傳感器工程傳感器技術(shù)基礎(chǔ)

傳感器工程傳感器技術(shù)基礎(chǔ)第一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日一、光電效應(yīng)二、電光效應(yīng)三、磁光效應(yīng)四、磁電效應(yīng)五、熱電效應(yīng)六、熱磁效應(yīng)七、壓電效應(yīng)八、壓阻效應(yīng)九、壓磁效應(yīng)十、約瑟夫遜效應(yīng)十一、光相關(guān)效應(yīng)十二、聲波相關(guān)效應(yīng)十三、射線相關(guān)效應(yīng)十四、擊波動態(tài)效應(yīng)十五、半導(dǎo)體面效應(yīng)十六、化學(xué)相關(guān)效應(yīng)主要傳感器基于的物理效應(yīng)及使用的材料第二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日

檢測對象類型所利用的效應(yīng)輸出信號傳感器或敏感元件舉例主要材料光量子型光電導(dǎo)效應(yīng)電阻光敏電阻可見光：CdS，CdSe紅外：PbS，InSb光生伏特效應(yīng)

電流、電壓光敏二極管、光敏三極管、光電池Si，Ge，lnSb(紅外)肖特基光敏二極管Pt-Si光電子發(fā)射效應(yīng)電流光電管、光電倍增管Ag-O-Cs，Cs-Sb約瑟夫遜效應(yīng)電壓紅外傳感器超導(dǎo)體熱型熱釋電效應(yīng)電荷紅外傳感器、紅外攝像管BaTiO3主要傳感器基于的物理效應(yīng)及使用的材料。第三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日

機械量電阻式

電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻金屬應(yīng)變片康銅，卡瑪合金壓阻效應(yīng)硅杯式擴散型壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片Si，Ge，Gap，InSb壓電式

壓電效應(yīng)電壓壓電元件石英，壓電陶瓷，PVDF正、逆壓電效應(yīng)頻率聲表面波傳感器石英，ZnO十Si壓磁式壓磁效應(yīng)感抗壓磁元件；力、扭矩、轉(zhuǎn)矩傳感器硅鋼片，鐵氧體，坡莫合金磁電式霍耳效應(yīng)電壓霍耳元件；力、壓力、位移傳感器Si，Ge，GaAs，InAs光電式光電效應(yīng)

各種光電器件；位移、振動、轉(zhuǎn)速傳感器(參見光傳感器)光彈性效應(yīng)折射率壓力、振動傳感器件

第四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日溫度熱電式

熱電效應(yīng)電壓熱電偶Pt-PtRhl0NiCr·NiCuFe-NiCu約瑟夫遜效應(yīng)噪聲電壓絕對溫度計超導(dǎo)體熱釋電效應(yīng)電荷駐極體溫敏元件PbTi03，PVF2TGS，LiTaO壓電式正、逆壓電效應(yīng)頻率聲表面波溫度傳感器石英熱型熱磁效應(yīng)電場Nernst紅外探測器熱敏鐵氧體，磁鋼第五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日磁磁電式霍耳效應(yīng)電壓霍耳元件Si，Ge，GaAs，InAs霍耳IC、MOS霍耳Si磁阻效應(yīng)電阻磁阻元件Ni—Co合金，InSbInAs電流pin二極管、磁敏晶體管Ge約瑟夫遜效應(yīng)電流超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)Pb，Sn，Nb—Ti光電式磁光法拉第效應(yīng)偏振光面偏轉(zhuǎn)光纖傳感器YIG，EuO，MnB磁光克爾效應(yīng)MnBi放射線光電式放射線效應(yīng)光強光纖射線傳感器加鈦石英量子型PN結(jié)光生伏特效應(yīng)電脈沖射線敏二極管，pin二極管Si，Ge，滲Li的Ge，Si肖特基效應(yīng)電流肖特基二極管Au—Si第六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日一、光電效應(yīng)photoelectriceffect——可制作各種光電器件，位移，振動，轉(zhuǎn)速傳感器

物質(zhì)在光的作用下釋放電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。被釋放的電子稱為光電子，光電子在外電場中運動電流稱為光電流。

第七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日外光電效應(yīng)

externalphotoelectriceffect——可制作光電管、光電倍增管傳感器外光電效應(yīng)是指在光的照射下，物體內(nèi)的光電子逸出金屬表面的現(xiàn)象。1887年由德國人赫茲發(fā)現(xiàn)。光電流光強光電流光頻1122AB強光弱光第八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日面效應(yīng)

surfaceeffect指物質(zhì)在光的作用下釋放光電子，光電子在金屬表面形成。體效應(yīng)

bulkeffect指物質(zhì)在光的作用下釋放光電子，光電子在金屬表面較深處形成。

第九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日內(nèi)光電效應(yīng)internalphotoelectriceffect受光照物體電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。第十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日光（電）導(dǎo)效應(yīng)photo-conductiveeffect——可制作光敏電阻（光電導(dǎo)管）傳感器物體受到光照時，其內(nèi)部原子釋放的電子留在內(nèi)部而使物體的導(dǎo)電性增加、電阻值下降的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。絕大多數(shù)高電阻率半導(dǎo)體都具有光電導(dǎo)效應(yīng)。禁帶價帶導(dǎo)帶真空能級能量第十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日光生伏特效應(yīng)

photoproductionvoltaeffect——可制作光電池、光敏二極管、光敏三極管和半導(dǎo)體位置敏感器件傳感器物體（如半導(dǎo)體）在光的照射下能產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。殿巴效應(yīng)光電磁效應(yīng)Pn結(jié)效應(yīng)貝克勒效應(yīng)第十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日側(cè)向光生伏特效應(yīng)（殿巴效應(yīng)）

laterogenephotoproductionvoltaeffect（Dembereffect）

——可制作半導(dǎo)體位置敏感器件（反轉(zhuǎn)光敏二極管）

當(dāng)半導(dǎo)體光電器件的光靈敏面受光照不均勻時，由載流子濃度梯度而產(chǎn)生的光電效應(yīng)稱為側(cè)向光生伏特效應(yīng)。光照半導(dǎo)體光光V第十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日光電磁效應(yīng)（PME效應(yīng)）opticmagnetoelectriceffect（PMEeffect）半導(dǎo)體受強光照射并在光照垂直方向外加磁場時，垂直于光和磁場的半導(dǎo)體兩端面間產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為光電磁效應(yīng)。光照半導(dǎo)體B光BFF光VB第十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日PN結(jié)光生伏特效應(yīng)PNjunctionphotoproductionvoltaeffect可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器光照射到距表面很近的半導(dǎo)體PN結(jié)時，PN結(jié)及附近半導(dǎo)體吸收光能。若光子能量大于禁帶寬度，則價帶電子躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，價帶成為自由空穴。電子空穴對在PN結(jié)內(nèi)部電場作用下，電子移向N區(qū)外側(cè)，空穴移向P區(qū)外側(cè)，結(jié)果P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光電動勢。PN結(jié)光生電流與入射光照度成正比，光生伏特與照度對數(shù)成正比。第十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日貝克勒效應(yīng)

Becquereleffect——可制作感光電池傳感器當(dāng)光照射浸在電解液中的兩個相同電極中的任一個電極時，在兩個電極間將產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為貝克勒Becquerel效應(yīng)。它是液體中的光生伏特效應(yīng)。電極V電解液光第十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日二、電光效應(yīng)electro-opticaleffect——可制作光導(dǎo)纖維傳感器物質(zhì)的光學(xué)特性（如折射率）受外電場影響而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電光效應(yīng)。第十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日線性電光效應(yīng)（泡克爾斯效應(yīng)）

linearelectro-opticeffect（Pockelseffect）

——可制作電光調(diào)制器、電光開關(guān)、光纖電壓、電場傳感器入射光異常光正常光V壓電晶體電極平面偏振光沿著處在外電場內(nèi)的壓電晶體的光軸傳播時，發(fā)生雙折射現(xiàn)象（稱為電致雙折射），且兩個主折射率之差與外電場強度成正比，這種電光效應(yīng)稱為線性電光效應(yīng)，也稱泡克耳斯效應(yīng)。它屬于對材料折射率進(jìn)行調(diào)制的效應(yīng)。第十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日平方電光效應(yīng)（電光克爾效應(yīng)）quadraticelectro-opticeffect（electro-opticKerreffect）——可制作光導(dǎo)纖維傳感器光照射具有各向同性的透明物質(zhì)（也可以是液體），在與入射光垂直的方向上加以高電壓將發(fā)生雙折射現(xiàn)象，即一束入射光變成正常（尋常）和異常（非常）兩束出射光，稱這種現(xiàn)象為電光克爾效應(yīng)，亦稱平方電光效應(yīng)。兩個主折射率之差與電場強度的平方成正比。入射光異常光正常光V各向同性物質(zhì)電極第十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日光彈性效應(yīng)

photoelasticeffect——可制作壓力傳感器、振動傳感器、聲傳感器當(dāng)外力或振動作用于彈性體產(chǎn)生應(yīng)變時，彈性體的折射率發(fā)生變化，呈現(xiàn)雙折射性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為光彈性效應(yīng)。屬于對材料折射率進(jìn)行調(diào)制的效應(yīng)。第二十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日電致發(fā)光效應(yīng)

electroluminescenceeffect——可制作發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器傳感器某些固態(tài)晶體如高純度Ge、Si等化合物半導(dǎo)體在光和外加電場作用下發(fā)出冷光（指熒光和磷光）的現(xiàn)象，以及某些固態(tài)晶體如GaP、InP、GaAs等無需外加激發(fā)光而在外加電場作用下即可發(fā)光的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電致發(fā)光效應(yīng)。古亭—鮑魯(GuddenPonl)效應(yīng)底歇(Dechene)效應(yīng)底斯特里奧(Destriau)效應(yīng)第二十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日古亭—鮑魯(GuddenPonl)效應(yīng)及底歇(Dechene)效應(yīng)

固態(tài)晶體在光線照射下的受激時間內(nèi)可發(fā)出熒光，并且，其熒光強度受如圖所示的外加電場影響頗大。當(dāng)閉合開關(guān)s將電壓v加在晶體兩側(cè)時，在電場作用下熒光被加強或被削弱，這種現(xiàn)象稱為電致發(fā)光現(xiàn)象。1920年古亭—鮑魯氏首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，故以其名命之。電光致發(fā)冷光有熒光及磷光兩種。熒光是在外部激發(fā)光存在時間內(nèi)發(fā)出的光，磷光是外部激發(fā)光消失之后仍繼續(xù)發(fā)出的熒光。磷光發(fā)光機理比較復(fù)雜，它是在某種積蓄激發(fā)能量作用之下發(fā)光的現(xiàn)象。受電場影響熒光強度加強時稱古亭—鮑魯效應(yīng)，減弱時稱底歇效應(yīng)。電光致發(fā)光的機理是半導(dǎo)體內(nèi)電子與空穴復(fù)合而釋放能量的過程。常見的電光致發(fā)光材料有純度極高的Ge、Si及GaAs等化合物半導(dǎo)體等。

s熒光激發(fā)光v第二十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日底斯特里奧(Destriau)效應(yīng)

1936年底斯特里奧氏發(fā)現(xiàn)：硫化鋅粉末被銅激活之后，只要加強外加電場強度而無需外加照射激發(fā)光，材料即可發(fā)光。這種現(xiàn)象稱為底斯特里奧效應(yīng)．顯然，底斯特里奧效應(yīng)已屬電致發(fā)光。該效應(yīng)的特點是發(fā)光母體材料內(nèi)必須摻加某種少量雜質(zhì)。此雜質(zhì)起激活作用，故稱為激活劑。本例中的銅即為發(fā)光母體材料硫化鋅的激活劑。底斯特里奧效應(yīng)以及其后的羅捷夫(Lossev)效應(yīng)的共同特點是不需外加激發(fā)光，只需將電場加于固態(tài)晶體即可發(fā)光，因此統(tǒng)稱它們?yōu)殡?場)致發(fā)光現(xiàn)象或電致發(fā)光效應(yīng)，簡稱為EL效應(yīng)。用羅捷夫效應(yīng)的原理已制成發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器。與羅捷夫效應(yīng)相比，底斯特里奧效應(yīng)不需注入載流子即可發(fā)光，因此，更確切地說，應(yīng)稱底斯特里奧效應(yīng)的發(fā)光為本征發(fā)光。所以，一般稱El效應(yīng)時，如不特殊說明，應(yīng)是指底斯特里奧效應(yīng)。金屬電極玻璃片透明導(dǎo)電膜ZnS-Cu發(fā)光第二十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日三、磁光效應(yīng)

magneto-opticeffect——可制作光纖傳感器置于外磁場中的物體，在光和外磁場作用下，其光學(xué)特性（如吸光特性，折射率等）發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)。第二十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日磁光法拉第效應(yīng)

Faradayeffect——可制作光纖傳感器

平面偏振光（即直線偏振光）通過帶磁性的透光物體或通過在縱向磁場（磁場方向與光傳播方向平行）作用下的非旋光性物質(zhì)時，其偏振光面發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為磁光法拉第效應(yīng)。它是由于磁場作用使直線偏振光分解成傳播速度各異的左旋和右旋兩圓偏振光，因此從物體端面出射的合成偏振光將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其中，偏振光面偏轉(zhuǎn)的角度與磁場強度、光在物體中通過的長度成正比。θ=Ve

LH

第二十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日磁光克爾效應(yīng)

magneto-opticKerreffect——可制作光纖傳感器

平面偏振光垂直入射于拋光的強電磁鐵的磁極表面，所產(chǎn)生的反射光是一束橢圓偏振光，且偏振面偏轉(zhuǎn)角度隨磁場強度而變化，這種現(xiàn)象稱為磁光克爾效應(yīng)。入射光ISN出射光IXXY第二十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日科頓-蒙頓效應(yīng)Cotton-moutoneffect

當(dāng)光線垂直于磁場的方向照射液體（如硝基苯等芳香族化合物）時，液體分子在外磁場的作用下形成一定規(guī)律的排列，而呈現(xiàn)雙折射特性，即一束入射光變?yōu)閷こ：头浅墒錾涔?，這種現(xiàn)象稱為科頓-蒙頓效應(yīng)。它屬于磁致雙折射效應(yīng)。其中，兩主折射率之差與光波波長與磁場強度的平方的積成正比。入射光異常光正常光硝基苯物質(zhì)NS第二十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日四、磁電效應(yīng)magnetoelectriceffect

將材質(zhì)均勻的金屬或半導(dǎo)體通電并置于磁場中產(chǎn)生各種物理變化，這些變化統(tǒng)稱為磁電效應(yīng)。第二十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日霍爾效應(yīng)

Halleffect——可制作霍爾元件，接近開關(guān)，位置位移傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器等傳感器

當(dāng)電流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側(cè)表面之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，稱為霍耳效應(yīng)。所產(chǎn)生的電位差稱為霍爾電勢，它是由于運動載流子受到洛侖茲力而在薄片兩側(cè)形成電子、正電荷的積累所致。

VH=KHIBCosθ

第二十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日磁阻效應(yīng)

magnetoresistanceeffect——可制作磁阻傳感器，磁編碼器，角度傳感器

當(dāng)通電流的半導(dǎo)體或金屬薄片置于與電流垂直或平行的外磁場中，其電阻隨外加磁場變化而變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。物理磁阻效應(yīng)

physicalmagneto-resistanceeffect與半導(dǎo)體自身材料性質(zhì)有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱為物理磁阻效應(yīng)。

形狀磁阻效應(yīng)強制磁阻效應(yīng)定向磁阻效應(yīng)第三十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日形狀磁阻效應(yīng)shape-relatedmagneto-resistanceeffect

與半導(dǎo)體形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱為形狀磁阻效應(yīng)。強制磁阻效應(yīng)enforcedmagneto-resistanceeffect

在強磁場中，強磁性金屬的電阻率隨磁場增強而減小的物理現(xiàn)象稱為強制磁阻效應(yīng)。第三十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日定向磁阻效應(yīng)directionalmagneto-resistanceeffect

在弱磁場中，當(dāng)磁場強度大于某一值時，強磁性金屬的電阻率與磁場強度的大小無關(guān)，只與磁場的方向和電流方向之間的夾角有關(guān)，即磁阻具有各向異性，稱為定向磁阻效應(yīng)。Δρ/ρ=0.273Sin2θ(μHB)2

第三十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日耶秦古豪森效應(yīng)

Ettinghauseneffect如圖，金屬片通以通以電流I，在與其相垂直的方向上加以磁場H，這時，與I、H成直角的方向上將產(chǎn)生?T/?y的溫度梯度。這種現(xiàn)象稱為耶秦古豪森效應(yīng)。HI?T/?y

IHxyz?T/?y=pHI

第三十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日五、熱電效應(yīng)

thermoelectriceffect——可制作熱電偶傳感器

是指溫差信號與電量信號之間相互轉(zhuǎn)換的各種物理效應(yīng)的統(tǒng)稱。一般情況下，熱電效應(yīng)通常指塞貝克Seebeck效應(yīng)或溫差電效應(yīng)。第三十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日珀爾帖效應(yīng)

Peltiereffect——可制作用于控制半導(dǎo)體激光器溫度的制冷器傳感器

當(dāng)電流流過兩種導(dǎo)體組成的閉合回路時，一結(jié)點處變熱（吸熱），另一結(jié)點處變冷（放熱），或當(dāng)電流以不同方向通過金屬與半導(dǎo)體相接觸處時，其接觸處或發(fā)熱或吸熱，這種現(xiàn)象叫珀爾帖效應(yīng)。第三十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日湯姆遜效應(yīng)

Thomsoneffect同一種金屬組成閉合回路，保持回路兩側(cè)為一定溫度差，并通以電流時，回路的溫度轉(zhuǎn)折處將產(chǎn)生比例于溫度與電流之積的吸熱或發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。第三十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日塞貝克效應(yīng)（溫差電效應(yīng)）

Seebeckeffect(thermoelectriceffect)

——可制作熱電偶傳感器

兩種不同的金屬串接成閉合電路，當(dāng)它們的兩個結(jié)點處于不同溫度時，則在回路內(nèi)有電流產(chǎn)生，亦即兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克Seebeck效應(yīng)（溫差電效應(yīng)），一般習(xí)慣上也稱為熱電效應(yīng)。第三十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日熱釋電效應(yīng)

pyroelectriceffect——可制作紅外探測器、溫度傳感器、熱成像器件傳感器

電石、酒石酸鉀鈉（羅謝耳鹽）、鈦酸鋇等高介電常數(shù)晶體材料受熱產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自發(fā)極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。產(chǎn)生的電荷量與晶體受熱表面積和溫度成正比。

第三十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日六、熱磁效應(yīng)thermomagneticeffect

均勻材質(zhì)的金屬兩端存在溫度差時，其間必然有熱量的流動（熱流），若在與熱流方向相垂直的方向上加以磁場則會產(chǎn)生出種種物理現(xiàn)象。統(tǒng)稱熱與磁間的諸現(xiàn)象為熱磁效應(yīng)。第三十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日橫向能斯脫效應(yīng)

transverseNeresteffect

若在x軸方向存在某熱流，并在太陽能傳感器軸方向加以磁場，則在y軸方向會有電場產(chǎn)生。因電場方向與熱流方向相垂直，故稱此現(xiàn)象為橫向能斯脫效應(yīng)。電場強度大小等于橫向能斯脫系數(shù)乘磁場強度乘金屬溫度梯度（即熱流），方向相反。第四十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日縱向能斯脫效應(yīng)（電氣縱向效應(yīng)）longitudinalNeresteffect（longitudinalelectricaleffect）

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向加以磁場，則與熱流相同方向上將產(chǎn)生電場，因為電場與熱充方向一致，故稱其為縱向能斯脫效應(yīng)或稱電氣縱向效應(yīng)。電場強度大小等于縱向能斯脫系數(shù)乘磁場強度乘金屬溫度梯度（即熱流），方向相反。

第四十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日熱磁橫向效應(yīng)（里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)）transversethermomagneticeffect（Righi-Leduceffect)

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向上加磁場，則y軸方向上將有溫度梯度（即熱流）發(fā)生，此現(xiàn)象即為熱磁橫向效應(yīng)，也稱里紀(jì)—勒杜克效應(yīng)。Y方向上溫度梯度的大小等于里紀(jì)-勒杜克系數(shù)乘磁場強度乘X方向上金屬溫度梯度（即熱流），方向相同。

第四十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日熱磁縱向效應(yīng)longitudinalthermomagneticeffect

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向上加以磁場，如果在原有熱流方向產(chǎn)生新的熱流—溫度梯度，現(xiàn)象稱為熱磁縱向效應(yīng)。它表明，與熱流方向相垂直的外磁場可以改變熱流大小。其中新產(chǎn)生的溫度梯度（熱流）等于熱磁縱向效應(yīng)系數(shù)乘磁場強度乘X方向上金屬溫度梯度，方向相同。

第四十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日七、壓電效應(yīng)

piezoelectriceffect——可制作力、壓力、振動、加速度傳感器，超聲波探頭、聲表面波（SAW）傳感器、陀螺傳感器它是指某些介質(zhì)在施加外力造成本體變形而產(chǎn)生帶電狀態(tài)或施加電場而產(chǎn)生變形的雙向物理現(xiàn)象，是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的總稱，一般習(xí)慣上壓電效應(yīng)指正壓電效應(yīng)。

第四十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日正壓電效應(yīng)

positivepiezodielectriceffect——可制作壓電式力、壓力、振動、加速度傳感器，壓電超聲波探頭，壓電聲表面波SAW傳感器，壓電陀螺傳感器當(dāng)某些電介質(zhì)沿一定方向受外力作用而變形時，在其一定的兩個表面上產(chǎn)生異號電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。其中電荷大小與外力大小成正比，極性取決于變形是壓縮還是伸長，比例系數(shù)為壓電常數(shù)，它與形變方向有關(guān)，固定材料的確定方向上為常量。它屬于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的一種效應(yīng)。

第四十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日縱向壓電效應(yīng)

longitudinalpiezoelectriceffect正壓電效應(yīng)中，如果所生成的電位差方向與壓力或拉力方向一致，即為縱向壓電效應(yīng)。第四十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日橫向壓電效應(yīng)transversepiezoelectriceffect正壓電效應(yīng)中，如所生成的電位差方向與壓力或拉力方向垂直時，即為橫向壓電效應(yīng)。第四十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日切向壓電效應(yīng)tangentialpiezoelectriceffect在正壓電效應(yīng)中，如果在一定的方向上施加的是切應(yīng)力，而在某方向上會生成電位差，則稱為切向壓電效應(yīng)。第四十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日逆壓電效應(yīng)

reversepiezodielectriceffect——可制作超聲波發(fā)生器，聲發(fā)射傳感器，壓電揚聲器，晶振傳感器當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場，某些電介質(zhì)在一定方向上將產(chǎn)生機械變形或機械應(yīng)力，當(dāng)外電場撤去后，變形或應(yīng)力也隨之消失，這種物理現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，其應(yīng)變的大小與電場強度的大小成正比，方向隨電場方向變化而變化。它屬于將電能轉(zhuǎn)化為機械能的一種效應(yīng)。

第四十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日八、壓阻效應(yīng)

piezoresistiveeffect——可制作壓阻式壓力、加速度、重量、應(yīng)變、拉力、流量、真空度傳感器半導(dǎo)體材料受到外力或應(yīng)力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。其中，電阻（或電阻率）的相對變化率等于沿某晶向的壓阻系數(shù)與沿該晶向應(yīng)力的積，即等于壓阻系數(shù)乘應(yīng)變乘材料的彈性模量。所以壓阻效應(yīng)與材料類型，晶體取向，摻雜濃度及溫度直接相關(guān)。

第五十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日電致伸縮效應(yīng)

electrostrictioneffect電介質(zhì)在電場的作用下會由于極化的變化而引起形變，若形變與電場方向無關(guān)，這個現(xiàn)象就稱為電致效應(yīng)，其應(yīng)變的大小與電場強度的平方成正比，方向與電場方向無關(guān)。這種效應(yīng)屬于將電量轉(zhuǎn)化為機械量的一種效應(yīng)。

第五十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日磁致伸縮效應(yīng)magnetostrictioneffect——可制作可制成電聲器件、超聲波發(fā)生器、光纖式傳感器是指某些鐵磁體、合金及鐵氧體，其磁場與機械變形相互轉(zhuǎn)換的種種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。一般說磁致伸縮效應(yīng)即指正向的磁致伸縮效應(yīng)。

第五十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日正磁致伸縮效應(yīng)（焦耳效應(yīng)）

positivemagnetostriction(Jouleeffect)

——可制作電聲器件、超聲波發(fā)生器、光纖式傳感器（調(diào)制單模光纖長度）傳感器某些鐵磁體及其合金，以及某些鐵氧體在外磁場作用下產(chǎn)生機械變形的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)，即正向磁致伸縮效應(yīng)，也稱焦耳效應(yīng)，一般長度的變化發(fā)生在與外磁場相同的方向上，變化量不大。

第五十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日九、壓磁效應(yīng)（逆磁致伸縮效應(yīng)）

piezo-magneticeffect（reversemagnetostrictioneffect）

——可制作壓磁式力、壓力、力矩、重量傳感器磁致伸縮材料在外力（或應(yīng)力、應(yīng)變）作用下，引起內(nèi)部發(fā)生形變，產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇之間的界限發(fā)生移動，磁疇磁化強度矢量轉(zhuǎn)動，從而使材料的磁化強度和磁導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。這種由于應(yīng)力使磁性材料性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)，也稱逆磁致伸縮效應(yīng)。

第五十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日威德曼效應(yīng)

Wiedemaneffect——可制作扭矩傳感器、力傳感器給鐵磁桿同時施加縱向磁場和環(huán)形磁場（即通以縱向電流時），桿件除長度發(fā)生變化外，還同時產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象稱為威德曼效應(yīng)。它是磁致伸縮疚的一個特例。當(dāng)給鐵磁桿通以縱向電流時（置于環(huán)狀磁場中），并使桿件拉伸、壓縮或扭曲，則會產(chǎn)生縱向磁化現(xiàn)象，在桿的圓周方向上的線圈內(nèi)會有電流產(chǎn)生，此種由于桿件扭曲或受到縱向力而產(chǎn)生輸出電壓的現(xiàn)象稱為逆威德曼效應(yīng)。

第五十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日逆威德曼效應(yīng)

reverseWiedemaneffect——可制作扭矩、力傳感器當(dāng)給鐵磁桿通以縱向電流（即置于環(huán)狀磁場中），并使其拉伸（或壓縮）或扭曲時，會產(chǎn)生縱向磁化的現(xiàn)象稱為逆威德曼效應(yīng)。

第五十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日隧道效應(yīng)

tunneleffect是指在兩金屬片之間夾有極度?。s為10毫微米）的絕緣層（如氧化膜），當(dāng)兩端施加直流電壓時，回路就有電流產(chǎn)生，即有電流通過絕緣層，這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。

十、約瑟夫遜效應(yīng)第五十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日超導(dǎo)體隧道效應(yīng)（約瑟夫遜效應(yīng)）

superconductertunneleffect（Josephsoneffect）

——可制作紅外傳感器，絕對溫度計，超導(dǎo)量子干涉器件SQUID傳感器約瑟夫效應(yīng)是超導(dǎo)體的一種量子干涉效應(yīng)。在兩塊超導(dǎo)體之間放置厚度極薄的絕緣層（10毫微米），組成約瑟夫結(jié)或稱超導(dǎo)隧道結(jié)。由于絕緣層厚度遠(yuǎn)比超導(dǎo)電子相干長度（可達(dá)10微米)小得多，所以絕緣層兩側(cè)超導(dǎo)電子間就會發(fā)生耦合，呈現(xiàn)出超導(dǎo)電流的量子干涉現(xiàn)象，即約瑟夫遜效應(yīng)。

第五十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日直流約瑟夫遜效應(yīng)

DCJosephsoneffect——可制作超導(dǎo)量子干涉器件SQUID、測量如人體心臟和腦活動所產(chǎn)生的微小磁場變化傳感器約瑟夫遜結(jié)在不外加電壓或磁場時，有直流電流通過絕緣層，即超導(dǎo)電流能無阻地通過極度薄的絕緣層，這種現(xiàn)象稱為直流約瑟夫遜效應(yīng)。

第五十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日交流約瑟夫遜效應(yīng)

ACJosephsoneffect約瑟夫遜結(jié)能夠吸收和發(fā)射電磁波的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為交流約瑟夫遜效應(yīng)?！又绷麟妷狠椛潆姶挪―Cvoltageappliedandelectromagneticwaveoutput--(可制作V—F變換器傳感器）給約瑟夫遜結(jié)加直流電壓時，約瑟夫遜結(jié)會產(chǎn)生頻率與所加電壓成正比的高頻超導(dǎo)電流（比例系數(shù)為2倍電子電荷量/普朗克常數(shù)），并向外輻射電磁波。

第六十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日——加交/直流電壓輸出直流信號AC/DCvoltageappliedandDCsignaloutput--(可制作量子型高精度高靈敏度（10E-19V）電壓傳感器、遠(yuǎn)紅外高速高靈敏光傳感器、溫度傳感器）給約瑟夫遜結(jié)加直流電壓，并施加交流射頻電壓或用一定頻率的電磁波作用于結(jié)上，則當(dāng)由直流電壓引起的高頻電波頻率與外加交流射頻電壓頻率相等，或與外加電磁波頻率相等，或是其整數(shù)倍時，有直流成分超導(dǎo)電流流過絕緣層，輸出直流電壓。直流電壓與外加電壓頻率或外作用電磁波頻率成正比，比例系數(shù)為普朗克常數(shù)除電子電荷的商的n/2倍。

第六十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日核磁共振

nuclearmagneticresonance—可制作磁傳感器，超精密溫度傳感器是一種與物質(zhì)磁性和磁場有關(guān)的共振現(xiàn)象。磁性物質(zhì)內(nèi)具有磁矩的粒子在直流磁場的作用下，其能級將發(fā)生裂變，當(dāng)能級間的能量差正好與外加交變磁場（垂直于直流磁場）的量子值相同時，物質(zhì)將強烈吸收交變磁場的能量并產(chǎn)生共振，即磁共振，其本質(zhì)也是一種能級間躍遷的量子效應(yīng)。磁共振與物質(zhì)磁性有密切關(guān)系，當(dāng)磁矩來源于順磁物質(zhì)原子中的原子核時，則稱這種磁共振為核磁共振。

第六十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日十一、光相關(guān)效應(yīng)opticsrelatedeffect由光的各種特性變化引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為光相關(guān)效應(yīng)。第六十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日光多普勒效應(yīng)opticalDopplereffect——可制作速度、流速、流量傳感器，如光纖式血液流速傳感器、激光多普勒超低速（1cm/h）傳感器、超音測量傳感器當(dāng)光波源和觀察者（光接收器）有相對運動時，觀察者所接收到的光波頻率不同于光波源的頻率，兩者相接近時，接收到的頻率增大，反之，則減小，這種現(xiàn)象稱為光的多普勒效應(yīng)。由于多普勒效應(yīng)而引起的頻率變化數(shù)值稱為多普勒頻移。其中，反射光頻率變化與運動物體的速度及入射光與物體運動方向的夾角的余弦值成正比，與媒質(zhì)中光波長成反比，比例系數(shù)為2。

第六十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日薩古納克效應(yīng)

Sagnaceffect——可制作環(huán)形激光陀螺、光纖陀螺傳感器同一光源同一光路，兩束對向傳播光之間的光程差或相位差與其光學(xué)系統(tǒng)相對于慣性空間旋轉(zhuǎn)的角速度成正比的現(xiàn)象，稱為薩古納克效應(yīng)。這種效應(yīng)與光的媒質(zhì)無關(guān)。

第六十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日喇曼效應(yīng)Ramaneffect若用非干涉的單色平行光源照射某些氣體、液體或固體時，可以觀察到原來光源所不包含的光譜，這一現(xiàn)象稱為喇曼效應(yīng)。新生的光譜線為喇曼線。它是非干涉入射光源與光學(xué)量子相結(jié)合的產(chǎn)物。第六十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日派生喇曼效應(yīng)derivedRamaneffect用干涉性強激光光源照射硝基苯等喇曼活性物質(zhì)時，能夠產(chǎn)生出多種偏離原來入射光波長的激光，這種現(xiàn)象稱為派生喇曼效應(yīng)。第六十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日布里淵效應(yīng)

Brillouineffect用非干涉光（自然光）照射某些物質(zhì)時，從該物質(zhì)上散射出與入射光波偏離極小的非干涉光，這一現(xiàn)象稱為布里淵效應(yīng)。第六十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日派生布里淵效應(yīng)

derivedBrillouineffect用大功率激光照射丙酮、四氯化碳等物質(zhì)時，將會從這些物質(zhì)散射出與入射激光波長偏離極小的激光，這種現(xiàn)象稱為派生布里淵效應(yīng)。第六十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日十二、聲波相關(guān)效應(yīng)acousticwaverelatedeffect這里將由聲波的各種特性變化引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為聲波相關(guān)效應(yīng)

第七十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日聲多普勒效應(yīng)

acousticDopplereffect——可制作超聲流速計傳感器當(dāng)聲源和觀察者（或聲接收器）在連續(xù)介質(zhì)中有相對運動時，觀察者接收到的聲波頻率與聲源發(fā)生的頻率不同，兩者靠近時頻率升高，遠(yuǎn)離時頻率降低，這種現(xiàn)象稱為聲音的多普勒效應(yīng)。

第七十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日聲電效應(yīng)

acousto-electriceffect—可制作超聲信號放大器、聲電振蕩器傳感器在半導(dǎo)體中，超聲（或聲子）與自由載流子（電子或空穴）相互作用所產(chǎn)生的多種物理效應(yīng)，如聲波的衰減或放大（聲子的吸收或發(fā)射），大振幅超聲對半導(dǎo)體電壓電流特性的影響等，統(tǒng)稱為聲電效應(yīng)。

第七十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日聲光效應(yīng)

acousto-opticeffect——可制作聲光偏轉(zhuǎn)器、光調(diào)制器、聲光Q開關(guān)、光纖式聲傳感器某些介質(zhì)在聲波作用下，其光學(xué)特性（如折射率）發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為聲光效應(yīng)。其中超聲波的聲光效應(yīng)尤為顯著，當(dāng)光通過處在超聲波作用下的透明物質(zhì)時會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)、頻移和強度變化。當(dāng)超聲波頻率較低時時，會產(chǎn)生多級衍射光譜，即喇曼-納斯（Raman-Nath）衍射。外加超聲波頻率較高時，會產(chǎn)生強的一級衍射光。

第七十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日聲磁效應(yīng)（磁聲效應(yīng)）acousto-magneticeffect（magneto-acousticeffect）當(dāng)存在外磁時，金屬對于超聲波的吸收系數(shù)大幅度增加，這種現(xiàn)象稱為聲磁效應(yīng)或磁聲效應(yīng)。

第七十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日德.哈斯-板.阿爾芬效應(yīng)DeHaass-VanAlpheneffect在外磁場作用下，金屬吸收電磁波，由于磁場作用下的電子密度將被束縛而量子化，故其在費米能級上的數(shù)量將因磁場強度的不同而產(chǎn)生周而復(fù)始的增減。為此，金屬對于超聲波的吸收系數(shù)必然表現(xiàn)出周期性變化的規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為德.哈斯-板.阿爾芬效應(yīng)

第七十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日碰撞-阻尼效應(yīng)impact-dampingeffect當(dāng)超聲波在金屬內(nèi)通過的時候，金屬內(nèi)的電子能量狀態(tài)不再是晶格靜止時的費米分布狀態(tài)，而是電子隨時都力圖偏離該時刻的離子速度的費米分布，這種現(xiàn)象稱為碰撞-阻尼效應(yīng)。碰撞-阻尼效應(yīng)是金屬吸收超聲波時呈現(xiàn)的效應(yīng)之一，金屬的電導(dǎo)率越高，吸收聲波的能力越強，效果越好。

第七十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日ΔE效應(yīng)ΔEeffect將強磁體置于磁場中，當(dāng)磁疇壁產(chǎn)生移動時，其楊氏模量較磁疇壁不發(fā)生移動時減少，這種現(xiàn)象稱為ΔE效應(yīng)。

第七十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日遮掩效應(yīng)

blanketingeffect當(dāng)同時存在強度相異的兩種聲響時，弱音被強音所遮掩的現(xiàn)象稱為遮掩效應(yīng)，其原因是雜音減低人耳靈敏度所致。實驗表明，被遮掩信號頻率越接近遮掩信號頻率，則遮掩效應(yīng)越明顯。同時低于遮掩信號頻率的被測信號易于產(chǎn)生遮掩效應(yīng)。

第七十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日衍射效應(yīng)diffractioneffect當(dāng)有壓力敏元器件置于具有特定聲壓的聲場時，聲壓會因這些物體的存在而改變，這種現(xiàn)象為聲音的衍射效應(yīng)。改變后的聲壓正比于衍射系數(shù)和原聲壓的積。其中衍射系數(shù)與敏感器件的形狀、大小、聲波方向有關(guān)。

第七十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日十三、射線相關(guān)效應(yīng)rayrelatedeffect——可制作光纖放射線傳感器物質(zhì)被放射線照射后，其某些特性（如折射率）發(fā)生變化的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為放射線效應(yīng)。

第八十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日俄歇效應(yīng)Augereffect當(dāng)氣體（如惰性氣體）受到放射線（如X射線、γ射線）照射時，由一個氣體原子可以發(fā)射幾個電子，而且這些電子的動能與入射的射線頻率（也即能量）無關(guān)，僅與被照射氣體的原子種類有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為俄歇效應(yīng)。俄歇效應(yīng)所發(fā)射的電子稱為俄歇電子。

第八十一頁，共一百零五頁，2022年，8月28日吸收效應(yīng)Absorptioneffect某些能吸收高能電子束的物質(zhì)，當(dāng)用高能電子束聚集照射時，在放射出特性X射線（物質(zhì)所特有的X射線或稱為熒光X射線）的同時，自身還吸收這些特性X射線，其吸收量的大小取決于同時存在的元素種類、濃度、入射電子束能量以及特性X射線的射出角度等因素，這種現(xiàn)象稱為吸收效應(yīng)。

第八十二頁，共一百零五頁，2022年，8月28日原子序號效應(yīng)atomicnumbereffect某些物質(zhì)能把入射的電子束能量轉(zhuǎn)換成X射線能量并發(fā)射出去，而且這種能量轉(zhuǎn)換的比例取決于物質(zhì)原子序號和電子束能量，這種物理現(xiàn)象稱為原子序號效應(yīng)。

第八十三頁，共一百零五頁，2022年，8月28日強化效應(yīng)由于放射線照射而產(chǎn)生某些物質(zhì)嚴(yán)重晶格缺陷的現(xiàn)象稱為強化效應(yīng)。強化效應(yīng)對于核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、核燃料以及被覆材料有較大的破壞性影響，故應(yīng)盡量避免和設(shè)法減弱它。第八十四頁，共一百零五頁，2022年，8月28日緯度效應(yīng)latitudeeffect宇宙線強度因緯度不同而有所變化，且距赤道越近其強度越低。稱此現(xiàn)象為宇宙線緯度效應(yīng)。此效應(yīng)為1927年荷人古列依氏發(fā)現(xiàn)。

第八十五頁，共一百零五頁，2022年，8月28日γ射線光電效應(yīng)

γ-rayphotoelectriceffect某些物質(zhì)在γ射線照射下，物質(zhì)中原子與γ射線的光子相互作用，使原子的某一束縛電子被發(fā)射出去，所發(fā)射的電子稱為光電子，這種現(xiàn)象稱為γ射線的光電效應(yīng)。這種效應(yīng)截面隨光子能量增大而減小，隨吸收物質(zhì)原子序數(shù)增大而迅速增大。

第八十六頁，共一百零五頁，2022年，8月28日康普頓效應(yīng)ComptoneffectX射線、γ射線等短波長的電磁輻射通過原子序數(shù)較低的元素時，被元素散射的射線波長除一部分保持原值外，還有一部分將發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，或稱康普頓散射。原子序數(shù)小于10的各種元素以及重元素用高能量光子入射時康普頓效應(yīng)明顯。其中，所改變的波長的大小與入射射線的波長無關(guān)，只取決于入射角。

第八十七頁，共一百零五頁，2022年，8月28日十四、擊波動態(tài)效應(yīng)attackwavedymaticeffect擊波（如沖擊波）通過某些物質(zhì)時所引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為擊波動態(tài)效應(yīng)。

第八十八頁，共一百零五頁，2022年，8月28日動態(tài)電學(xué)效應(yīng)dynamicelectricseffect——可制作瞬態(tài)壓力傳感器擊波在物質(zhì)中通過時引起物質(zhì)的電導(dǎo)率改變，或引起某些電介質(zhì)的極化（即相對面上產(chǎn)生電荷），或退極化（如極化了的鐵電體放出電荷），這種現(xiàn)象稱為動態(tài)電學(xué)效應(yīng)。

第八十九頁，共一百零五頁，2022年，8月28日動態(tài)光學(xué)效應(yīng)dynamicopticeffect擊波通過介質(zhì)時所引起的介質(zhì)光學(xué)特性（如光譜吸收、折射率、雙折射、透明度等）變化的現(xiàn)象稱為動態(tài)光學(xué)效應(yīng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)像的原因包括：擊波會使介質(zhì)密度增加，或使吸收光譜改變，或引起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生透明物，或在介質(zhì)中產(chǎn)生高溫導(dǎo)致光發(fā)射等。

第九十頁，共一百零五頁，2022年，8月28日動態(tài)磁學(xué)效應(yīng)dynamicmagneticeffect擊波通過介質(zhì)時，使其居里點改變的現(xiàn)象稱為動態(tài)