整理好的传感器范围.doc

传感器(Transducer/Sensor)的定义是：传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换电路组成。传感器的分类按物理现象分类；1结构型（依赖其结构参数变化实现信息转换）：电容传感器2物性型（依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换）：压电效应热电偶。传感器技术发展动向：1新材料、新功能开发应用2微机械加工工艺的发展3传感器的多功能化发展4传感器的智能化发展新型传感效应可分为：光效应 磁效应 力效应 生物效应 化学效应由于被光照射的物体材料不同，所产生的光电效应也不同，通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应 光导效应 光生伏特效应外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等光电导效应：在光辐射作用下，材料的电导率发生变化，这种变化与光辐射强度呈稳定的对应关系，这种现象就是光电导效应，光电导效应属于内光电效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻和反向工作的光敏二极管、光敏三极管。光敏电阻的主要参数及特点没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小；当光敏电阻受到光照时，阻值减小。亮电流与暗电流之差称为光电流。一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。光生伏特效应：当光照射P-N结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子-空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，按一定方向运动，在开路状态下形成电荷积累，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，即光生电压Uoc这就是所谓的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生电压将永远存在。光生电压Uoc的大小与P-N结的性质及光照度有关。基于这种效应的光电器件有光电池。自动干手器JMJ112V2A51KL39K470uf自动干手器原理：手放入干手器时，手遮住灯泡发出的光，光电池不受光照，晶体管基极正偏而导通，继电器吸合。风机和电热丝通电，热风吹出烘手。手干抽出后，灯泡发出光直接照射到光电池上，产生光生电动势，使三极管基射极反偏而截止，继电器释放，从而切断风机和电热丝的电源。光耦特点：1强弱电隔离。输入输出极之间绝缘电阻很高。耐压达2000V以上。能避免输出端对输入端地线等的干扰。2对系统内部噪声有很强的抑制作用。发光二极管为电流驱动元件，动态电阻很小，对系统内部的噪声有旁路作用。（滤除噪声） SSPD主要由三部分组成：（1）N位完全相同的光电二极管数组 （2）N个多路开关（3）N位数字移位缓存器CCD的物理基础：CCD是一种基于MOS的器件，与普通MOS不同的是，CCD的MOS不是工作在半导体表面的反型层状态，而是利用在电极下氧化物半导体界面形成的深耗尽层工作的，即CCD是基于非稳态的MOS电容器器件。这个地方可能有计算题（详情见课本P60-P61）CCD的基本工作原理：CCD是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成。它的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。因此，CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。电荷转移效率是表征CCD器件性能好坏的一个重要参数，如果上一极中原有的信号电荷量为Q0，转移到下一个电极下的信号电荷量为Q1，两者的比值称为转移效率，即： 在电荷转移过程中，没有被转移的电荷量设为Q，则Q与原信号的比称为转移损失率，即：如果转移n个电极后，剩下的信号电荷量为Qn，则总转移效率为光纤传感原理：光纤传感器是将光源入射的光束经由光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长(颜色)、频率、相位、偏振态等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光敏器件、解调器而获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再出射，其中，光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用按传感原理分为:1传光型光纤传感器:光纤仅作为传播光的介质，在传感器中仅起传光的作用，对外界信息的“感觉”功能是依靠对光的性质加以调制的调制器来完成的（非功能型光纤传感器) 2传感型光纤传感器:它利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤作为传感元件，是将“传光”和感知”合为一体的传感器。（功能型光纤传感器） 沿某一方向(如x方向)传播的光波可以用平面波的波动方程表示，即k为空间频率光具有基本特性参量:(1)幅值A：光的振幅A决定了光的强度，光强度的极大值就是A2 (2)振动方向：由于振幅A是一个矢量，所以存在振动方向，通常称作偏振方向。(3)频率：为光的角频率。在环境因素保持不变的条件下，光不论在什么介质中传播，其频率总是不变的。光波频率的外部特征就是光的颜色。 (4)波长：同样的光波，在不同折射率的介质中光的波长是不相等的。(5)初始相位：初始相位反映了光波的光程。波片是用各向异性透明材料按一定方式切割的、具有一定厚度的平行平板。当垂直入射的线偏振光进入波片后，分解为O光(寻常光）和E光（非常光，不遵守折射定律），它们的光矢量相互垂直且方向一致，但传播速度不同。这样，光通过波片后，O光和E光将产生一定的相位差。设波片的厚度为d，O和E光的光程差为 相位差为 这样两束光矢量互相垂直且有一定相位差的线偏振光，叠加结果一般为椭圆偏振光，椭圆的形状、方位、旋转方向均随相位差而改变。光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹。检偏器旋转一周，光强两强两弱如果波片产生的光程差为：。m为整数这样的波片称为1/4波片。当入射的线偏振光的矢量与波片产生的E光(或O光)的光矢量成正负45度角时，通过1/4波片后得到圆偏振光。反之，1/4波片能将偏振光或椭圆偏振光变成线偏振光。所谓1/4波片、半波片或全波片都是针对某一特定波长而言的。波片只能产生固定的相位差，如果需要产生连续改变的相位差则需要采用补偿器。 （布儒斯特角）详情见课本P89克尔电光效应：当一束单色光入射到各向同性介质表面时，它的折射光只有一束光，但当一束光入射到各向异性介质表面时，一般产生两束折射光，这种现象称为双折射。双折射得到的两束光中一束总是遵守折射定律，这束光称为寻常光（O光），另一束不遵守折射定律，称为非常光（E光）。集成压敏传感器：集成压敏传感器依照敏感元件的不同可分为两类，硅电容式集成压敏传感器和扩散硅集成压敏传感器，前者的敏感元件是电容式压敏元件、后者采用的是电阻式压敏元件。本节将分别加以介绍。 硅电容式集成传感器：硅电容式集成传感器由硅压力敏感电容器、转换电路和辅助电路三部分构成，其中压力敏感的电容器是核心部件，敏感电容器所传感的电容量信号经转换电路转换成电压信号，再由后继信号调理电路处理后输出AD590基本应用电路：图是AD590的封装形式和测量热力学温度的基本应用电路。D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量，从而推动执行机构工作，以控制被控实体的工作过程。这就需要D/A转换器的输出模拟量Vout能随输入数字量B正比的变化，以便输出模拟量能直接反映数字量的大小，即有如下关系：Vout=BVR式中，VR为常量，由参考电压VREF决定；B为数字量，常为一个二进制数，其位数通常为8位或12位，由D/A转换器芯片型号决定。B为n位时的通式为：B= bn-1 bn-2b1 b0= bn-12n-1+ bn-22n-