传感器复习提纲

1、传感器复习一 绪论：传感器的概念：能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的组成：传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感元件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。传感器的特征参数：l 被测量传感器输入量，是传感器命名和分类的重要依据。l 输出量含有原始信号，且为便于接收与处理的信号形式传感器的分类：1、 按传感器输入量（用途）分类如：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感器、粘度传感器、浓度传

2、感器、。 2、 按传感器工作机理分类（1）物性型传感器是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量的传感器。如：各种压电晶体传感器。（2）结构型传感器是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被测量转换为电量。如：气隙型电感式传感器（3）化学传感器是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。（4）生物传感器是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器。近年来发展很快。3、 按传感器信号变换方式分类根据传感器输出信号是模拟量或是数字量，可将信号变换分为两大类。模拟变换：输入为模拟量，输出为模拟量。数字变换：输入为

3、模拟量，输出为数字量。4、 按信息能量变换方式分类（1）能量变换型：传感器从被测对象中获取能量，用于直接输出。如：热电偶、光电池、压电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等。（2）能量控制型：传感器从被测对象中获取能量，用于控制激励源，故又称有源型传感器。如：电阻式、电感式、电容式、霍尔式、。传感器的基本特性：1、 传感器的静态特性、 线性度（静态特性的一般数学模型）：指输入输出的数量关系的线性程度。输入输出课分为线性特性和非线性特性。可用一个多项式表示：拟合方法：理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合、最小二乘拟合、 灵敏度（静态灵敏度）：传感器在稳定工作时输出量与输入量的比值。

4、、 滞后性：在相同工作条件下进行全测量范围时正行程和反行程输出的不重合程度。、 重复性：用于描述在统一工作条件下输入量按同一方向在全量程内连续多次重复测量所得特性曲线的不一致性（波动性）、 分辨率：描述传感器可以感受到的被测量最小变化的能力。XmaxYFS×100%、 温度漂移：温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。、 零点漂移：传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即为零点飘移，用百分比表示：2、 传感器的动态特性、 阶跃响应一阶传感器的阶跃响应 其中，为时间常数。二阶传感器的阶跃响应二阶系统分欠阻尼系统（<1）、过阻尼

5、系统（1）和临界阻尼系统（1），一般传感器为欠阻尼系统，值一般在0.7左右，其响应为、 频率响应：指在一系列不同频率的正弦信号的作用下，传感器的输出特性，分幅频特性和相频特性。一阶系统的频率响应函数幅频特性相频特性 二阶系统的频率响应函数幅频特性相频特性频域不失真测试条件是：幅频特性为一条与横坐标平行的水平直线，相频特性为一条过原点的具有负斜率的斜直线传感器的标定：传感器的标定，是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。同时确定出不同使用条件下的误差关系。传感器的标定分静态标定和动态标定两种。静态标定主要于检验、测试传感器的静态特性指标，如静态灵敏度、线性度、迟滞、重复性等；动态标定主要用

6、于检验、测试传感器的动态特性指标，如动态灵敏度、频率响应等。二 温敏传感器：基本概念：温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加以测量, 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换, 以及物体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。用来度量物体温度数值的温度标尺称为温标。温标就是温度的数值表示。温敏传感器的分类：接触式测量是通过测温元件与被测物体接触而感知物体的温度。技术成熟，传感器种类多，选择余地大，测量系统简单，测量精度高；缺点是测量温度不很高，对被测温度场有影响。非接触式测量是接收被测物体发出的辐射来得知物体的温度。测量温度上限不受感温元件耐热程度的限制，因而测量最高温度原则上

7、没有限制。测温时不需与被测物体进行导热交换，因此不会对被测物体的温度场受到影响，测量快；可对运动物体进行温度测量。缺点是测量误差较大。热电偶传感器：利用热电效应将温度变化转换为电势1) 结构简单(两根焊接在一起不同金属丝)；2) 精度高(铂铑10铂，t600度时，误差为±2.4度)；3) 有一定热惯性(惰性级别为,上升63.2%所需时间20ms)；4) 存在传热误差；5) 受冷端温度(环境温度)影响。热电效应：含义：两种不同导体A和B串接成一闭合回路，如果两结合点1和2出现温差，则在回路中就有电流产生，这种现象称为热电效应。热电偶的总电势=接触电势+温差电势在总热电势中, 温差电势比

8、接触电势小很多, 可忽略不计, 热电偶的热电势可表示为AB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0) 对于已选定的热电偶, 当参考端温度T0恒定时,EAB(T0) =C 为常数, 则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系, 即： EAB(T, T0)=EAB(T) - C = f(T)热电偶基本定律：（1）均质定律由同一种均质导体组成的闭合回路，由于材料相同，不会产生接触电势；而产生的温差电势，因上、下回路的电势相等，方向相反，故温差电势之和为零。这条定理说明, 热电偶必须由两种不同性质的均质材料构成。（2）中间导体定律 在热电偶回路中，只要中间导体两端温度相等，接入中间导体后，对热电偶回路

9、的总电势没有影响。EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) （3）中间温度定律在热电偶回路中，如果热电偶分别与热电极A、B相连接，接点温度分别为：T、Tn、T0，则总热电势为相应热电势之和： （4）标准电极定律两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶如果A、C和B、C热电偶的热电动势已知、那么这两种导体A、B组成的热电偶产生的电动势可由下式求得热电偶的结构：热电偶结构简单，由热电极金属材料丝、绝缘材料、保护材料及接线部分组成，热电偶的感受部分是工作端结点，结点是焊接而成。热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。热电偶冷端温度误差及其补偿：1）冷端

10、恒温法热电偶的分度表是在冷端温度为0度的条件下测得的，如果冷端温度不为0，但保持恒定不变，则可下式修正。2）修正系数法t为测点温度，t1为仪表指示温度，tn为环境温度，k为修正系数。3）补偿导线法如果B、Q的性质相同如果A、P的性质相同则4）冷端温度自动补偿(电桥补偿法)在实际应用中，冷端温度随环境而变化的，不可能保持恒定，此时须加接冷端温度自动补偿器。桥的一臂为铜电阻，阻值随温度升高而变大，使电桥不平衡，产生一不平衡电流，如果该电流与热电偶冷端温度变化产生的热电势大小相等、方向相反，由相互抵消，达到自补偿的作用。设计时，使电桥在20度时处于平衡。实际电势为5）PN 结冷端温度补偿法：PN 结

11、在-100+100 oC范围内，其端电压与温度有较理想的线性关系。将具有PN 结的二极管接入测量回路，其端电压由电位器分压而得，二极管的温度与冷端的相同，因温度变化产生的补偿电压U与冷端温度变化引起的热电势大小成比例，方向相反。则回路总的热电势为式中：UAIRt ,是随环境温度Tn的变化而变化的；故UA=EAB(Tn,T0)，起补偿环境温度影响作用。所以电阻型温度传感器：电阻型传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。电阻型传感器分为金属热电阻和半导体热电阻两大类, 一般把金属热电阻称为热电阻, 而把半导体热电阻称为热敏电阻热电阻材料特点：电阻温度系数要尽可能大，且稳定

12、；（灵敏度高）电阻率要高；（体积小，反应快）比热小，亦即热惯性小；电阻值随温度变化关系最好是线性关系；（精度高）在较宽的测量范围内具有稳定的物理化学性质；良好的工艺性，即特性的复现性好，便于批量生产。 常用材料：纯金属 -铂、铜、镍、铁电阻和温度的关系式中：Rt、R0分别为热电阻在t 和t0 时的电阻值；为热电阻的电阻温度系数（1/）；t为被测温度（）。铂电阻特性 在高温和氧化介质中性能极为稳定，易于提纯，工艺性好；使用温度范围为-200+850。输入输出特性接近线性；测量精度高：<0: ±1、0100: ±0.5、100650: ±0.5%贵重金属，成本较

13、高。应用：标准温度计，高精度工业测温，高低温测试。铜电阻特性输出一输入特性近似线性。工艺性好，价格便宜。电阻率小，仅为铂的1/6，故体积大，热惯性大。当温度高于100 时，易氧化、测量范围小，不适于在腐蚀性介质或高温下工作。金属热电阻的结构工业用热电阻由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒等部分组成。电阻体由电阻丝和电阻支架组成。用热电阻传感器进行测温时, 测量电路经常采用电桥电路。其它低温热电阻：铟热电阻、锰热电阻、碳热电阻。基本测量电路电桥电路v 平衡条件：Z1/Z4=Z2/Z3 或 Z1Z3=Z2Z4热敏电阻：热敏电阻主要特点电阻温度系数大，灵敏度高。通常温度变化1， 阻值变化1%6%

14、，电阻温度系数绝对值比一般金属电阻大10100倍。结构简单，体积小。珠形热敏电阻探头的最小尺寸为0.2mm，能测量热电偶和其他温度传感器无法测量的空隙、腔体、内孔等处的点温度。如人体血管内温度等。电阻率高，热惯性小，不像热电偶需要冷端补偿，适宜动态测量。使用方便。热敏电阻阻值范围在10105之间可任意挑选，不必考虑线路引线电阻和接线方式，容易实现远距离测量，功耗小。阻值与温度变化呈非线性关系。稳定性和互换性较差。热敏电阻分类 陶瓷热敏电阻：用某种金属氧化物为基体原料，加入一些添加剂，采用陶瓷工艺制作的具有半导体特性的电阻器。分为PTC、NTC、CTR三种半导体热敏电阻：包括纯半导体材料和杂质半

15、导体材料热敏电阻。如硅电阻等。热敏电阻工作原理：半导体导电是靠载流子的定向移动。其数目比原子的数目小几千到几万倍，温度增加，价电子获得热能激发，摆脱核束缚成为载流子，所以载流子数目增加，电阻值下降。热敏电阻特性参数标称电阻值（R25)： RT=R25 1+25(t-25) 电阻温度系数：时间常数（）：变化到63%所需的时间额定功率（PE)：长期工作所允许的最大耗散功率陶瓷半导体热敏电阻正温度系数热敏电阻(PTC)负温度系数热敏电阻(NTC)临界温度系数热敏电阻(CTR) 负温临界热敏电阻(CTR)可用控温、报警及无触点开关等场合开关温度Tc：电阻值下降到某一规定值时，对应的温度。该电阻规定值称

16、为开关电阻Rc。经验公式：Rc=(Rh+Rl)1/2半导体热电阻温度传感器工作原理半导体材料的电阻率对温度非常敏感，虽然对半导体器件的可靠性会产生不利影响，但却利用其电阻率随温度变化的特性制作成温度传感器。对于纯半导体材料，电阻率主要由本征载流子浓度决定。本征半导体电阻率随温度增加而单调地下降，这是半导体热电阻区别于金属热电阻的一个重要特征。对于杂质半导体，载流子浓度受杂质电离和本征激发两个因素影响，有电离杂质散射和晶格散射两种散射机构，因而电阻率随温度的变化关系更为复杂。半导体pn结型温度传感器温敏二极管测温原理：PN结的正向压降VVD与温度T在一定条件下，近似地为线性关系温敏三极管基本原理

17、：研究表明：晶体管发射结上的正向电压随温度上升而近似成线性下降，这种特性与二极管十分相似，且晶体管表现出比二极管更好的线性和互换性。集成温度传感器：集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流电压特性与温度的关系, 把感温PN结及有关电子线路集成在一个小硅片上, 构成一个小型化、一体化的专用集成电路片。 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点, 由于PN结受耐热性能和特性范围的限制, 它只能用来测150以下的温度。 温敏晶闸管工作原理：晶闸管的结构可看作一个PNP晶体管和一个NPN晶体管组合而成。PNP晶体管的集电极总是与NPN晶体管的基区连在一起。三 力敏传感器：应变式电阻传感器原

18、理应变效应：当导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其电阻值变化，这种因形变而使电阻值发生变化的现象称为应变效应。一根金属电阻丝, 在其未受力时, 原始电阻值为R= 电阻丝的电阻率; L电阻丝的长度; S电阻丝的截面积。 金属丝截面积S=4r2（r为金属丝的半径），则ds=2rdr 。有： ，为金属丝半径的相对变化，称为径向应变 泊松定理： 为金属材料的泊松比可得通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数Ks。可得灵敏系数受两个因素影响: 受力后材料几何尺寸的变化, 即（1+2）; 受力后材料的电阻率发生的变化, 即（d/）/。 对金属材料电阻丝来说,大量实验证明, 在

19、电阻丝拉伸极限内, 电阻的相对变化与应变成正比, 即Ks为常数。即金属电阻应变片的分类1. 丝式应变片（两种）回线式应变片、短接式应变片 2.箔式应变片3.薄膜应变片金属电阻应变片的参数1. 应变片电阻值 R2. 灵敏系数K 传感器灵敏度系数K小于电阻丝灵敏系数Ks原因：胶层的影响，敏感栅半圆弧部分的横向效应3. 机械滞后zj应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载特性不重合，即为机械滞后。原因：应变片在承受机械应变后的残余变形，使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，敏感栅受到的不适当的变形或粘结剂固化不充分等。4. 横向效应及横向效应系数H5. 零漂P和蠕变零漂

20、对于粘贴好的应变片，当温度恒定时，不承受应变时，其电阻值随时间增加而变化的特性，称为应变片的零点漂移。原因：敏感栅通电后的温度效应；应变片的内应力逐渐变化；粘结剂固化不充分等。蠕变在一定温度下应变片承受恒定的机械应变时，电阻值随时间增加而变化的特性称为蠕变。一般蠕变的方向与原应变量的方向相反。原因：胶层之间发生“滑动”，使力传到敏感栅的应变量逐渐减少。6. 绝缘电阻 金属电阻应变片温度误差及其补偿温度误差:应变片的阻值受温度影响很大原因：电阻丝本身的温度系数t的影响；被测物体线膨胀系数e与电阻丝的线膨胀系数g不同。补偿a) 单丝自补偿应变片b) 双丝自补偿应变片c) 电桥补偿法半导体应变片按照

21、材料类型分为P型硅应变片、N型硅应变片、P-N互补型应变片；按照特性分为灵敏系数补偿型应变片和非线性补偿应变片；以材料的化学成分分为硅、锗、锑化铟、磷化嫁、磷化铟等应变片；按结构分类包括：体型应变片扩散型应变片薄膜型半导体应变计。半导体应变片的工作原理半导体应变片是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，直接作为敏感元件而制成的传感器，利用压阻效应实现物理量到电量的转换。优点：灵敏度高，横向效应小，滞后和蠕变小。缺点：温度稳定性差，非线性较大。压阻效应沿半导体的某一轴向施加一定的载荷而产生应变时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。电阻应变式传感器应用柱（筒）式力传感器轴向应变

22、：=ll=E=FSE 横向应变：=-E环式力传感器悬臂梁式力传感器 等截面梁 等强度梁压电式力传感器压电效应：某些电介质在受到一定方向的外力作用下发生形变时，内部会产生极化现象，同时在其表面会产生电荷，且所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应：将压电材料置于电场，会发生变形，即所谓电致伸缩效应。力沿光轴(Z轴)作用时，不产生压电效应；力沿电轴(X轴)作用时，产生的压电效应称纵向压电效应；力沿机械轴(Y轴)作用时，产生的压电效应称横向压电效应主要的压电材料有：石英晶体（天然的）和压电陶瓷（人工制造的）。石英晶体的突出优点是性能非常稳定，机械强度高，绝缘性能好。石英材料价格相对昂贵，一般多用

23、于标准仪器。压电陶瓷最大的优点是具有很高的压电系数，因此在压电传感器中得到广泛应用压电材料的主要特性参数 压电常数：是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出灵敏度。弹性常数：压电材料的弹性常数决定着压电器件的固有频率和动态特性。介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关，而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。机电耦合系数：它定义为：在压电效应中，转换输出的能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根。它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。电阻压电材料的绝缘电阻：它将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。居里点：即压电材料开始丧失压电性的温

24、度。主要公式： or Ca=r0sA 极板面积（m2）； r 压电晶体的相对介电常数（石英晶体为4.58）0真空介电常数 压电元件厚度压电传感器的等效电路：它可以等效于一个电荷源q 与一个电容器Ca 的并联电路。又可将传感器等效于一个电压源Ua与一个电容器Ca串联 压电传感器的测量电路与压电传感器配套的放大器有两种： (1)、电荷放大器：它是一个具有深度负反馈的高增益放大器。可以改善压电式传感器的低频特性。 (2)、电压放大器：阻抗变换器可以把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，保持输入电压与输出电压成正比。测量电路两个最基本的作用： 高输出阻抗变换为低输出阻抗； 对压电传感器的微弱

25、输出信号进行放大。电容式力传感器 电容式传感器的特点温度稳定性好结构简单，适应性强 动态响应好 输出阻抗高，负载能力差 寄生电容影响大主要公式：A为两极板间的有效覆盖面积；d 为两极板间的距离；为两极板间介质的介电常数；r为介质的相对介电常数；0为真空的介电常数 典型的电容传感器三类变面积（A）型：改变两极板间的有效覆盖面积来获得电容量的变化：角位移式、直线位移式、圆柱直线位移式 变介质介电常数()：平板式、圆筒式变极板间距（d）型电容式压力传感器压力有几种不同表示方法绝对压力 指作用于物体表面积上的全部压力, 其零点以绝对真空为基准, 又称总压力或全压力, 一般用大写符号P表示大气压力 指地

26、球表面上的空气柱重量所产生的压力, 以P0表示。表压力 绝对压力与大气压力之差, 一般用p表示。测压仪表一般指示的压力都是表压力, 表压力又称相对压力。当绝对压力小于大气压力, 则表压力为负压, 负压又可用真空度表示, 负压的绝对值称为真空度。如测炉膛和烟道气的压力均是负压。差压 任意两个压力之差称为差压。 如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流量的大小。由于差动式结构具有较强的抗干扰能力，误差小，灵敏度高等特点，所以电容式传感器常常采用差动式结构电感式压力传感器自感式传感器 ：气隙型和螺管型差动变压器式传感器电涡流式传感器电感式传感器具有以下特点： 结构简单、可靠

27、，测量力小。灵敏度和分辨力高。能测出0.1m甚至更小的机械位移；输出信号强，电压灵敏度可达每毫米数百毫伏。重复性好，线性度优良。在几十微米到数百毫米的位移范围内，传感器的非线性误差可做到0.05%0.1%，输出特性的线性度较好，且比较稳定。能实现远距离传输、记录、显示和控制。响应频率低，不宜于高频动态测量。四 磁敏传感器：霍尔元件半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔效应是半导体中自由电荷受到磁场中洛仑兹力而产生的。主要公式其中RH称为霍尔系数。UH霍尔电压UH=KHIB 霍尔传感器的灵敏度是在单

28、位磁感应强度B=1和单位控制电流I=1作用下，所产生的霍尔电势RH = 为电子迁移率；为材料的电阻率金属材料和绝缘材料不适合用于制作霍尔元件霍尔元件越薄（即d越小），霍尔传感器的灵敏度KH越高。但过薄的元件会使输入、输出电阻增大霍尔元件基本特性额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10温升时，对应的控制电流值。最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值。输入电阻Ri控制电极之间的电阻值；输出电阻Ro霍尔电极之间的电阻不等位电势UO和不等位电阻rO：额定控制电流I之下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍尔电势称为不平衡电势UO。不平衡电势和额定控制电流I之比为不平

29、衡电阻ro。 寄生直流电势：霍尔元件零位误差的一部分当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势。原因：1. 控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效应。 2. 两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势。霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和控制电流下，温度变化1时，霍尔电势变化的百分率，称霍尔温度系数，单位：1。控制电流灵敏度KIUH/I霍尔输出电势与直流控制电压之间的关系：UH与电压V成正比，与元件几何宽长比B/l成正比。这与几何因子的变化趋势相反。霍尔输出与磁场(恒定或交变)之间的关系(即UHB特性) 当B<0.5T(即5

30、000Gs)时，呈现较好的线性元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系(即R一B特性) 霍尔元件的内阻随磁场强度的增加而增加，即存在所谓磁阻效应基本测量电路霍尔器件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电势一般在毫伏量级，实际使用时必须加差分放大器，霍尔元件可分为线性测量和开关状态两种使用方式。当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度较低、不等位电势小、稳定性和线性区优良的霍尔元件。 开关电路霍尔元件的测量误差和补偿方法测量误差：零位误差、温度误差原因：一是半导体固有特性； 一为半导体制造工艺的缺陷。零位误差：是霍尔元件在加控制电流但不加外磁场时，出现的霍尔电势称为零位误差。原因：由制造霍尔元件的工艺

31、问题造成，使元件两侧的电极难于焊在同一等电位上。补偿方法：分析电阻的方法，使用电桥。温度误差：霍尔元件的内阻（输入、输出电阻）随温度变化。原 因：由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流于浓度等都会随温度变化而变化。补偿方法： 利用输出回路的并联温敏电阻进行补偿 利用输入回路的串联电阻进行补偿霍尔元件输入电阻温度补偿霍尔元件灵敏系数KH补偿：热敏电阻补偿、双霍尔元件补偿霍尔元件输出电阻温度补偿霍尔集成电路应用开关型霍尔集成传感器、霍尔线性集成传感器结型磁敏器件磁敏二极管磁敏二极管的工作原理利用半导体中载流子的复合作用为机理制成。当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从P区通过

32、I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流。只有少量电子和空穴在I区复合掉。当磁敏二极管受到外界磁场B+（正向磁场）作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面I区快，因此，形成的电流因复合速度增快而减小。当磁敏二极管受到外界磁场B-（反向磁场）作用时，电子、空穴受到洛仑兹力作用而向I区偏移，由于电子与空穴的复合率明显变小，则电流变大。利用磁敏二极管在磁场强度的变化下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换。 磁敏二极管的主要特征伏安特性：负阻现象磁电特性：输出电压变化量与外加磁场间的关系。温度特性：输出电压量随温度变化的规律频率特性：磁灵敏度磁敏

33、二极管的温度补偿电路互补式温度补偿电路：选择两只性能相近的磁敏二极管，按相反极性组合，即将它们面对面差分式电路：差分电路不仅能很好地实现温度补偿、提高灵敏度，而且还可以弥补互补电路的不足全桥电路：全桥电路是将两个互补电路并联而成。输出电压是差分电路的两倍。由于要选择四只性能相同的磁敏二极管，因此，给使用带来一定困难。热敏电阻补偿电路：利用热敏电阻随温度的变化，使分压系数不变，成本较低，常用。磁敏三极管磁敏三极管的工作原理未加磁场时，由于基区宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载流子通过eIb，形成基极电流；少数载流子输入到c极。因而形成了基极电流大于集电极电流的情况，使加B+磁场时，由于磁场的作

34、用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电极电流显著下降。加B-磁场时，当反向磁场作用时，在其作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化，这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。磁敏三极管的主要特征伏安特性磁电特性温度特性频率特性：对交变磁场的频率响应特性为10kHz磁敏三极管和二极管的应用磁场探测仪、可非接触的测量导线的电流、可以做成转速传感器五 光敏传感器：光是指频率为1011Hz-1017Hz的电磁波光通量：在光度学，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。它

35、描述的是光源的有效辐射量。光电效应传感器光电效应方程式：式中: h普朗克常数； 光的频率； m电子质量； v电子逸出速度； A电子逸出功。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象。光电子产生的条件是： (即:光子能量逸出功)由于为常数，要满足上述条件，必须是频率有足够大，每一种物体都有一个对应的频率阈值，称为红限频率（或波长限）。外光电效应的光电器件:光电管、光电倍增管内光电效应光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从健合状态（一种平衡状态）过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。产生光电导效应的条件是：光子能量h必须大于半导体材料的禁带宽度光生伏特效应：在光线

36、作用下，半导体物体产生一定方向的电动势。(1) 结光电效应（势垒效应）:光线照射半导体结 (结)时，所产生的光电动势。(2) 侧向光电效应:半导体器件受光照不均匀时，由于载流子浓度不同而产生光电动势。外光电效应及器件光电管：在一个真空的玻璃泡内装有两个电极，光电阴极和阳极，阴极发射电子，阳极吸收电子。阴极发射电子的条件：入射光的频率足够大，即具有适当短的波长。测量电路充气光电二极管：充入惰性气体可起到电子倍增的效应光电倍增管：由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。倍增极上外加工作电压，在受光照时，倍增极在受到一定数量的电子轰击后，能发射出更多的电子，“二次电子”，从而获得大的输出电流。一般为

37、1214级，多达30级。分类：1.直线瓦片式倍增系统（聚焦型）、2.圆环瓦片式倍增系统（聚焦型）3.盒栅式倍增系统（非聚焦型）4.百叶窗式倍增系统（非聚焦型）内光电效应（光电导）及器件光电导效应：光敏电阻光敏电阻的主要参数： 暗电阻、暗电流：在室温条件下，全暗时测得的电阻和电流。亮电阻、亮电流：光敏电阻在某一光照下测得的电阻和电流。暗电阻越大，亮电阻越小性能越好。光照特性：光电流I与光通量L的关系，即灵敏度（有时也用照度电阻特性来表示灵敏度）。、光谱特性：光电流I与入射光波长的关系伏安特性：光电流与外加工作电压的关系。在一定照度下光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。频率特性：响应时间 光

38、敏电阻的阻值，在入射光改变时，要经一定时间后才能达到新的稳定值，其频率特性较差。稳定性：新制成的光敏电阻，其阻值是不稳定的，经一定时间的老化后，达到一个稳定值，以后就不再改变。光敏电阻的使用寿命很长温度特性：光敏电阻受温度的影响较大，随着温度的升高灵敏度有显著下降 。光生伏特效应：光电池光生伏特效应：光敏管固态图像传感器CCD由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成，具有光电转换、信息储存、延时和将电信号按顺序传输的功能。基本原理三相控制实现电荷的定向转移线性CCD传感器：一列光敏元件与一列CCD并行对应，双行结构面型CCD传感器：由感光区、信号储存区和输出转移区组成。CCD图像器件在既无光注入又

39、无电注入情况下的输出信号称为暗电流。暗电流的根本起因在于半导体的热激发。首先是由于耗尽区内产生复合中心的热激发；其次是耗尽区边缘的少数载流子(电子)热扩散。由于工艺过程不完善及材料不均匀等因素影响，CCD中暗电流密度的分布是不均匀的。所以，通常以平均暗电流密度来表征暗电流大小。一般CCD的平均暗电流密度为每平方厘米几到几十纳安。暗电流的存在，限制了CCD驱动频率的下限。另外，光敏区的暗电流也与光信号电荷一样，在各种光敏单元中积分，形成一个暗信号图像，叠加到光信号图像上，引起固定图像噪声。尤其当器件存在个别暗电流尖峰时，将在一幅清晰完整的图像上产生某些“亮条”或“亮点”。CCD的噪声源可归纳为三

40、类，散粒噪声、转移噪声及热噪声。(1).散粒噪声：光子的散粒噪声是CCD图像器件固有的。它起源于光子流的随机性，决定了器件的噪声极限值。但它不会限制器件的动态范围。(2).转移噪声：转移损失及界面态俘获是引起转移噪声的根本原因。转移噪声具有积累性和相关性两个特点。所谓积累性是指转移噪声在转移过程中逐次积累起来的，转移噪声的均方值与转移次数成正比。所谓相关性是指相邻电荷包的转移噪声是相关的。（3）热噪声：它是信号电荷注入及电荷检出时产生的。信号电荷注入回路及信号电荷检出时的复位回路均可等效为RC回路，从而造成热噪声。 CCD图像传感器的特性参数分辨能力：是指图像传感器分辨图像细节的能力，它是图像传感器的重要参数。空间