1、传感器：（广义）传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 （狭义）能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 （国家标准）能够感受规定的被测量并按照一定的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元件组成。静态特性重要指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、阈值、分辨力和漂移。线性度：通常,测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度,重复性：重复性表示传感器在同一工作条件下,被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时,所得输出值（所得校准曲线）的一致程度。迟滞表明传感器在正（输入量增大） 、反（输入量减小）行程期间
2、,输出-输入曲线不重合的程度。精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量之比,用 k 来表示。阈值：当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时,只有在达到了某一最小值后才测得出输出变化,这个最小值就称为传感器的阈值。分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时,只有在超过某一输入增量后输出才显示有变化,这个输入增量称为传感器的分辨力。漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要性能指标。热释电效应:当一些晶体受热时 ,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化而产生的电极化现象,称为热释电效应灵敏系数（k）：灵敏系数 k 是应变片的重要
3、参数。k 值误差的大小也是衡量应变片质量的重要标志。 机械滞后（Zj ） ：对于已安装在试件表面的应变片 ,在温度恒定时,增加或减少机械应变过程中,在同一机械应变量的作用下指示应变的差数,称为应变片的机械滞后零点漂移（P）：对于已安装的应变片,在温度恒定和试件不受应力作用的条件下,指示应变随时间的变化数值通常简称为零漂。蠕变（ ）：对于已安装的应变片,在承受恒定的真实应变情况下,温度恒定时指示应变随时间的变化数值称为蠕变。应变极限（ lim）：对于已安装的应变片,在温度恒定时,指示应变和真实应变的相对误差不超过规定数值时的真实应变值称为应变极限霍尔效应：半导体薄片,若在它的两端通以控制电流 I
4、,在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为 B 的磁场,则在薄片的另两侧面会产生与 I 和 B 的乘积成比例的电动势 UH（霍尔电势或称霍尔电压） 。这种现象就称为霍尔效应。磁阻效应：将一载流导体置于外磁场中,除了产生霍尔效应外,其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应,简称磁阻效应。形状效应：这种由于磁敏元件的几何尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象,叫形状效应。压电效应：某些电介质物体在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之形变时，内部会产生极化现象。同时，在表面上就会产生电荷，当外力去掉后，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。顺压电效应：有时候，人们又把这种机械能转化为电能的现
5、象称为顺压电效应。逆压电效应：在电介质的极化方向上施加电场，它就会产生机械形变当去掉外加电场后，电介质的变形随之消失，这种将电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。石英是晶体中性能良好的一种压电材料。在结晶学中,将石英晶体的结构用三根互相垂直的轴来表示,其中纵向轴 Z 称为光轴,经过六棱柱棱线并垂直于光轴的 X 轴称为电轴,与 X 轴和Z 轴同时垂直的 Y 轴（垂直于棱面）称为 机械轴。这种沿 X 轴施加力,而在垂直于 X 轴的晶体表面上产生电荷的现象 ,称为“纵向压电效应”。这种沿 Y 轴施加力,而在垂直于 X 轴的晶体表面上产生电荷的现象 ,称为“横向压电效应”。沿光轴方向施加力,石英晶体不
6、会产生压电效应。极化处理,就是在一定温度下对压电陶瓷施加强电场（如 2030kVcm 直流电场）,经过23h 以后,压电陶瓷就具备压电性能了。光电效应：是指通过光子物质中的电子相互作用，能直接得到电信号的一种效应。热电效应：是指光被物质吸收，变成热量后，利用热电转换得到电信号的一种效应波动相互作用效应：是指光作为一种电磁波，直接与物质相互作用，从而感应出电信号的一种效应。绪论1. 传感器：（广义）传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。（狭义）能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。（国家标准）能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输
7、出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。第一章 传感器的特性1. 传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成。敏感元件感受被测量;转换元件将响应的被测量转换成电参量;基本电路把电参量接入电路转换成电量;核心部分是转换元件,决定传感器的工作理。2.静态特性重要指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、阈值、分辨力和漂移。线性度：通常,测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度,。重复性：重复性表示传感器在同一工作条件下,被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时,所得输出值（所得校准曲线）的一致程度。迟滞表明传感器在正（输入量增大） 、反（输入量减小）行程期间,输出-
8、输入曲线不重合的程度。精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量之比,用 k 来表示。阈值：当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时,只有在达到了某一最小值后才测得出输出变化,这个最小值就称为传感器的阈值。分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时,只有在超过某一输入增量后输出才显示有变化,这个输入增量称为传感器的分辨力。漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要性能指标。3.在研究动态特性时，通常根据正弦变化和阶跃变化两种标准输入来考察传感器的响应特性。4.通常用下述四个指标来表示传感器的动态性能： 时间常数 T 上升时间 tr 响应时间 t5
9、、t2 超调量 频域常有如下指标： 通频带 b 工作频带 g1 或 g2 相位误差第二章 热电传感器1. 两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起,组成一个闭合回路,当两接点温度不等（TT0）时,回路中就会产生电动势,从而形成热电流。这一现象称为热电效应。回路中产生的电动势称为热电势。2. 热电偶回路中,所产生的热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。3. 热电偶冷端温度误差及其补偿：0 恒温法，冷端恒温法，冷端补偿器法，补偿导线法，采用不需要冷端补偿的热电偶，补正系数修正法4. 通常采用的金属感温（或称测温）电阻有铂、铜和镍。由于铂具有很好的稳定性和测量精度,故人们主要把它用于高精度的温度测量
10、和标准测温装置。5.测量电阻的引线通常采用三线式或四线式接法。6.半导体热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型,即负电阻温度系数热敏电阻（NTC） 、正电阻温度系数热敏电阻（PTC）和在某一特性温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻（CTR） 。在温度测量中,则主要采用 NTC,其温度特性：其中7.使用热敏电阻时,也要注意到自热效应问题,但是,必须特别注意的有如下两点。1） 热敏电阻温度特性的非线性常用的线性化方法如下（1）线性化网络（2）利用电子装置中其它部件的特性进行综合修正（3） 计算修正法。2） 热敏电阻器特性的稳定性和老化问题8.砷化镓温敏二极管磁灵敏度低，因此常常用于强
11、磁场下的低温测量。硅温敏二极管的磁灵敏度虽比砷化镓温敏二极管高，但由于它的工艺成熟，成本低，且在低温下有较高的灵敏度，因此，是目前产量和用量最大的一种温敏二极管。9.温敏二极管的基本特性：1） UF-T 关系 2） 灵敏度特性 3） 自热特性10.一种简易温度调节器,用于液氮气流式恒温器中 77300 K 范围的温度调节控制。 VT是温度检测元件,采有锗温敏二极管。调节 Rw1,可使流过 VT 的电流保持在 50A 左右。比较器采用集成运算放大器 A741, 其输入电压为 Ur 和 Ux。Ur 为参考电压,由 Rw2 调整给定。所要设定的温度也由 Ur 给定。Ux 随温敏二极管的温度变化而变化
12、,而比较器的输出按差分电压的变化而变化,并驱动由晶体管构成的电流控制器,控制加热器加热。该温度调节器在 30 min 内,控温精度约0.1 。 11.集成电路温度传感器的典型工作温度范围是-5015012.对管差分电路原理图13 电压输出型：1. 四端电压输出型 2. 三端电压输出型1） 性能特点 LM135LM235LM335 系列是一种精密的、易于定标的三端电压输出型集成电路温度传感器。如果在 25 下定标,在 100 宽的温度范围内误差小于 1 ,具有良好的输出线性。2） 典型应用（1） 基本温度检测（2） 可定标的传感器（3） 空气流速检测14. 电流输出型典型代表是 AD590, 有
13、如下特点： 线性电流输出： 1 A K 工作温度范围： -55155 两端器件：电压输入 ,电流输出 激光微调使定标精度达0.5 (AD590M) 整个工作温度范围内非线性误差小于0.5（AD590M） 工作电压范围：430 )1(exp00TBRt 2 20 )1(exp1TBTBRdatttIc1V1R1V2UbeR2Ic2 )ln(/(210cbeJqTkUV 器件本身与外壳绝缘。 15. 热释电效应 :当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化而产生的电极化现象,称为热释电效应16.能产生热释电效应的晶体称为热释电体,又称为热电元件。热电元件常用的材料
14、有单晶（如铌酸锂、钽酸锂（LiTaO3）等） 、热释电陶瓷（如钛酸钡（BaTiO3） ）及热释电塑料（如聚偏二氟乙烯（PVDF）等）17.HN911 模块的内部电路结构。平时,1 端输出低电平,2 端输出高电平。当有移动发热体进入监视范围时,热释电红外传感器接收到红外能量,并输出检测信号。该信号经放大器放大,由比较器进行比较判断,再由信号处理电路处理后输出控制信号。此时,输出端 1 变为高电平,输出端 2 变为低电平。在模块的外部,可接增益调节电位器,以调节放大器的增益。放大器具有温度补偿功能,其主要作用是当环境温度增高或背景红外辐射能量增加时,可使放大器的增益随着它们的增高而自动提升,从而保
15、证整个电路工作的稳定性。 18. HN911 模块的典型应用电路如图 2.39 所示。无被测物体时, HN911 的 1 端输出低电平,V2 截止,报警指示灯 H 不亮,2 端输出高电平使继电器 K 工作；当检测到人体移动信号时, V2 导通,指示灯 H 亮,同时 V1 截止,继电器 K 停止工作。可利用继电器触点的通断进行需要的控制。19.现给出一个 HN911 在自动门控制系统中应用的实例。自动门控制原理电路如图。该电路采用热释电红外探测传感器模块 HN911 探测人体的移动。 V1 用作延时控制,通过调节电位器 Rw,能改变延时控制的时间。光耦合器件 MOC3020 将交、直流即强、弱电
16、隔离。当无人来到自动门前时, HN911 输出端为低电平,V1 无控制信号输出 ,双向晶闸管 V2 关断,开启门的负载电机不工作,门处于关闭状态；当有人来到自动门前时,HN911 模块检知到人体红外能量,输出端 1 为高电平输出,双向晶闸管导通,负载电机工作,门被自动打开。当自动门运行到位时,由限位开关 S 切断电源。由于 HN911 模块输出端 2 所输出的电平正好与输出端1 输出的电平相反,故可用输出端 2 的输出控制电机使自动门关闭 1265 4Rw3U(5 V)5 V R1HN91134 1256RwVDR2 C1V1MOC3020 R3V2 S220 VK HN9114 352617
17、805 12 VV2V1 H470第三章 应变传感器1.电阻应变片的分类：1）按应变片敏感栅的材料分类,可将应变片分成金属应变片和半导体应变片两大类。其中,金属应变片又分为体型（箔式、丝式）和薄膜型；半导体应变片又分为体型、薄膜型、扩散型、PN 结型及其它型（2）按应变片的工作温度分类可分为常温应变片（-3060 ） 、中温应变片（60300 ） 、高温应变片（300 以上）和低温应变片（低于-30 ）等（3）按应变片的用途分类可分为一般用途应变片和特殊用途应变片（水下、疲劳寿命、抗磁感应、裂缝扩展等)。2.常用应变片：1）丝式应变片 2）箔式应变片 3）半导体应变片 4）金属薄膜应变片 5）
18、高温及低温应变片3. 1）应变片电阻值（R ）：应变片在没有粘贴及未参与变形前,在室温下测定的电阻值称为初始电阻值（单位为 ） 。应变片阻值有一定的系列,如 60 、120 、250 、3500 和 10000 ,其中以 120 最为常用。 应变片电阻值的大小应与测量电路相配合。2) 灵敏系数（ k）：灵敏系数 k 是应变片的重要参数。k 值误差的大小也是衡量应变片质量的重要标志。电阻应变片的 k 值及其误差一般以平均灵敏系数值 k 及相对均方根差 表示：k= k + 3) 机械滞后（Zj）：对于已安装在试件表面的应变片,在温度恒定时,增加或减少机械应变过程中,在同一机械应变量的作用下指示应变
19、的差数,称为应变片的机械滞后4）零点漂移（P）：对于已安装的应变片,在温度恒定和试件不受应力作用的条件下,指示应变随时间的变化数值通常简称为零漂。应变片的零漂主要是由于绝缘电阻过低以及通过电流产生的热电势等所造成。6） 蠕变（ ）：对于已安装的应变片,在承受恒定的真实应变情况下,温度恒定时指示应变随时间的变化数值称为蠕变。一般在室温下,加一恒定的机械应变,在一小时后的指示应变差值即为蠕变值。零漂和蠕变都是衡量应变片时间稳定性的指标。7） 应变极限（ lim）：应变片所能测量的应变范围是有一定限度的,能够测量的最大应变值称为应变极限。其定义为： 对于已安装的应变片,在温度恒定时,指示应变和真实应
20、变的相对误差不超过规定数值时的真实应变值称为应变极限4. 薄膜有两种分类方法： 1）按薄膜厚度分类：（1）非连续金属膜（2）半连续膜（3）连续膜2）按薄膜结构形式分类：（1）多晶体薄膜（2）单晶体薄膜（3）无定形薄膜5. 薄膜应变传感器的特点：薄膜应变片及传感器与扩散硅等传感器相比,其制造工艺环节要少得多。它的主要制造工艺环节是成膜工艺（如溅射、蒸发等） 。由于工艺环节较少,工艺周期较短,成品率也就较高。这是它目前获得广泛使用的主要原因之一。薄膜应变片可以同弹性体键合在一起,构成整体式薄膜传感器；也可以制成单一的薄膜应变片,再粘贴在弹性体上构成传感器。前者使用最多,它可避免后者因粘片工艺所带来
21、的误差因素（如蠕变、滞后等） 。薄膜应变传感器适用于航天、航空工业,以及对稳定性要求较高的测控系统中。薄膜应变片的阻值可做得很高,通常均可做到几千到几万欧姆,因而其可在低功耗的状态下工作。薄膜应变片及传感器由于制造工艺的特点,使得其参数一致性远较半导体型和扩散型的高,适于大量生产,成本低廉。耐疲劳性能良好。薄膜应变片式传感器的量程很大。6.温度漂移的补偿，补偿电路的工作过程：TKUsc,Usc Ube IbIc Uce U (U=U-Uce)第四章 磁敏传感器1.霍尔效应：半导体薄片,若在它的两端通以控制电流 I,在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为 B 的磁场,则在薄片的另两侧面会产生与 I
22、和 B 的乘积成比例的电动势 UH（霍尔电势或称霍尔电压） 。这种现象就称为霍尔效应。2.磁阻效应：将一载流导体置于外磁场中,除了产生霍尔效应外,其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应,简称磁阻效应。3.形状效应：这种由于磁敏元件的几何尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象,叫形状效应。4.霍尔元件是基于霍尔效应工作的。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。5.在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔电场 EH,相应的电势就称为霍尔电势 UH,其大小可用下式表示：6 霍尔元件可以在恒压或恒流条件下工作,其特性不一样7. 霍尔元件的电磁特性包括控制电流（直流或交流）与输出之间的
23、关系,霍尔输出（恒定或交变）与磁场之间的关系等。8.误差分析及误差补偿：1）不等位电势及其补偿 2.）温度误差及其补偿（考简述 P81）9.磁阻元件：长方形磁阻元件、科尔宾元件、平面电极元件、InSb-NiSb 共晶磁阻元件、曲折形磁阻元件科尔宾元件的盘中心部分有一个圆形电极,盘的外沿是一个环形电极。两个极间构成一个电阻器,电流在两个电极间流动时,载流子的运动路径会因磁场作用而发生弯曲使电阻增大。在电流的横向,电阻是无“头” 无“尾”的,因此霍尔电势无法建立,有效地消除了霍尔电场的短路影响。由于不存在霍尔电场,电阻会随磁场有很大的变化。10. 磁敏二极管的工作原理当受到正向磁场作用时,电子和空
24、穴受洛伦兹力作用向 r 区偏转。由于 r 区是高复合区,所以进入 r 区的电子和空穴很快被复合掉,因而 i 区的载流子密度减少,电阻增加,则 Ui 增加,在两个结上的电压 Up、Un 则相应减少。i 区电阻进一步增加,直到稳定在某一值上为止。相反,磁场改变方向,电子和空穴将向 r 区的对面低（无）复合区流动,则使载流子在 i 区的复合减小,再加上载流子继续注入 i 区,使 i 区中载流子密度增加 ,电阻减小,电流增大。同样过程进行正反馈,使注入载流子数增加,Ui 减少,Up 、Un 增加 ,电流增大,直至达到某一稳定值为止。 11. 磁敏二极管的特性：1）电流-电压特性 2）磁电特性 3.）温
25、度特性12. 磁敏二极管的补偿技术：互补式、差分式、全桥式、热敏电阻式。13. 磁敏三极管的工作原理：当不受磁场作用时,由于磁敏三极管基区长度大于载流子有效扩散长度,因此发射区注入载流子除少部分输入到集电极 c 外,大部分通过 e-i-b,形成基极电流。由此可见,基极电流大于集电极电流,所以电流放大倍数 =IcI b1。当受到 H+磁场作用时,由于受洛伦兹力影响,载流子向发射区一侧偏转,从而使集电极电流 Ic 明显下降。)(VdIBRUH当受到 H-磁场作用时,载流子受洛伦兹力影响,向集电区一侧偏转 ,使集电极电流 Ic 增大。 14.温度补偿技术：1）利用正温度系数普通硅三极管进行补偿 2）
26、利用磁敏三极管互补电路3）采用磁敏二极管补偿电路 4）采用差分补偿电路15. 用霍尔元件测量电流：1） 旁测法 2） 贯串法 3） 绕线法16. 用霍尔集成传感器控制卫生间照明灯用霍尔集成传感器控制卫生间照明灯的电路如图 4.53 所示。其工作过程为： 当打开门,人进入卫生间再关上门时,磁钢 G 离开霍尔集成传感器 HG（型号为 CS3020）,HG输出高电平脉冲,触发单稳电路 A1（型号为 CC4013）, A1 的 1 脚输出高电平信号。这个高电平信号又触发 A2（型号为 CC4013）, A2 的 13 脚输出高电平 ,经 R4 加到 V 放大,触发晶闸管 VS 导通,点亮灯 H。进入卫
27、生间的人经过任意一段时间,拉门出来再关上门时,磁钢 G再次离开 HG,使 HG 输出一正脉冲,触发 A1 使其又一次输出高电平 ,并使 A2 再次发生翻转,13 脚回到低电平, V 截止,引起 VS 截止,H 熄灭。为了适应某些特殊情况,电路中特别设置了开关 S。 第五章 压电传感器1.压电效应：某些电介质物体在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之形变时，内部会产生极化现象。同时，在表面上就会产生电荷，当外力去掉后，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。顺压电效应：有时候，人们又把这种机械能转化为电能的现象称为顺压电效应。逆压电效应：在电介质的极化方向上施加电场，它就会产生机械形变
28、当去掉外加电场后，电介质的变形随之消失，这种将电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。2.石英是晶体中性能良好的一种压电材料。在结晶学中,将石英晶体的结构用三根互相垂直的轴来表示,其中纵向轴 Z 称为光轴,经过六棱柱棱线并垂直于光轴的 X 轴称为电轴,与 X 轴和 Z 轴同时垂直的 Y 轴（垂直于棱面）称为 机械轴。3. 这种沿 X 轴施加力,而在垂直于 X 轴的晶体表面上产生电荷的现象 ,称为“纵向压电效应”。这种沿 Y 轴施加力,而在垂直于 X 轴的晶体表面上产生电荷的现象 ,称为“横向压电效应”。沿光轴方向施加力,石英晶体不会产生压电效应。4.极化处理,就是在一定温度下对压电陶瓷施加强电场
29、（如 2030kVcm 直流电场）,经过23h 以后,压电陶瓷就具备压电性能了。5 压电材料：压电晶体、压电陶瓷、新型压电材料：1 压电半导体 2.有机高分子压电材料6. 压电片两种连接的特点及适用范围并联连接方式：q=2q, U=U , C=2C串联连接方式：q=q, U=2U第六章 光纤传感器1 光纤的结构很简单,通常由纤芯、包层及外套组成2.根据纤芯到包层的折射率的变化规律分类,光纤被分为阶跃型和梯度型两种R1R2 R3(a)R(b) Rw(c)(d)Rw RRwRR13.模：只有能形成驻波的那些以特定角度射入光纤的光波才能在光纤内传播,这些光波就称为模。4. 光纤的数值孔径 NA：5.
30、 光纤的特性：1） 损耗 2）色散（所谓光纤的色散就是输入脉冲在光纤传输过程中,由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象）3） 容量 4.）抗拉强度 5.）集光本领6 光纤耦合器是使光信号能量实现分路合路的器件。耦合分为强耦合和弱耦合两种。7.按照光纤在传感器中的作用,把光纤传感器分为两种类型： 功能型（或称传感型、探测型）和非功能型（或称传光型、结构型、强度型、混合型） 。8.光纤传感器构成部件：1. 光源 2. 光电元件（光电二极管、雪崩光电二极管、肖特基光电二极管、光电晶体管）第七章 光栅传感器1.光栅按其原理和用途可分为物理光栅和计量光栅。2.所谓光栅,是在刻划基面上等间距（或不等间距
31、）地密集刻划,使刻线处不透光,未刻线处透光,形成透光与不透光相间排列构成的光电器件。3.莫尔条纹的成因是由主光栅和指示光栅的遮光和透光效应形成的（两只光栅参数相同） 。4.莫尔条纹特点：1）位移放大作用相邻两条莫尔条纹间距 B 与栅距 w 及两光栅夹角 的关系为令 k 为放大系数,则2）运动对应的关系3）误差减小作用5. 目前使用的细分方法有：（1） 增加光栅刻线密度。（2） 对电信号进行电子插值,把一个周期变化的莫尔条纹信号再细分,即增大一个周期的脉冲数,称为倍频法。在电子细分中又可分为直接细分、电桥细分、示波管细分和锁相细分等。（3） 机械和光学细分。第八章 光电传感器1.光电传感器在工作
32、时，通常基于三种效应：光电效应（又称量子效应） 、热电效应（又称热释电效应）和波动相互作用效应。光电效应：是指通过光子物质中的电子相互作用，能直接得到电信号的一种效应。热电效应：是指光被物质吸收，变成热量后，利用热电转换得到电信号的一种效应波动相互作用效应：是指光作为一种电磁波，直接与物质相互作用，从而感应出电信号的一种效应。光电效应分为外光电效应（外量子效应）和内光电效应（内量子效应） 。内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。2. 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 （填空）第九章 气、湿敏传感器1.气敏传感器和湿敏传感器是利用物质的物理效应和化学效应对气体中的某些成分或水
33、汽进行检测的 器件。2. 气敏元件不管其种类、应用范围如何,至少都必须具备如下条件： 对气体的敏感现象是可逆的。 单位浓度的信号变化量大。 能检测出的下限浓度低。 响应重复特性良好。 选择性好,即对与被测气体共存的其它气体不敏感。AcNn210sin wB2sin1k 对周围环境（如温度、湿度）的依赖性小。 性能长期稳定,结构比较简单3. 通常,气敏传感器主要由如下三部分组成： 气体敏感元件 对敏感元件进行加热的加热器。 支持上述部件的封装部分4.常用的空气湿度有三种表示方法：1）绝对湿度 2）相对湿度 3）露点温度5.湿敏传感器：电阻式湿敏传感器、陶瓷湿敏传感器、电容式湿敏传感器一传感器：（
34、狭义）能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 （广义）能够感受规定的被测量并按照一定的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元件组成。静态特性：指当被测量的各个指处于稳定状态时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。 （动态：当被测量随时间变化时）线性度：通常,测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度重复性：重复性表示传感器在同一工作条件下,被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时,所得输出值的一致程度。迟滞表明传感器在正、反行程期间,输出-输入曲线不重合的程度。精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。灵敏度是传感器输出量增量与被测输
35、入量增量之比,用 k 来表示。阈值：当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时,只有在达到了某一最小值后才测得出输出变化,这个最小值就称为传感器的阈值。分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时,只有在超过某一输入增量后输出才显示有变化,这个输入增量称为传感器的分辨力。漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要性能指标。热释电效应当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化而产生的电极化现象。 机械滞后：对于已安装在试件表面的应变片,在温度恒定时,增加或减少机械应变过程中,在同一机械应变量的作用下指示应变的差数,称为应变片的机械滞后。零点漂移：对于已安装的应
36、变片,在温度恒定和试件不受应力作用的条件下,指示应变随时间的变化数值通常简称为零漂。蠕变：对于已安装的应变片,在承受恒定的真实应变情况下,温度恒定时指示应变随时间的变化数值称为蠕变。热电效应：是指两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起,组成一个闭合回路,当两接点温度不等时,回路中就会产生电动势,从而形成热电流。热释电效应:当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化而产生的电极化现象。 应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻值也随之发生相应的变化。霍尔效应：一个半导体薄片,若在它的两端通以控制电流 I,在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为 B
37、 的磁场,则在薄片的另两侧面会产生与 I 和 B 的乘积成比例的电动势 UH。这种现象就称为霍尔效应。磁阻效应：将一载流导体置于外磁场中,除了产生霍尔效应外,其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应,简称磁阻效应。形状效应：这种由于磁敏元件的几何尺寸变化而引起的磁阻大小变化的现象,叫形状效应。压电效应：某些电介质物体在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之形变时，内部会产生极化现象。同时，在表面上就会产生电荷，当外力去掉后，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。光电效应：是指通过光子物质中的电子相互作用，能直接得到电信号的一种效应。热电效应：是指光被物质吸收变成热量后，利用热电
38、转换得到电信号的一种效应。波动相互作用效应：是指光作为一种电磁波，直接与物质相互作用，从而感应出电信号的一种效应。二1.通过热电偶理论可以得到如下几点结论： 若热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如何,总热电势为零。 若热电偶两接点温度相同,尽管 A、B 材料不同,回路中总电势等于零。 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关,与热电极的尺寸、形状等无关。同样材料的热电极,其温度和电势的关系是一样的。因此,热电极材料相同的热电偶可以互换。 热电偶 A、B 在接点温度为 T1、T3 时的热电势,等于此热电偶在接点温度为 T1、T2 与T2、T3 两个不同状态下的热电势之和,即EAB（T1,T3
39、）=EAB (T1, T2)+EAB (T2, T3)= eAB （T1）- eAB （ T3 ） 当热电极 A、B 选定后,热电势 EAB（T,T0）是两接点温度 T 和 T0 的函数差,即EAB（T,T0）=f(T)-f(T0) 如果使冷端温度 T0 保持不变,则 f(T0)=C(常数)。此时,EAB（T,T0）就成为 T 的单值函数,即EAB（ T,T0 ）= f(T) -C=(T) 3.如何正确选择传感器 1） 与测量条件有关的事项：包括测量的目的；测量范围；测量所需要的时间等。2）与传感器有关的事项：其中有静态特性指标；动态特性指标；校正周期等。3.）与使用条件有关的事项： 包括传感
40、器的设置场所；环境条件；所需功率容量等。4.）与购买和维护有关的事项：包括性能价格比；零配件的储备；交货日期等。4.如何合理使用传感器？1）线性化及补偿：第一种处理是对传感器的输入-输出特性进行补偿,也称线性化处理。第二种处理是在传感器的输出量中包含有被测物理量以外的因素时,为校正这些因素的影响而进行的处理。2）传感器的定标：定标,是指在明确输入和输出的变换对应关系的前提下,利用某种标准或标准器具,对传感器进行刻度。3）电磁兼容问题：电磁噪声与电磁干扰；电磁干扰的三要素和传播途径；电磁兼容性；电磁兼容控制技术 4）抗干扰技术：屏蔽技术；接地；浮置；滤波器；光电耦合。5.压电式加速度传感器：1）
41、结构原理：压电元件一般由两块压电片串联或并联组成。在压电片的两个表面上镀银,并在银层上焊接输出引线,或在两压电片之间夹一片金属薄片,引线焊接在金属薄片上。输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。质量块放置在压电片上,它一般采用比重较大的金属钨或高比重合金制成,以保证质量且减小体积，装配时须对压电元件施加预压缩载荷。当压电片受力上移时,质量块产生的惯性力会使压电元件上的压应力增加；反之,当压电片受力下移时,质量块产生的惯性力会使压电元件上的压应力减小。2）工作原理：测量时,将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器承受振动时,由于弹簧的刚度相当大,而质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小
42、。因此,质量块感受与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样,质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电元件上。压电元件具有压电效应,在它的两个表面上即产生交变电荷。当试件的振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷与作用力成正比,亦即与试件的加速度成正比。经专用放大器放大后即可测出试件的加速度。三.1.电动机过热保护装置组成电路原理：把三只特性相同的负温度系数热敏电阻，放置在电动机内绕组旁,紧靠绕组,每相各放置一只,用万能胶固定。当电动机正常运转时,温度较低,热敏电阻阻值较高,三极管 V1 截止,继电器 K 不动作。当电动机过负荷,或断相,或一相通地时,电动机
43、温度急剧上升,热敏电阻阻值急剧减小,小到一定值,使三极管 V 完全导通, 继电器 K 动作,使 S 闭合,红灯亮,起到报警保护作用。2.自动门控制原理电路 ：该电路采用热释电红外探测传感器模块 HN911 探测人体的移动。V1 用作延时控制,通过调节电位器 Rw,能改变延时控制的时间。光耦合器件 MOC3020 将交、直流隔离。当无人来到自动门前时, HN911 输出端为低电平,V1 无控制信号输出,双向晶闸管 V2 关断,开启门的负载电机不工作,门处于关闭状态；当有人来到自动门前时,HN911 模块检知到人体红外能量,输出端 1 为高电平输出,双向晶闸管导通,负载电机工作,门被自动打开。当自
44、动门运行到位时,由限位开关 S 切断电源。由于 HN911 模块输出端 2 所输出的电平正好与输出端 1 输出的电平相反,故可用输出端 2 的输出控制电机使自动门关闭。3.土壤恒温控制器原理电路：由集成温度传感器 IC1、运算放大器 IC2 等构成比较器,其中电位器 Rw 用来设定控制温度。当土壤温度低于设定温度时,流过集成温度传感器 AD590 的电流将减小,使 IC2 反相输入端电位降低,故 IC2 输出端输出高电平,使 V1、V2 导通,负载RL 加热。随着土壤温度的升高,流过集成温度传感器 AD590 的电流增大,直至达到并略高于设定温度, IC2 反相输入端的电压高于同相输入端的电压
45、。此时,IC2 输出变为低电平, V1、V2 截止,停止对负载 RL 的加热,基本保持土壤温度为恒定。4.CPU 过热报警器：电路中采用一只普通的锗二极管担任温度传感器。该传感器被强力胶粘贴在 CPU 芯片的散热器上。锗二极管 V2 被反向偏置,在常温下,其阻值较大,相当于开路, V1 导通, IC 的 4 脚的复位端处于低电位,使得接成自由振荡器的 555 不起振,扬声器 B 不发声。当 CPU 芯片散热器的温度上升超过经电位器 Rw 调定的温度值时, V2 受热,结电阻阻值减小,并小到足以使 V1 截止时,使 IC 复位端处于高电位而起振,扬声器发出报警声。调节R2、R3 和 C1 的时间
46、常数,可改变声音的频率。5.温度补偿电路：它是在控制电流极并联一个合适的补偿电阻 r0,这个电阻起分流作用。当温度升高时,霍尔元件的内阻迅速增加,所以流过元件的电流减小,而流过补偿电阻 r0 的电流却增加。这样,利用元件内阻的温度特性和一个补偿电阻,就能自动调节流过霍尔元件的电流大小,从而起到补偿作用。6.用霍尔集成传感器控制卫生间照明灯： 当打开门,人进入卫生间再关上门时,磁钢 G 离开霍尔集成传感器 HG,HG 输出高电平脉冲,触发单稳电路 A1, A1 的 1 脚输出高电平信号。这个高电平信号又触发 A2, A2 的 13 脚输出高电平,经 R4 加到 V 放大,触发晶闸管 VS 导通,
47、点亮灯 H。进入卫生间的人经过任意一段时间,拉门出来再关上门时,磁钢 G 再次离开 HG,使HG 输出一正脉冲,触发 A1 使其又一次输出高电平,并使 A2 再次发生翻转,13 脚回到低电平, V 截止,引起 VS 截止,H 熄灭。为了适应某些特殊情况,电路中特别设置了开关 S。第一章1.热电偶冷端温度误差及其补偿： 1）0 恒温法，将热电偶的冷端保持在 0 摄氏度器皿中，常用于实验室。2）冷端恒温法，将热电偶的冷端置于恒温器内。3）冷端补偿器法，工业上常用此法。4）补偿导线法，5）采用不需要冷端补偿的热电偶 6）补正系数修正法，工程上经常采用此法来实现补偿。1 传感器的组成：敏感元件和变换器
48、2 传感器的分类：按输入被测量分类按工作原理分类按输出信号形式分类3 传感器的基本形式：静态特性动态特性4 静态特性：线性度 迟滞 重复性 精度 灵敏度 阈值 分辨力 漂移5 动态特性：频域性能指标时域性能指标第二章1 热电势组成：接触电势和温差电势2 热电偶理论的温度误差补偿：0恒温法冷端恒温法冷端补偿器法补偿导线法采用不需要冷端补偿的热电偶补正系数修正法3.金属感温电阻：最好用铂。 （温度范围：-200+600）3 金属电阻与温度的关系：只要电阻温度系数 不变，R 随温度线性增加4 金属感温电阻器使用时的注意以下两点：自热误差引线电阻的影响5 半导体热敏电阻分类：负电阻温度系数热敏电阻正电阻温度系数热敏电阻在某一特性温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻 使用时的注意事项：1）热敏电阻温度特性的非线性：线性化网络；温度-频率转换电路；计算修正法 2）稳定性和老化问题。6 温敏二极管的基本特性：UF-T 关系灵敏度特性自热特性6.温敏二极管应用最广的：硅温敏；强磁低温下的是砷化镓温敏7 热释电红外传感器用途：利用热电元件的热释电效应探测人体等辐射的红外光的红外传感：器，它适用于防盗报警、来客告知及非接触开关等红外领域7 看：57 页8 PN 结特点：在一定的电流模式
