【自考復(fù)習(xí)資料】06016傳感器原理及應(yīng)用（大綱改復(fù)習(xí)資料）

《傳感器技術(shù)原理與應(yīng)用》——復(fù)習(xí)材料傳感器的定義一種能檢測(cè)（采集）外界信息，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成易處理的電信號(hào)的裝置。傳感器的分類（1）物性傳感器：外界信息使材料的固有性質(zhì)發(fā)生變化，檢測(cè)性質(zhì)的變化來檢測(cè)外界信息。（2）結(jié)構(gòu)型傳感器：使元件的結(jié)構(gòu)（如彈簧、氣壓腔…）發(fā)生形變，測(cè)量結(jié)構(gòu)的變化來檢測(cè)被測(cè)對(duì)象。（3）按照信息的傳遞方式分類分為直接型傳感器-----被測(cè)信息通過傳感器直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)和間接型傳感器-----被測(cè)信息通過多于一次的轉(zhuǎn)換才變?yōu)殡娦盘?hào)（4）按照人類的感覺功能分類視覺、聽覺、味覺、感覺、觸覺……3.傳感器基礎(chǔ)簡(jiǎn)介傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間關(guān)系的特性一般分為兩大類：靜態(tài)特性：被測(cè)量不隨時(shí)間變化、或隨時(shí)間變化很緩慢--靜態(tài)信號(hào)時(shí)的特性，用一系列靜態(tài)參數(shù)來描述動(dòng)態(tài)特性：被測(cè)量隨時(shí)間變化很快--動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí),輸入隨t變化時(shí)其輸出量的響應(yīng)特性。用一系列動(dòng)態(tài)參數(shù)來描述三、考核知識(shí)點(diǎn)掌握傳感器的定義和幾種分類方法，熟練掌握基本特性參數(shù)、基本測(cè)試單元和控制單元的構(gòu)成及其原理，了解傳感器的轉(zhuǎn)換原理，通過幾個(gè)傳感器的應(yīng)用實(shí)例電路，認(rèn)識(shí)其在各行業(yè)中的重要性(1)傳感器的轉(zhuǎn)換原理；效應(yīng)轉(zhuǎn)換內(nèi)容泡克爾斯效應(yīng)光、電→光光通過壓電晶體并在垂直方向加電壓時(shí)光分成正常光線和異常光線的現(xiàn)象克爾效應(yīng)電、光→光光通過各種同性物質(zhì)并在垂直方向加電壓時(shí)分成正常光線和異常光電的現(xiàn)象法拉第效應(yīng)光、磁→電線偏振光通過磁性物質(zhì)時(shí)偏振面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象霍爾效應(yīng)磁、電→電使電流流過固體并在與電流同相或者垂直的方向加磁場(chǎng)時(shí)，在各個(gè)垂直方向產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象磁阻效應(yīng)磁、電→電阻使電流流過固體并在與電流相同或者垂直的方向加磁場(chǎng)時(shí)，電阻增加的效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)磁→變形強(qiáng)磁體加磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生變形的現(xiàn)象壓電效應(yīng)壓力→電強(qiáng)介質(zhì)加壓力時(shí)產(chǎn)生極化或者電位差的現(xiàn)象多普勒效應(yīng)聲（光）→頻率當(dāng)聲（光）源和觀測(cè)者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況時(shí)觀測(cè)到頻率與靜止情況不同的現(xiàn)象(2)傳感器的應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化：位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、視覺傳感器……國(guó)防現(xiàn)代化：導(dǎo)航瞄準(zhǔn)的光傳感器、定位系統(tǒng)的磁傳感器……航空航天技術(shù)：紫外光傳感器、磁傳感器、加速度傳感器……能源開發(fā)：光傳感器、力學(xué)量傳感器、磁傳感器……生活各場(chǎng)所：智能家居、智能交通、智能超市.......如電子灶的氣體傳感器、電冰箱的溫度傳感器、電視機(jī)微機(jī)的電壓傳感器、溫度傳感器……科學(xué)研究：探測(cè)器環(huán)境保護(hù)與生物科學(xué)：氣體檢測(cè)、酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌?、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：傳感器的基本特性參數(shù)、基本測(cè)試單元和控制單元的構(gòu)成及其原理。難點(diǎn)：傳感器的動(dòng)態(tài)特性。溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置。用于檢測(cè)溫度和熱量，也叫做熱電式傳感器。一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握溫度傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。熟練掌握熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器及集成溫度傳感器的測(cè)溫原理和測(cè)量與控制原理，深入理解其典型的應(yīng)用電路，并會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)際的簡(jiǎn)單的應(yīng)用電路；了解非結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器、其它幾種溫度傳感器的原理。二、課程內(nèi)容1.1電阻型溫度傳感器1.2熱電偶1.3PN結(jié)型溫度傳感器1.4熱釋電器件1.5新型溫度傳感器及發(fā)展趨勢(shì)三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）熱電阻、熱電偶的測(cè)溫原理和測(cè)量方法；（2）熱敏電阻的溫度特性和應(yīng)用電路；（3）非結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器的原理；（4）結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器的原理及其典型的應(yīng)用電路；（5）集成溫度傳感器的原理及其應(yīng)用；（6）溫度的測(cè)量和控制原理。四、考核要求1.識(shí)記附加1選作感溫電阻的材料的要求:電阻溫度系數(shù)要高;highαR在測(cè)溫范圍內(nèi),化學(xué)、物理性能穩(wěn)定;具有良好的輸出特性;具有比較高的電阻率;higherρ具有良好的可加工性,且價(jià)格便宜電阻型溫度傳感器、熱電偶的概念；利用感溫材料把溫度信號(hào)或溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的元件稱為電阻型溫度傳感器，主要有金屬熱電阻、半導(dǎo)體陶瓷熱電阻、半導(dǎo)體熱電阻和其他材料的熱電阻等。隨著溫度的升高，他們的阻值有的增加（屬于正溫度系數(shù)的熱電阻）有的減少（屬于負(fù)溫度系數(shù)的熱電阻）熱電偶是由兩種金屬（或合金）材料構(gòu)成的溫度傳感器，可以將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、精度高、測(cè)量范圍大（0-180℃）、熱慣性小、使用方便、經(jīng)濟(jì)耐用和容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。熱敏電阻的分類及其特性；鉑熱電阻(platinumT.R.)物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，是熱電阻最佳材料銅熱電阻一般銅絲在-50～150℃內(nèi)性能很穩(wěn)定，且電阻與溫度其他熱電阻鐵和鎳熱電阻的α較鉑和銅高，ρ也較大，做成體積小、靈敏度高的電阻溫度計(jì)。銦熱電阻適宜在-269～-258℃用，測(cè)量精度高，靈敏度很高，是鉑電阻的10倍，但重現(xiàn)性差；錳熱電阻適宜在-271～-210℃用，靈敏度高，但脆性高，易損壞；碳熱電阻適宜在-273～-268.5℃內(nèi)使用，熱容量小，靈敏度高，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，但熱穩(wěn)定性較差/*熱電效應(yīng)（第一效應(yīng)塞貝克效應(yīng)、第二效應(yīng)珀?duì)柼?yīng)、第三效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)）；用兩種不同的金屬組成閉合回路，且使其兩接觸點(diǎn)處溫度不同，回路中產(chǎn)生電流的物理現(xiàn)象,---亦稱塞貝克效應(yīng)*/熱電偶的基本定律；均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩均質(zhì)金屬（ρ均勻）組成熱電偶的電勢(shì)大小與電極的直徑、長(zhǎng)度及沿電極長(zhǎng)度方向上的溫度分布無關(guān)，只與電極材料和溫度有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)電極定律：若三個(gè)熱電偶工作端溫度都為T，參考端都為T0，兩種金屬B、C熱電偶的熱電勢(shì)可用它們分別與第三種A組成熱電偶的熱電勢(shì)之差表示中間導(dǎo)體定律：在熱電偶中插入第三種均質(zhì)金屬，只要所插入的導(dǎo)體兩端溫度與參考點(diǎn)相同，不會(huì)影響原來熱電勢(shì)的大小。中間溫度定律：熱電偶的接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)，其熱電勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為T、Tn和Tn、T0時(shí)相應(yīng)的熱電勢(shì)的代數(shù)和,PN結(jié)型溫度傳感器工作原理。PN結(jié)溫度傳感器是一種半導(dǎo)體敏感器件,它實(shí)現(xiàn)溫度與電壓的轉(zhuǎn)換。在常溫范圍內(nèi)兼有熱電偶，鉑電阻，和熱敏電阻的各自優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它克服了這些傳統(tǒng)測(cè)溫器件的某些固有缺陷，是自動(dòng)控制和儀器儀表工業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)元器件之一。在-50～200℃溫區(qū)內(nèi)有著及其廣泛的用途。特別在溫室大棚、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療器械、家電等領(lǐng)域的應(yīng)用。

工作原理

晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度而變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1℃時(shí)，下降-2mV，利用這種特性，一般可以直接采用二極管（如玻璃封裝的開關(guān)二極管1N4148）或采用硅三極管（可將集電極和基極短接）接成二極管來做PN結(jié)溫度傳感器。這種傳感器有較好的線性，尺寸小，其熱時(shí)間常數(shù)為0.2—2秒，靈敏度高。熱電極材料的特性一般必須具有1.測(cè)量范圍內(nèi)，熱電勢(shì)與T的關(guān)系不隨時(shí)間變化，且有很好的穩(wěn)定性。

2.熱電勢(shì)要大，易于測(cè)量、誤差小，且熱電勢(shì)與T為單值關(guān)系。3.電阻溫度系數(shù)小，ρ很低，否則電阻將隨T而有較大變化，測(cè)量不準(zhǔn)確。

4.機(jī)械強(qiáng)度高，易制成標(biāo)準(zhǔn)分度，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜2.領(lǐng)會(huì) （1）熱電阻的結(jié)構(gòu)及測(cè)量電路；1.結(jié)構(gòu)：將電阻絲雙線繞在云母、石英、陶瓷、塑料等絕緣架上，固定后外面再加上保護(hù)套管。2.測(cè)量電路：用精度較高的精密電橋電路。為消除連接導(dǎo)線電阻隨被測(cè)環(huán)境溫度變化而造成的測(cè)量誤差，常采用三線和四線連接法：（2）熱電偶的種類和結(jié)構(gòu)；熱電偶的結(jié)構(gòu)兩個(gè)熱電極一個(gè)端點(diǎn)緊密焊接在一起，且電極間通常用耐高溫的絕緣材料絕緣，不同測(cè)溫范圍可選不同的絕緣材料。（3）熱釋電器件、集成溫度傳感器的工作原理。定義：這種因T變化引起自發(fā)極化變化而釋放電荷的現(xiàn)象------熱釋電效應(yīng)3.簡(jiǎn)單應(yīng)用常見溫度傳感器的應(yīng)用電路分析。一般會(huì)出大題根據(jù)電路圖解釋其工作原理后續(xù)會(huì)單獨(dú)整理一份關(guān)于此方面知識(shí)的文檔五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：熱電阻、熱電偶、熱敏電阻、結(jié)型半導(dǎo)體溫度傳感器及集成溫度傳感器的測(cè)溫原理和測(cè)量與控制原理。難點(diǎn)：典型應(yīng)用電路的分析和設(shè)計(jì)。第2章光敏傳感器利用光信號(hào)（紅外、可見及紫外光）照射材料后其電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而制成的器件。一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握光敏傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。熟練掌握光電發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)等原理及其相應(yīng)器件的原理，掌握電荷耦合器件的原理、圖像傳感器、光纖傳感器的主要原理，了解光電耦合器件的原理、其它光電傳感器，并掌握幾個(gè)光控電路的原理，并能自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的電路。二、課程內(nèi)容2.1外光電效應(yīng)及器件2.2光電導(dǎo)效應(yīng)器件2.3光生伏特效應(yīng)器件2.4固態(tài)圖像傳感器2.5光纖傳感器2.6新型光敏傳感器及發(fā)展動(dòng)向三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）光電發(fā)射效應(yīng)及其測(cè)量電路原理；由光電效應(yīng)或光致電離引起的光電子發(fā)射在光線作用下能使電子從物體表面逸出的稱為“外光電效應(yīng)”或光電發(fā)射（2）光電導(dǎo)效應(yīng)及器件；光電導(dǎo)效應(yīng)，又稱為光電效應(yīng)、光敏效應(yīng)，是光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象。即光電導(dǎo)效應(yīng)是光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類光致電改變現(xiàn)象的總稱。（3）光生伏特效應(yīng)和器件的原理及其應(yīng)用電路；人們將受到光照射時(shí)產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，其中將PN結(jié)受到光照后兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為PN結(jié)光生伏特效應(yīng)。（4）光電耦合器件的原理；光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。（5）光纖傳感器和其它光電傳感器的原理；（6）幾個(gè)光控應(yīng)用電路的原理。（大題，每題10分）四、考核要求1.識(shí)記（1）光敏傳感器的定義及分類；（教材概述中的內(nèi)容）（1）光電效應(yīng)傳感器：用光敏材料的光電效應(yīng)制成的光敏器件。分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)器件

（2）固態(tài)圖像傳感器：結(jié)構(gòu)上分為兩大類：1.用CCD的光電轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移功能制成的CCD圖像傳感器；（3）用光敏二極管與MOS晶體管構(gòu)成的將光信號(hào)變成電荷或電流信號(hào)的MOS圖像傳感器，又稱自掃描光電二極管列陣（SSPA）。三、光纖傳感器：是唯一的有光源的光敏傳感器，光纖輻射劑量?jī)x、光纖電流傳感器、光纖溫度傳感器、光纖圖像傳感器、光纖光柵傳感器四、激光傳感器五、高分子光傳感器（2）外光電效應(yīng)（光電發(fā)射效應(yīng)）；

在光照下某些材料中的電子逸出表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象----稱為外光電效應(yīng)（光電發(fā)射效應(yīng)）。

光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成正比，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)（3）光電導(dǎo)效應(yīng)；

光電導(dǎo)效應(yīng)，又稱為光電效應(yīng)、光敏效應(yīng)，是光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象。即光電導(dǎo)效應(yīng)是光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類光致電改變現(xiàn)象的總稱。（4）光生伏特效應(yīng)、PN結(jié)光生伏特效應(yīng)；

生伏特效應(yīng)是指半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)--(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）；側(cè)向光生伏特效應(yīng)（殿巴效應(yīng)）--(可制作半導(dǎo)體位置敏感器件（反轉(zhuǎn)光敏二極管）傳感器）；PN結(jié)光生伏特效應(yīng)--(可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器）。（5）固態(tài)圖像傳感器的分類；圖像傳感器，是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD（ChargeCoupledDevice，電荷耦合元件）和CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）兩大類。另外還有一種不太常用的電荷注入元件（ChargeInjectionDevice）（7）光纖傳感器的基本組成及其分類；組成：光纖傳感器主要由光源、光纖和光探測(cè)器三部分組成分類：按照工作原理可以分為兩大類。一類是傳光型，也稱非功能型光纖傳感器，又可以細(xì)分為光纖傳輸回路型和光纖探頭型另一類是傳感型，或稱功能型光纖傳感器又可以細(xì)分為干涉型、非干涉型和光電混合型。

分類:(按工作原理分兩大類)1.傳光型光纖傳感器，也稱非功能型光纖傳感器。原理示意如下圖:-----是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)調(diào)制器中光與待測(cè)信號(hào)互相作用，使光的性質(zhì)(光強(qiáng)、波長(zhǎng)或頻率、相位、偏振態(tài)、時(shí)分等)變化成調(diào)制光。2.傳感型光纖傳感器：光纖是連續(xù)的，不僅傳導(dǎo)光且對(duì)外界信號(hào)的敏感能力和檢測(cè)功能，使入射光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)傳和感的功能。

---是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量（如壓力）變換為調(diào)制的光信號(hào)。（7）光纖傳感器的調(diào)制類型。不記內(nèi)容只記標(biāo)題（1）強(qiáng)度調(diào)制原理（2）相位調(diào)制原理（3）頻率調(diào)制原理（4）偏振調(diào)制原理2.領(lǐng)會(huì) （1）光電發(fā)射二極管的工作原理；光電二極管簡(jiǎn)稱光電管：----是把發(fā)射電子的極板（光陰極）和吸收電子的極板（陽極）封于同一殼內(nèi)，連上電極形成的器件。按照原理可分：真空光電管和充氣光電管兩類，或稱電子光電管和離子光電管兩類。（2）光電倍增管的工作原理；光電倍增管建立在外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合了高增益、低噪聲、高頻率響應(yīng)和大信號(hào)接收區(qū)等特征，是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光敏電真空器件，可以工作在紫外、可見和近紅外區(qū)的光譜區(qū)。日盲紫外光電倍增管對(duì)日盲紫外區(qū)以外的可見光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于1nA）、響應(yīng)快、接收面積大等特點(diǎn)（3）光敏三極管的工作原理。光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏三極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三極管。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過透鏡集中照射在芯片上。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用（1）光敏電阻在自動(dòng)控制照明裝置的應(yīng)用及其電路分析；（2）光敏三極管在光電脈沖轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用及其電路分析。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握光電發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)等原理及其相應(yīng)器件的原理，掌握電荷耦合器件的原理、圖像傳感器、光纖傳感器的主要原理。難點(diǎn)：光電耦合器件的原理、光電傳感器以及光控電路的分析和設(shè)計(jì)。第3章力學(xué)量傳感器定義：將力/壓力等力學(xué)量信號(hào)變成電信號(hào)的裝置稱為力學(xué)量傳感器。力學(xué)傳感器的分類：應(yīng)用普遍的：電阻式、壓電式、電容式、電感式、諧振式、變磁阻式、光纖式等等。傳統(tǒng)的如彈簧：成本低、不需電源，但體積大、笨重、輸出非電量。新的聲表面波壓力傳感器、磁致伸縮型壓力傳感器、電位式壓力傳感器等。發(fā)展方向：正向集成化、數(shù)字化和智能化一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握力學(xué)量傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。深入理解金屬材料和半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)及其相應(yīng)的壓力傳感器的基本原理，如金屬應(yīng)變計(jì)的原理及結(jié)構(gòu)、壓阻式傳感器的基本原理及其結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、集成壓阻式壓力傳感器的原理；熟練掌握壓力傳感器的主要的應(yīng)用電路——電橋電路的基本原理；掌握壓電式傳感器的基本原理和測(cè)量電路及其接口技術(shù)。了解其它幾種壓力傳感器、新型壓電傳感器的原理。二、課程內(nèi)容3.1應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的、能將機(jī)械構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，可分為絲式應(yīng)變計(jì)、箔式應(yīng)變計(jì)和金屬薄膜應(yīng)變計(jì)。3.2壓電式傳感器3.3電容式壓力傳感器3.4電感式壓力傳感器3.5諧振式壓力傳感器3.6新型力學(xué)量傳感器及其發(fā)展三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）金屬應(yīng)變計(jì)的原理及結(jié)構(gòu)；k0為靈敏系數(shù)。基本原理----金屬導(dǎo)體受外力作用時(shí)發(fā)生機(jī)械形變，導(dǎo)致其阻值大小發(fā)生變化的現(xiàn)象即將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬應(yīng)變計(jì)：在彈性元件上粘貼金屬應(yīng)變片的傳感器（2）壓阻式傳感器的基本原理及其結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；?? 壓阻式傳感器是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測(cè)量電路就可得到正?比于力變化的電信號(hào)輸出。壓阻式傳感器用于壓力、拉力、壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ淖兓钠渌锢砹浚ㄈ缫何弧⒓铀俣?、重量、?yīng)變、流量、真空度）的測(cè)量和控制這種傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上，制成硅壓阻芯片，并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線。壓阻式壓力傳感器又稱為固態(tài)壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計(jì)需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測(cè)壓力的。（3）集成壓阻式壓力傳感器的原理；用ISO技術(shù)將半導(dǎo)體材料的敏感芯片封裝在不銹鋼波紋膜片的殼體中，在不銹鋼波紋膜片和芯片之間充有硅油。芯片引線穿過殼體引出并采用密封措施，防止硅油向外泄露或外面的壓力介質(zhì)滲入其中，這樣芯片、硅油、殼體和引線組成壓力傳感器。當(dāng)傳感器處在壓力介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)壓力作用于波紋膜片上使使其中的硅油受壓，硅油將膜片的壓力傳遞給半導(dǎo)體芯片。芯片受壓后使其電阻值發(fā)生變化，電阻信號(hào)通過引線引出。不銹鋼波紋膜片殼體受到壓力并保護(hù)芯片，因而壓阻式壓力傳感器能在有腐蝕性介質(zhì)中感應(yīng)壓力信號(hào)。（4）壓電式傳感器的原理；壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為電的非電物理量。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。（5）其它幾種壓力傳感器；（6）壓力測(cè)量電路的原理及其接口技術(shù)。（7）金屬應(yīng)變片的分類1．絲式應(yīng)變片（回線式和短接式）（1）回線式應(yīng)變片原理：直線金屬絲受單向拉伸時(shí)，每段電阻都增加，總電阻的增加為各段電阻增量之和?？傊瑧?yīng)變片受應(yīng)變時(shí)電阻變化與縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變有關(guān)（2）短接式應(yīng)變片數(shù)根等長(zhǎng)金屬絲平行放置，用直徑比金屬絲大5～10倍鍍銀絲焊接。優(yōu)點(diǎn)：克服了回線式應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。缺點(diǎn)：焊點(diǎn)在沖擊振動(dòng)時(shí)易疲勞破壞。2.箔式應(yīng)變片---很薄的金屬片粘于基片，經(jīng)光刻﹑腐蝕等，接電極，涂覆覆蓋層。優(yōu)點(diǎn)：尺寸準(zhǔn)確，線條均勻，性能穩(wěn)定，散熱好，壽命長(zhǎng)，但K0較低,僅為2～6。3.薄膜應(yīng)變片:薄膜被直接沉積在彈性基底上，光刻形成應(yīng)變計(jì)。優(yōu)點(diǎn):具有無滯后和蠕變、穩(wěn)定性好等，適合于制作高內(nèi)阻、小型化、高精度的力敏器件。四、考核要求1.識(shí)記（1）金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)；應(yīng)變效應(yīng)，金屬導(dǎo)體的電阻值隨著它受力所產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱之為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。（2）半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)；所謂半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。它有以下優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度與精度高；②易于小型化和集成化；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，在幾十萬次疲勞試驗(yàn)后，性能保持不變；④動(dòng)態(tài)特性好，其響應(yīng)頻率為103～105Hz。（3）壓電效應(yīng)、正壓電效應(yīng)、負(fù)壓電效應(yīng)；壓電效應(yīng)：壓電傳感器的轉(zhuǎn)換原理就是壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)：它指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而產(chǎn)生的形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，內(nèi)部電荷的極化會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，去掉外力之后又回到不帶電狀態(tài)。這種沒有外電場(chǎng)，只是因形變產(chǎn)生的極化現(xiàn)象被稱為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)物質(zhì)上施加電場(chǎng)時(shí)，不僅產(chǎn)生極化，同時(shí)還產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變，去掉電場(chǎng)后該物質(zhì)的形變隨之消失。這種把電能變成機(jī)械能的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。（4）壓電材料、壓電晶體；具有壓電效應(yīng)的晶體----壓電晶體，具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)材料----壓電材料。（5）電容式壓力傳感器及其組成；一般由敏感電容器和檢測(cè)電路組成。比壓阻式傳感器有更高的溫度穩(wěn)定性。1.按原理分為兩類：一類：在硅片上取適當(dāng)?shù)木蛭g刻成薄硅膜，與溫度系數(shù)相近的、噴鍍有電極的玻璃板焊接形成。另一類：蝕刻兩個(gè)硅膜片，一敏感膜片，一參考膜片；再按照結(jié)構(gòu)分為有單端式和差動(dòng)式。2.按敏感膜片型式分為：圓型、方型、環(huán)型?；螂p圓型、雙方型、雙環(huán)型。（6）電感式壓力傳感器及其分類；利用電感的電磁感應(yīng)原理將被測(cè)壓力的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感系數(shù)（L）的一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置稱為電感式壓力傳感器，分為自感式和互感式兩種。諧振式壓力傳感器及其分類。利用壓力變化改變物體的諧振頻率，也稱為振動(dòng)式壓力傳感器。按振動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)，可分為振弦式、振動(dòng)筒式、振動(dòng)膜式、音叉式等類型。2.領(lǐng)會(huì) （1）壓力傳感器的主要應(yīng)用電路——電橋電路的基本原理；電橋電路是由四個(gè)二端元件接成四邊形形成的電路結(jié)構(gòu)。各邊稱為電路的橋臂。激勵(lì)源接到橋臂的一個(gè)對(duì)角上，另一對(duì)接電橋的負(fù)載或電橋的輸出檢測(cè)電路。（2）壓電式傳感器的基本原理。壓電式傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器。是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為電的非電物理量。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用壓電式傳感器的測(cè)量電路及其接口技術(shù)。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：熟練掌握壓力傳感器的主要的應(yīng)用電路——電橋電路的基本原理；掌握壓電式傳感器的基本原理和測(cè)量電路及其接口技術(shù)。難點(diǎn)：金屬材料和半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)及其相應(yīng)的壓力傳感器的基本原理；金屬應(yīng)變計(jì)的原理及結(jié)構(gòu)、壓阻式傳感器的基本原理及其結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)。第4章磁敏傳感器通常把能講磁學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器材或裝置稱為磁敏傳感器一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握磁敏傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)掌握半導(dǎo)體的霍爾器件和霍爾集成電路、磁敏二極管、三極管等的工作機(jī)理及其應(yīng)用電路；掌握磁阻效應(yīng)及器件的原理；學(xué)會(huì)磁場(chǎng)的測(cè)量方法、分析幾種實(shí)際應(yīng)用電路的原理，能自行設(shè)計(jì)幾種測(cè)量和控制電路。二、課程內(nèi)容4.1霍爾器件利用霍爾效應(yīng)原理將被測(cè)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)的一種磁敏傳感器稱為霍爾器件，又稱霍爾式傳感器，常分為霍爾元件和霍爾電路。4.2半導(dǎo)體磁阻器件4.3結(jié)型磁敏器件4.4鐵磁性磁敏器件4.5電感式磁傳感器4.6新型磁敏傳感器及其發(fā)展趨勢(shì)三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）霍爾效應(yīng)及器件的原理；霍爾效應(yīng)---若將金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，給垂直磁場(chǎng)方向上通有電流時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)的物理現(xiàn)象。（2）霍爾集成電路的原理及其應(yīng)用電路；在一個(gè)結(jié)晶片中形成有霍爾傳感器及放大并控制其輸出電壓的電路而具有磁場(chǎng)─電氣變換機(jī)能的固態(tài)組件稱為霍爾集成電路。將霍爾元件與放大電路和信號(hào)處理電路集成制造在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，形成霍爾集成傳感器又稱霍爾集成電路，根據(jù)其電功能和霍爾器件工作條件的不同，將霍爾集成傳感器分為開關(guān)型霍爾集成傳感器和線性型霍爾集成傳感器兩種。（兩種分類詳情看教材P154-155）教材P159頁(yè)有16年10月大題的原題（霍爾汽車點(diǎn)火器）（3）磁阻效應(yīng)及器件的原理；指半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。原理上可分為兩種：物理磁阻效應(yīng)、幾何磁阻效應(yīng)當(dāng)矩形半導(dǎo)體受到與電流方向垂直的磁場(chǎng)作用時(shí)，不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，還會(huì)出現(xiàn)半導(dǎo)體電阻率增大即電流密度下降的現(xiàn)象，稱為物理磁阻效應(yīng)在相同磁場(chǎng)作用下，不同幾何形狀的半導(dǎo)體片出現(xiàn)電阻值變化不同的現(xiàn)象稱為幾何磁阻效應(yīng)（4）磁敏三極管的原理；（5）磁場(chǎng)的測(cè)量方法和一些應(yīng)用電路。（6）幾種磁敏電阻的分類以及簡(jiǎn)介一、長(zhǎng)方形磁敏電阻元件二、科賓諾元件-----是最大磁阻效應(yīng)的磁阻結(jié)構(gòu)：中心圓形電極，外沿環(huán)形電極，構(gòu)成一個(gè)電阻器原理：無磁場(chǎng)時(shí)，載流子的運(yùn)動(dòng)路徑是沿徑向的；有磁場(chǎng)時(shí)，兩極間電流會(huì)發(fā)生彎曲使電阻變大。三、柵格型磁敏電阻→高靈敏電阻在長(zhǎng)方形磁阻上沉積n根金屬短路條，分割成寬都b、短路條寬度l’，且l’/b<<1的許多子元件。四、InSb-NiSb共晶磁阻元件---實(shí)用磁阻元件在InSb中摻有的NiSb針狀晶體平行排列、導(dǎo)電性良好，類似柵格金屬條，起UH的短路作用。三種InSb-NiSb共晶材料元件的磁阻效應(yīng)中:未摻雜的InSb-NiSb磁阻元件叫D型，摻入提高溫度穩(wěn)定性的雜質(zhì)成摻雜的InSb-NiSb的磁阻元件叫L、N型。看出:磁阻元件靈敏度較高。四、考核要求1.識(shí)記（1）磁敏傳感器的定義及其分類；通常把能將磁學(xué)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置稱為磁敏傳感器。近年來其產(chǎn)品種類日益增加，按照元你主要由三大類：①利用半導(dǎo)體材料內(nèi)部的載流子（電子、空穴）隨磁場(chǎng)改變運(yùn)動(dòng)方向這一特性制成的傳感器，代表產(chǎn)品有霍爾器件、磁敏電阻、磁敏二極管和磁敏晶體管等②利用電磁感應(yīng)原理制備的磁電式傳感器，主要由電渦流傳感器、磁通門磁強(qiáng)計(jì)，磁柵式傳感器和電感線圈磁頭③金屬膜磁敏電阻、巨磁阻抗傳感器、磁致伸縮和韋甘德（wiegand）以及核磁共振磁強(qiáng)計(jì)、超導(dǎo)量子干涉器件和磁光傳感器等新型傳感器器件（2）霍爾效應(yīng)、霍爾式傳感器及其分類；將半導(dǎo)體置于一個(gè)磁場(chǎng)中，當(dāng)在垂直于磁場(chǎng)的方向通入電流時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此現(xiàn)象是1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。（4）磁阻效應(yīng)、磁敏電阻；指半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。原理上可分為兩種：物理磁阻效應(yīng)、幾何磁阻效應(yīng)（5）結(jié)型磁敏器件及其分類；人們將結(jié)構(gòu)上含有PN結(jié)的磁敏器件稱為結(jié)型磁敏器件，主要指磁敏二極管和磁敏三極管，它們的某些性能對(duì)外磁場(chǎng)非常敏感，且比霍爾元件的靈敏度高可測(cè)量-1e6~10T的磁場(chǎng)（6）電感式磁傳感器及其分類；利用電感的電磁感應(yīng)效應(yīng)制成的傳感器稱為電感式磁傳感器，主要有電渦流磁傳感器和磁通門，都具有磁靈敏度高、頻率響應(yīng)寬、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小使用靈活方便、工作穩(wěn)定可靠和造價(jià)低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)。（7）電渦流效應(yīng)、磁通門現(xiàn)象。電渦流效應(yīng)：當(dāng)成塊的金屬處于變化著的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬導(dǎo)體表面就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流呈閉合回路，類似于水渦流形狀，故稱之為電渦流，此現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)磁通門現(xiàn)象是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)考慮環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)鐵芯的作用時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)中會(huì)出現(xiàn)隨環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度而變化的偶次諧波分量，且當(dāng)鐵芯處于周期性過飽和工作狀態(tài)時(shí)偶次諧波分量顯著增大；即環(huán)境磁場(chǎng)就象是一道門，變壓器通過這道門，相應(yīng)的磁通量就被調(diào)制并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。2.領(lǐng)會(huì) （1）霍爾集成電路的原理；（2）磁敏二極管、三極管的工作原理。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用（1）霍爾集成電路的應(yīng)用電路；（2）磁敏二極管、三極管的應(yīng)用電路。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握半導(dǎo)體的霍爾器件和霍爾集成電路、磁敏二極管、三極管等的工作機(jī)理及其應(yīng)用電路；掌握磁阻效應(yīng)及器件的原理。難點(diǎn)：磁場(chǎng)的測(cè)量方法、分析，設(shè)計(jì)幾種測(cè)量和控制電路。第5章氣敏傳感器能夠把氣體信息變成電信號(hào)的裝置。一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握氣體傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。熟練掌握幾種電阻式尤其TiO2、SnO2氣敏傳感器、非電阻式氣敏傳感器、固體電解質(zhì)傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器的基本原理；了解集成薄、厚膜及復(fù)合型氣敏傳感器、O2和SO2氣敏傳感器的原理；會(huì)分析應(yīng)用電路，能自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的氣體報(bào)警電路。二、課程內(nèi)容5.1概述5.2半導(dǎo)體電阻式氣敏傳感器5.3結(jié)型氣敏傳感器5.4濃差電池式氣敏傳感器5.5接觸燃燒式式氣敏傳感器5.6光學(xué)類式氣敏傳感器5.7氣敏傳感器的應(yīng)用及其發(fā)展三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）表面電阻控制型氣敏傳感器的原理；（2）體電阻控制型氣敏傳感器的原理；（3）非電阻型氣敏傳感器的原理；（4）集成薄、厚膜及復(fù)合型氣敏傳感器；（5）固體電解質(zhì)傳感器；（6）接觸燃燒式氣敏傳感器。四、考核要求1.識(shí)記（1）氣敏傳感器的定義及其分類；定義:能夠把氣體信息變成電信號(hào)的裝置。分類：1.按照原理：電阻式、結(jié)型、濃差電池式、光吸收式等等。2.從構(gòu)成傳感器材料的形態(tài)上分為兩大類：干式氣體傳感器是指利用固體感測(cè)氣體的；濕式氣體傳感器是利用水溶液或電解液與電極感知?dú)怏w的。（2）體電阻控制型氣敏傳感器的原理；將材料的體電阻隨某氣體濃度發(fā)生變化的原件統(tǒng)稱為體電阻控制型氣敏傳感器，目前應(yīng)用最多的主要是氧化鐵、二氧化鈦等半導(dǎo)體氣敏元件；它們通過與氣體反應(yīng)其體組成或價(jià)態(tài)發(fā)生變化，從而使電導(dǎo)率發(fā)生變化中間內(nèi)容為大綱跳過其中包括：結(jié)型氣敏傳感器、濃差電池式氣敏傳感器和接觸燃燒式氣敏傳感器三種（3）光學(xué)類氣體傳感器及其分類。將利用氣體的光學(xué)特性來檢測(cè)氣體成分和濃度的傳感器稱為光學(xué)類氣敏傳感器。根據(jù)具體的光學(xué)原理可分為紅外吸收式、可見光吸收光度式、光干涉式、化學(xué)發(fā)光式和試紙光電光度式、光離子化式等2.領(lǐng)會(huì) （1）SnO2、ZnO、TiO2等表面電阻控制型氣敏傳感器的工作原理；（2）非電阻型氣敏傳感器的原理；（3）固體電解質(zhì)傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器的基本原理。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用礦井瓦斯報(bào)警器等常用電路分析與設(shè)計(jì)。原理：瓦斯探頭由QM—N5型氣敏元件RQ、R1及4V礦燈蓄電池等組成。在使用前預(yù)熱十幾分鐘以避免誤報(bào)警。當(dāng)瓦斯超限時(shí)，RQ減小，RP輸出通過VD加到VT1基極上，VT1導(dǎo)通,VT2和VT3（組成一個(gè)互補(bǔ)式自激多諧振蕩器）開始工作,K吸合礦燈ZD自動(dòng)閃光，銜鐵撞擊鐵芯發(fā)出的“嗒、嗒”聲通過礦帽傳遞給礦工聽見，發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊蜁r(shí)，RP輸出信號(hào)低，VT1截止，VT2、VT3也截止，無報(bào)警。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握幾種電阻式尤其TiO2、SnO2氣敏傳感器、非電阻式氣敏傳感器、固體電解質(zhì)傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器的基本原理。難點(diǎn)：集成薄、厚膜及復(fù)合型氣敏傳感器、O2和SO2氣敏傳感器的原理；應(yīng)用電路的分析和設(shè)計(jì)。第6章濕敏傳感器濕度是氣象觀測(cè)的基本參數(shù)之一，將濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器稱為濕敏傳感器一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握濕敏傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)掌握電阻式半導(dǎo)體陶瓷、電解質(zhì)、電容式濕敏傳感器的基本原理，了解半導(dǎo)體結(jié)型和MOS型、新型和集成型等濕敏傳感器的原理，學(xué)會(huì)濕度的檢測(cè)方法和接口電路，達(dá)到會(huì)用的目的。二、課程內(nèi)容6.1概述6.2濕敏電阻6.3電容式濕敏傳感器6.4光學(xué)濕敏傳感器6.5其他類型濕敏傳感器6.6濕敏傳感器的應(yīng)用及發(fā)展三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）電阻式濕敏傳感器的原理；電阻式濕度傳感器是利用濕敏元件的電氣特性（如電阻值），隨濕度的變化而變化的原理進(jìn)行濕度測(cè)量的傳感器，濕敏元件一般是在絕緣物上浸漬吸濕性物質(zhì)，或者通過蒸發(fā)、涂覆等工藝制備一層金屬、半導(dǎo)體、高分子薄膜和粉末狀顆粒而制作的，在濕敏元件的吸濕和脫濕過程中，水分子分解出的離子H+的傳導(dǎo)狀態(tài)發(fā)生變化，從而使元件的電阻值隨濕度而變化。（2）電容式濕敏傳感器的原理；電容式濕度傳感器，主要由濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。它由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極幾部分組成。兩個(gè)下電極與濕敏材料，上電極構(gòu)成的兩個(gè)電容成串聯(lián)連接。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對(duì)濕度變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，濕敏電容量隨之增大，反之減小(電容量通常在48～56pf間)。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對(duì)應(yīng)于相對(duì)濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1v的線性變化。（3）非電阻型氣敏傳感器的原理；（4）其它類型濕敏傳感器；（5）接口電路。四、考核要求1.識(shí)記（1）濕敏傳感器的定義及其分類；濕度是氣象觀測(cè)的基本參數(shù)之一，將濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置稱為濕敏傳感器。濕敏傳感器種類繁多。按探測(cè)功能可分為絕對(duì)濕度型、相對(duì)濕度型、結(jié)露型濕敏傳感器等；按照材料可分為陶瓷式、有機(jī)高分子式、半導(dǎo)體式、電解質(zhì)式濕敏傳感器等；按照測(cè)量原理可分為電阻式、電容式、光學(xué)濕敏傳感器等；……把濕敏元件及轉(zhuǎn)換電路放在一起稱為集成濕敏傳感器。（2）相對(duì)濕度、絕對(duì)濕度；相對(duì)濕度（RelativeHumidity）----指某T下水蒸氣壓同飽和蒸氣壓的百分比，為:RH=e/eS×100%空氣的絕對(duì)濕度（ρv）----單位體積空氣里所含水蒸氣的質(zhì)量。如待測(cè)空氣是由水蒸氣和干燥空氣組成的理想混合氣體，得出：ρv=eM/RT（3）露（霜）點(diǎn)；隨環(huán)境T降低，水的es逐漸下降，其e與同T下的es差值就越小。當(dāng)下降到某一T0時(shí)，e=es相等，空氣中的水蒸氣將向液相轉(zhuǎn)化而凝結(jié)為露珠，這一特定的溫度被稱為空氣的露點(diǎn)。（4）濕敏電阻的工作原理；濕敏電阻是在基片上覆蓋一層感濕材料膜，當(dāng)感濕膜吸附空氣中的水蒸氣時(shí)電阻值會(huì)發(fā)生變化，通過測(cè)量阻值可以測(cè)量濕度。（5）結(jié)露傳感器；結(jié)露指物體表面溫度低于附近空氣露點(diǎn)溫度時(shí)表面出現(xiàn)冷凝水的現(xiàn)象，檢測(cè)和控制結(jié)露對(duì)電氣設(shè)備的安全和視頻電子產(chǎn)品的質(zhì)量都是非常重要的。結(jié)露傳感器就是能將感受的露點(diǎn)濕度轉(zhuǎn)換成電阻的露點(diǎn)傳感器，只能用來檢測(cè)露點(diǎn)（6）電容式濕敏傳感器及其分類；利用電極間介質(zhì)吸附水蒸氣時(shí)電容量發(fā)生變化制成。按照極間介質(zhì)分為兩大類：1.有機(jī)高分子電容式：醋酸纖維素及衍生物為介質(zhì)，如醋酸丁酸纖維素、聚酰亞胺、硅樹脂。2.陶瓷電容式：用玻璃和陶瓷如BaTiO3-BaSnO2P型半導(dǎo)體多孔陶瓷材料作介質(zhì)。通過控制陶瓷組分的分散性、孔徑、粒度等，改善電容的敏感特性。（7）光學(xué)濕敏傳感器及其分類。利用濕度環(huán)境下媒介層理化性質(zhì)變化引起光傳播諸性質(zhì)（如光的反射系數(shù)、頻率和相位等）的變化來檢測(cè)溫度的傳感器稱為光學(xué)濕敏傳感器，它具有體積小響應(yīng)快、抗電磁干擾、動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，按測(cè)量原理可以分為光敏薄膜式、光纖式、波導(dǎo)式等濕敏傳感器。2.領(lǐng)會(huì) （1）電阻式半導(dǎo)體陶瓷、電解質(zhì)、電容式濕敏傳感器的基本原理；（2）半導(dǎo)體結(jié)型和MOS型、新型和集成型等濕敏傳感器的原理。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用濕度的檢測(cè)方法和接口電路的分析與設(shè)計(jì)。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握電阻式半導(dǎo)體陶瓷、電解質(zhì)、電容式濕敏傳感器的基本原理。難點(diǎn)：半導(dǎo)體結(jié)型和MOS型、新型和集成型等等濕敏傳感器的原理，學(xué)會(huì)濕度的檢測(cè)方法和接口電路。第7章聲波傳感器將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置稱為聲波傳感器一、學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉并掌握聲波傳感器的工作原理和硬件組成結(jié)構(gòu)。了解聲敏傳感器、超聲波傳感器、聲表面波傳感器的基本原理。二、課程內(nèi)容三、考核知識(shí)點(diǎn)（1）聲波傳感傳感器的原理；（2）聲表面波傳感器的原理；（3）聲板波感器的原理；（4）次聲波傳感器的原理；（5）接口電路。四、考核要求1.識(shí)記（1）聲波傳感傳感器及其分類；將在氣體、液體或固體中傳播的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置稱為聲波傳感器，可用非接觸的方法檢出聲波信號(hào)。聲波傳感器的種類很多，根據(jù)測(cè)量原理不同可分為壓電型聲波傳感器、電致伸縮型聲波傳感器、電磁型聲波傳感器、靜電型聲波傳感器和磁致伸縮等（2）聲波的頻率、類型；聲波據(jù)頻率可分為次聲波、可聞聲波（聲音）、超聲波及微波聲波。其中聲音是人耳朵可聽到的聲波，其陣面波達(dá)到人耳時(shí)會(huì)有相應(yīng)的聲音感覺，其頻率16Hz～20kHz；將頻率低于16Hz的聲波稱為次聲波；超過20kHz的聲波稱為超聲波；高于300MHz的因具有微米級(jí)波長(zhǎng)而稱為微波聲波。（3）壓電聲波傳感器的工作原理；利用壓電晶體的壓電效應(yīng)可制成壓電聲波傳感器，其中壓電晶體的一個(gè)極面與膜片相連。當(dāng)聲壓作用在膜片上使其振動(dòng)時(shí)，膜片帶動(dòng)壓電晶體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，使得壓電晶體產(chǎn)生隨聲壓大小變化而變化的電壓，從而完成聲---電轉(zhuǎn)換（4）超聲波換能器及其分類；產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器，或超聲波探頭，根據(jù)原理可分為壓電式換能器，磁致伸縮換能器，電磁式換能器等。（5）磁致伸縮效應(yīng)；將鐵磁物體放在交變的磁場(chǎng)中沿著磁場(chǎng)的方向產(chǎn)生的伸縮現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)，其強(qiáng)弱隨著鐵磁物的不同而不同。鎳的磁致伸縮效應(yīng)最大，且在一切磁場(chǎng)中都是縮短的，如果先加一定的直流磁場(chǎng)再通以交流電流其可工作在特性最好的區(qū)域。（6）聲表面波以及聲表面波傳感器的原理；聲表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）：是指沿傳播介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ穆暡?。根?jù)不同的邊界和介質(zhì)條件SAW可分為：瑞利(Rayleigh)波、樂甫(Love)波、蘭姆(Lamb)波、水平剪切聲表面波(SH-SAW)等4種不同模式。工作原理：（7）次聲波及其特性、次聲波傳感器及其分類；又稱亞聲波，是一種人耳聽不到的聲波，頻率很低在10-4Hz～16Hz間；傳播時(shí)有其特殊性：（1）傳播快。空氣中的傳播速度為每秒300多米，水中傳播每秒可達(dá)1500m左右。（2）傳播距離遠(yuǎn)。衰減很小，大氣中傳播幾km衰減不到萬分之幾分貝，可在空氣、地面等介質(zhì)中傳播很遠(yuǎn)。（3）穿透力強(qiáng)。一般的可聞聲波一堵墻即可擋住；次聲波波長(zhǎng)大，易發(fā)生衍射，能穿透幾十米厚的鋼筋混凝土。次聲波傳感器：指能夠接收次聲波的傳聲器，能把其機(jī)械位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。常用的有：電容、動(dòng)圈式和光纖三種次聲傳感器（8）微波聲波；是指頻率高于109Hz、波長(zhǎng)為微米量級(jí)的聲波，其聲速只有電磁波速的十萬分之一。（9）聽覺傳感器。指具有語音識(shí)別功能的傳感器，它屬于人工智能裝置，是利用語言信息處理技術(shù)制成的。機(jī)器人由聽覺傳感器實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”對(duì)話，不僅能聽懂人講的話，且能講出人能聽懂的語言，賦予機(jī)器人這些智慧的技術(shù)統(tǒng)稱為語音處理系統(tǒng)，包括：語音識(shí)別技術(shù)和語音合成技術(shù)。語音識(shí)別實(shí)質(zhì)上是通過模式識(shí)別技術(shù)識(shí)別輸入聲音的，通常分為特定話者和非特定話者兩種語音識(shí)別方式。2.領(lǐng)會(huì) （1）超聲波傳感器的基本檢測(cè)原理；（2）超聲波物位測(cè)試原理。五、本章重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：聲波傳感器工作原理。難點(diǎn)：檢測(cè)方法和接口電路設(shè)計(jì)。第8章智能傳感器作為拓展了解，不做考核要求。第9章網(wǎng)絡(luò)傳感器作為拓展了解，不做考核要求。Ⅳ關(guān)于大綱的說明與考核實(shí)施要求一、自學(xué)考試大綱的目的和作用《傳感器原理及應(yīng)用》課程自學(xué)考試大綱是根據(jù)專業(yè)自學(xué)考試計(jì)劃的要求，結(jié)合自學(xué)考試的特點(diǎn)而確定。其目的是對(duì)個(gè)人自學(xué)、社會(huì)助學(xué)和課程考試命題進(jìn)行指導(dǎo)和規(guī)定。本課程自學(xué)考試大綱明確了課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容以及深度、廣度，規(guī)定了課程自學(xué)考試的范圍和標(biāo)準(zhǔn)。因此，它是編寫自學(xué)考試教材和輔導(dǎo)書的依據(jù)，是社會(huì)助學(xué)組織進(jìn)行自學(xué)輔導(dǎo)的依據(jù)，是自學(xué)者學(xué)習(xí)教材、掌握課程內(nèi)容知識(shí)范圍和程度的依據(jù)，也是進(jìn)行自學(xué)考試命題的依據(jù)。在自學(xué)本課程之前應(yīng)先通讀大綱，了解課程的內(nèi)容、考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求。明確考核目標(biāo)，使自學(xué)應(yīng)考者有的放矢地系統(tǒng)地學(xué)習(xí)教材；使輔導(dǎo)教師更好地組織教學(xué)內(nèi)容；使命題教師能夠更加明確命題范圍，更準(zhǔn)確地安排試題的知識(shí)能力層次和難易程度。本大綱要求學(xué)習(xí)和掌握的知識(shí)點(diǎn)都可作為考核的內(nèi)容。二、課程自學(xué)考試大綱與教材的關(guān)系課程自學(xué)考試大綱是進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核的依據(jù)，教材是學(xué)習(xí)掌握課程知識(shí)的基本內(nèi)容與范圍，教材的內(nèi)容是大綱所規(guī)定的課程知識(shí)和內(nèi)容的擴(kuò)展與發(fā)揮。課程內(nèi)容在教材中可以體現(xiàn)一定的深度或難度，本大綱中對(duì)考核的要求是按照本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，以及對(duì)考生知識(shí)結(jié)構(gòu)要求和專業(yè)考試計(jì)劃來確定的，深度或難度較適當(dāng)。大綱與教材所體現(xiàn)的課程內(nèi)容應(yīng)基本一致；本大綱的課程內(nèi)容和考核知識(shí)點(diǎn)是與所選教材一致的。所選教材里的部分內(nèi)容，本大綱不作考核要求。（注：其中的內(nèi)容與大綱要求不一致的地方，以大綱規(guī)定為準(zhǔn)。）三、關(guān)于自學(xué)教材自學(xué)教材：《現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用》，物聯(lián)網(wǎng)工程與技術(shù)規(guī)劃教材，張志勇、王雪文等編著，電子工業(yè)出版社，2014年版。四、關(guān)于自學(xué)要求和自學(xué)方法的指導(dǎo)本大綱的課程基本要求是依據(jù)專業(yè)考試計(jì)劃和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內(nèi)容，以及對(duì)基本內(nèi)容掌握的程度?；疽笾械闹R(shí)點(diǎn)構(gòu)成了課程內(nèi)容的主體部分。因此，課程基本內(nèi)容掌握程度、課程考核知識(shí)點(diǎn)是高等教育自學(xué)考試考核的主要內(nèi)容。為有效地指導(dǎo)個(gè)人自學(xué)和社會(huì)助學(xué)，本大綱已指明了課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在章節(jié)的基本要求中一般也指明了章節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本課程共5學(xué)分（含實(shí)踐學(xué)分）。《傳感器原理及應(yīng)用》課程應(yīng)用面較寬，涉及到模擬電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工程技術(shù)的許多方面?？忌谧詫W(xué)時(shí)往往會(huì)感到有一定困難，但自學(xué)能力的培養(yǎng)對(duì)獲取知識(shí)是非常必要的。在自學(xué)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1．根據(jù)考核要求中的四個(gè)能力層次，在全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上掌握重點(diǎn)概念和重點(diǎn)問題，注意各章內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。2．本課程的自學(xué)考試大綱是自學(xué)本課程的主要依據(jù)。在自學(xué)本課程前應(yīng)先通讀大綱，了解課程的要求，獲得課程完整的概貌。在開始自學(xué)某一章時(shí)，先閱讀大綱，了解該章的課程內(nèi)容，考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求，在自學(xué)過程中就有的放矢。3．閱讀教材時(shí)，要求吃透每個(gè)考核知識(shí)點(diǎn)。對(duì)基本概念要做到深刻理解，對(duì)