第六章 电涡流式传感器 压电效应是本章重点内容。压电传感器使用电压、电荷放大器，是难点内容。 讲授 压电传感器是利用某些晶体的压电效应工作的，超声波是利用逆压电效应工作的，所以压电效应是本章重点内容。同时，压电传感器使用电压、电荷放大器，故也是重点内容。 教学从晶体的压电效应入手，结合身边的应用实例讲解。并且通过实验来加深理论知识，同时也掌握了压电传感器的应用。 超声波是压电效应的反向使用，要掌握超声波特性，这对于超声波传感器的使用是非常重要的。 1 压电材料的分类及特性 压电传感器中的压电元件材料一般有三类： 第一类是压电晶体（如上述的石英晶体） 第二类是 经过极化处理的 压电陶瓷 压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷 。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷 （如钛酸钡BaTiO3等）。主要特点是容易制作，性能可调，便于批量生产，大多用于普通测量用的压电传感器中。 压电陶瓷只有在一定温度下，于压电陶瓷某一方向施加一定的电场以后(即进行了极化处理后)，压电陶瓷才具备压电特性，而且压电特性在极化方向(即极化时施加的外电场方向)上最显著，所以使用时要注意其方向性。用压电陶瓷制作的压电传感器灵敏度较高，其压电性能也与受力方向及变形方向有关，故根据实际需要可制成各种形状的压电元件。常见的有片状和管状压电元件。 第三类是高分子压电材料 高分子压电材料是一种柔软的压电材料。可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。经极化处理后就显现出电压特性。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，因此价格便宜；其测量动态范围可达80dB，频率响应范围可从0.1 Hz直至109Hz。这些优点都是其他压电材料所不具备的。因此在一些不要求测量精度的场合，例如水声测量，防盗、振动测量等领域中获得应用。它的声阻抗约为0．02MPa／s，与空气的声阻抗有较好的匹配，因而是很有希望的电声材料。例如在它的两侧面施加高电压音频信号时，可以制成特大口径的壁挂式低音喇叭。 高分子压电薄膜及拉制 高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆 可用于波形分析及报警的高分子压电踏脚板 高分子压电薄膜制作的压电喇叭（逆压电效应） 2压电式传感器的结构和应用 压电传感器主要用于脉动力、冲击力、振动等动态参数的测量。由于压电材料可以是石英晶体，压电陶瓷和高分子压电材料等，它们的特性不尽相同，所以用途也不一样。 石英晶体主要用于精密测量，多作为实验室基准传感器；压电陶瓷灵敏度较高，机械强度也较好，多用作测力和振动传感器；而高分子压电材料多用作定性测量。下面分别介绍几种典型的应用。 石英晶体振荡器（晶振） 英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。 3.压电陶瓷传感器的应用 4.高分子压电材料的应用 5.压电式周界报警系统 6．交通监测
第七章 压电式传感器 第八章 光电式传感器 第一节 光电效应和光电器件的应用为本章重点 光电二极管和三极管的特性为本章难点 讲授 电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 ? （2） 光生伏特效应: 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光敏晶体管、光电池。 7.1.2 外光电效应的光电器件 1．光电管 光电管有真空和充气光电管，常见的光电管外形和电路如图所示，阳极A与阴极K封装在一个玻璃壳内，当入射光照射在阴极上，阴极表面电子吸收光子的能量，当其自身能量足以克服阴极束缚力的时候，就会逸出阴极表面，如果在阴极与阳极之间加以正向电压，逸出的电子就会定向射向阳极而形成光电流。 光电管主要有以下几点特性： (1).光电管的光谱特性 (2).光电管的伏安特性 (3).光电管的光电特性 (4).暗电流 2．光电倍增管 7.1.3内光电效应器件 1. 光敏电阻? 1). 光敏电阻的结构与工作原理 2). 光敏电阻的主要参数与基本特性 ①暗电阻与亮电阻: ②伏安特性 ③光照特性 ④光电灵敏度 ⑤光谱特性 ⑥频率特性 3)光敏电阻好坏的判断: 将万用表置于RXlkΩ挡，置光敏电阻于距25W白炽灯50cm远处(其照度约为100 1m)，可测得光敏电阻的亮电阻；再在完全黑暗的条件下直接测量其暗阻值。若亮阻值为几千欧姆到几十千欧姆，暗阻值为几兆欧姆至几十兆欧姆，则说明光敏电阻质量良好。 2. 光敏二极管 光敏二极管外形 光敏三极管外形 3.光敏晶闸管 4.基于光生伏特效应的光电元件——光电池 5．光电耦合器 7.1.4 光电元件的基本应用电路 7.3 CCD摄像传感器及其应用 7.3.1 CCD的基本结构及原理 7.3.2 CCD图像传感器的应用 7.3.1 CCD的基本结构及原理 CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列，其构造如图所示。在P型或N型衬底上生长一层很薄的二氧化硅，再在二氧化硅薄层上依序沉积金属或掺杂多晶硅电极（栅极），形成规则的MOS电容器阵列，再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。 7.3.2 CCD图像传感器的应用 CCD图像传感器具有高分辨率、高灵敏度较宽的动态范围，所以它可广泛用于自动控制和自动测量，尤其适用于图像识别技术。 7.4 光导式(光纤)传感器 7.4.1 光导纤维传感器 7.4.2 光在光导纤维中的传输原理 7.4.3 光纤传感器 7.4.1 光导纤维传感器
第八章 光电式传感器 第二节 第三节 第四节 霍尔效应的原理是本章的重点 霍尔器件的不等为电势的平衡电路为难点 1879年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让一恒定电流通过一金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势。这个现象后来被人们称为霍尔效应。但是由于这种效应在金属中非常微弱，1948年以后，由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，并制成了砷化镓、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。它们被广泛应用于弱电流、弱磁场及微小位移的测量。 半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：假设霍尔元件为N型半导体元件(载流子为电子)，当沿着a，b通入控制电流Ι时，电子首先沿着与Ι相反的方向产生一个初速度νo。同时，由于霍尔元件处于磁场B中，会受到洛伦兹力FL的作用，电子向一侧偏转并形成电子堆积，从而在霍尔元件的c，d方向产生电场，电子积累得越多，FE也越大，随后，电子又会在该电场中受电场力FE的作用，这两种力方向相反。当两力大小相等时，电子的堆积便达到动态平衡，这样，就在半导体c，d方向的端面之间形成了稳定的电动势EH，即霍尔电势。 磁感应强度B为零时的情况 磁感应强度B 较大时的情况 作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示： EH=KH I B 设半导体霍尔元件的厚度为δ，电子浓度为n，电子电荷量为e，则霍尔电势EH可以用下式表示 EH=KHBΙ 式中,KH=1/neδ 称为霍尔电势灵敏系数。若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成一角度θ时，霍尔电势为