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- 傳感器原理之半導(dǎo)體傳感器
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/9/28
利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。所采用的半導(dǎo)體材料多數(shù)是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和 Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半導(dǎo)體傳感器種類繁多,它利用近百種物理效應(yīng)和材料的特性,具有類似于人眼、耳、鼻、舌、皮膚等多種感覺功能。
優(yōu)點是靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕、便于集成化、智能化,能使檢測轉(zhuǎn)換一體化。半導(dǎo)體傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)自動化、遙測、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程和生物工程。半導(dǎo)體傳感器按輸入信息分為物理敏感、化學(xué)敏感和生物敏感半導(dǎo)體傳感器三類。
工作原理
依據(jù):半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌牟ㄩL分別具有不同的靈敏度。
在具體應(yīng)用時, 應(yīng)先對該色敏器件進(jìn)行標(biāo)定。
測定不同波長的光照射下, 該器件中兩只光電二極管短路電流的比值ISD2/ISD1, (ISD1是淺結(jié)二極管的短路電流, 它在短波區(qū)較大, ISD2是深結(jié)二極管的短路電流, 它在長波區(qū)較大)。
確定二者的比值與入射單色光波長的關(guān)系。
根據(jù)標(biāo)定的曲線, 實測出某一單色光時的短路電流比值, 即可確定該單色光的波長。
半導(dǎo)體溫度傳感器分為兩類:接觸型和非接觸型。接觸型又分為熱敏電阻與PN結(jié)型兩種。
隨著溫度的變化,半導(dǎo)體感溫器件電阻會發(fā)生較大的變化,這種器件稱為熱敏電阻。常用的熱敏電阻為陶瓷熱敏電阻,分為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻、正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻和臨界溫度電阻(CTR)。熱敏電阻一般指NTC熱敏電阻。
PN結(jié)溫度傳感器是一種利用半導(dǎo)體二極管、三極管的特性與溫度的依賴關(guān)系制成的溫度傳感器。非接觸型溫度傳感器可檢出被測物體發(fā)射電磁波的能量。傳感器可以是將放射能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體物質(zhì),也可以先將放射能轉(zhuǎn)換為熱能,使溫度升高,然后將溫度變化轉(zhuǎn)換成電信號而檢出。這可用來測量一點的溫度,如測溫度分布,則需進(jìn)行掃描。
當(dāng)對象溫度低、只能發(fā)射紅外線時,則須檢出其紅外線(見光電導(dǎo)探測器)。
磁傳感器
磁傳感器主要基于霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)的原理。利用霍爾效應(yīng)的器件稱為霍爾器件。當(dāng)施加磁通B 時,電阻增加率墹R/R 可用下式表示。
式中μ為載流子遷移率。半導(dǎo)體的載流子遷移率(如InAs約為104厘米2/伏秒)比金屬(如Cu約為34.8厘米2/伏秒)大得多,所以半導(dǎo)體的磁阻效應(yīng)很大。
半導(dǎo)體磁傳感器體積小、重量輕、靈敏度高、可靠性高、壽命長,在電子學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。此外,還可利用磁效應(yīng)制作長度與重量傳感器、高分辨(0.01度)的傾斜傳感器,以及測定液體流量等。
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