)之一，在動(dòng)力儲(chǔ)備電能的同時(shí)，電池帆板將最大程度的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，配合新增的1.8l動(dòng)力引擎和至少發(fā)揮50千瓦的電力馬達(dá)，綜合路段行駛百公里油耗3l以內(nèi)絕對(duì)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(guò)線偏振光入射并透過(guò)旋光性物質(zhì)旋光性物質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。時(shí)，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(jìn)入旋光性物質(zhì)（如芳香族化合物）時(shí)，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(guò)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(dá)為：=（1r）/2 1=2d/1=2dn1/ r=2d/r=2dnr/ 式中：1、r左、右旋偏振光透過(guò)旋光性物質(zhì)時(shí)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(zhǎng)。 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(chǎng)作用下，偏振光的光矢量將發(fā)生旋轉(zhuǎn)表明：在磁場(chǎng)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(shí)質(zhì)：基于洛倫磁力實(shí)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(chǎng)效應(yīng)、半導(dǎo)體表面場(chǎng)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)？?jī)烧吖怆妼?dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)？?jī)烧哂惺裁磪^(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(cè)哪利用該效應(yīng)可測(cè)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(wú)雜質(zhì)的半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈的無(wú)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(jiǎn)稱電子型（簡(jiǎn)稱 n 型）半導(dǎo)體型）半導(dǎo)體價(jià)價(jià)帶帶導(dǎo)導(dǎo)帶帶施主能級(jí)施主能級(jí)施主能級(jí)施主能級(jí)saissaeisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisisis五價(jià)原子砷摻入四價(jià)硅中，多余的五價(jià)原子砷摻入四價(jià)硅中，多余的價(jià)電子環(huán)繞離子運(yùn)動(dòng)價(jià)電子環(huán)繞離子運(yùn)動(dòng)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)電氣