傳感器技術(shù)與原理

傳傳感感器器原原理理及及應(yīng)應(yīng)用用
主主講講人人：： 吳吳瓊瓊水水
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武武漢漢大大學(xué)學(xué)電電子子信信息息學(xué)學(xué)院院
光光譜譜成成像像實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室第8章
第8章
固態(tài)傳感器
固態(tài)傳感器概概述述 第第88章章 固固態(tài)態(tài)傳傳感感器器
88..11 磁磁敏敏傳傳感感器器
88..22 光光敏敏傳傳感感器器
88..33 電電荷荷耦耦合合器器件件
88..44 氣氣體體傳傳感感器器
88..55 濕濕度度傳傳感感器器概概述述 88..11 磁磁敏敏傳傳感感器器
磁磁敏敏式式傳傳感感器器都都是是利利用用半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料中中的的自自由由電電子子或或空空
穴穴隨隨磁磁場場改改變變其其運(yùn)運(yùn)動動方方向向這這一一特特性性而而制制成成。。
按按其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可分分為為體體型型和和結(jié)結(jié)型型兩兩大大類類。。
??
體體型型的的有有霍霍爾爾傳傳感感器器，，
??
結(jié)結(jié)型型的的有有磁磁敏敏二二極極管管,,磁磁敏敏晶晶體體管管
一一、、霍霍爾爾元元件件((HHaallll CCoommppoonneenntt ))
二二、、磁磁敏敏二二極極管管霍霍爾爾元元件件 霍霍爾爾元元件件
?? 霍霍爾爾傳傳感感器器屬屬于于磁磁敏敏元元件件，，磁磁敏敏元元件件也也是是基基
于于磁磁電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換原原理理，，磁磁敏敏傳傳感感器器是是把把磁磁學(xué)學(xué)物物理理量量
轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成電電信信號號。。
??隨隨著著半半導(dǎo)導(dǎo)體體技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展，，磁磁敏敏元元件件得得到到應(yīng)應(yīng)用用
和和發(fā)發(fā)展展，，廣廣泛泛用用于于自自動動控控制制、、信信息息傳傳遞遞、、電電磁磁
場場、、生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)等等方方面面的的電電磁磁、、壓壓力力、、加加速速度度、、
振振動動測測量量。。
?? 特特點(diǎn)點(diǎn)：：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單、、體體積積小小、、動動態(tài)態(tài)特特性性好好、、壽壽
命命長長。。霍霍爾爾元元件件 霍霍爾爾元元件件
一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)
一一個(gè)個(gè)金金屬屬（（導(dǎo)導(dǎo)體體））薄薄片片或或半半導(dǎo)導(dǎo)體體薄薄片片，，當(dāng)當(dāng)在在它它的的兩兩端端通通過過控控制制電電
流流II并并且且同同時(shí)時(shí)在在薄薄片片的的垂垂直直方方向向上上加加上上磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度為為BB的的磁磁場場時(shí)時(shí)，，
在在垂垂直直于于電電流流和和磁磁場場的的方方向向上上就就會會產(chǎn)產(chǎn)生生電電動動勢勢UU ，，這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象叫叫做做
HH
霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)。。UU 就就叫叫做做霍霍爾爾電電動動勢勢或或霍霍爾爾電電壓壓。。
HH
霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是運(yùn)動電荷在磁場中受到洛侖茲力作用的結(jié)果。一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng) 霍霍爾爾元元件件
霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)演演示示
半半導(dǎo)導(dǎo)體體薄薄片片置置于于磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度為為BB 的的磁磁場場中中，，
磁磁場場方方向向垂垂直直于于薄薄片片，，當(dāng)當(dāng)有有電電流流II 流流過過薄薄片片時(shí)時(shí)，，在在
垂垂直直于于電電流流和和磁磁場場的的方方向向上上將將產(chǎn)產(chǎn)生生電電動動勢勢EE ，，這這
HH
種種現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)。。
d
a
b
c
磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度BB為為零零時(shí)時(shí)的的情情況況一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng) 霍霍爾爾元元件件
霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng)演演示示
d
a
b
c
當(dāng)當(dāng)磁磁場場垂垂直直于于薄薄片片時(shí)時(shí)，，電電子子受受到到洛洛侖侖茲茲力力的的作作
用用，，向向內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)偏偏移移，，在在半半導(dǎo)導(dǎo)體體薄薄片片cc、、dd方方向向的的端端面面
之之間間建建立立起起霍霍爾爾電電勢勢。。一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng) 霍霍爾爾元元件件
設(shè)設(shè)霍霍爾爾元元件件為為NN型型半半
導(dǎo)導(dǎo)體體，，當(dāng)當(dāng)它它通通電電流流II
時(shí)時(shí)：：
FF == qqvvBB
LL
當(dāng)當(dāng)電電場場力力與與洛洛侖侖茲茲力力相相等等時(shí)時(shí)，，達(dá)達(dá)到到動動態(tài)態(tài)平平衡衡，，這這時(shí)時(shí)有有
qqEE ==qqvvBB
HH
故故霍霍爾爾電電場場的的強(qiáng)強(qiáng)度度為為
EE ==vvBB
HH
所所以以，，霍霍爾爾電電壓壓UU 可可表表示示為為
HH
UU == EE bb == vvBBbb 設(shè)載流子濃度為n，則
HH
HH一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng) 霍霍爾爾元元件件
流流過過霍霍爾爾元元件件的的電電流流為為
II == ddQQ // ddtt == bbddvvnnqq
得得：： vv ==II // nnqqbbdd
所所以以：：
UU == BBII // nnqqdd
HH
IB
若若取取
RR == 11 // nnqq
則則
U ? R
HH
H H
d
RR
被被定定義義為為霍霍爾爾元元件件的的霍霍爾爾系系數(shù)數(shù)。。顯顯然然，，霍霍爾爾
HH
系系數(shù)數(shù)由由半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料的的性性質(zhì)質(zhì)決決定定，，它它反反映映材材料料霍霍爾爾
效效應(yīng)應(yīng)的的強(qiáng)強(qiáng)弱弱。。一一、、霍霍爾爾效效應(yīng)應(yīng) 霍霍爾爾元元件件
R
設(shè)設(shè)
K ? H
H
d

您好！作為電氣行業(yè)的智能客服助手，我可以為您解釋傳感器技術(shù)與原理的相關(guān)內(nèi)容。 傳感器技術(shù)是一種用于檢測和測量物理量（如溫度、壓力、光照、速度等）并將其轉(zhuǎn)換為電信號的裝置或設(shè)備。它在電氣工程中扮演著至關(guān)重要的角色，因?yàn)檫@些信號可以被電子設(shè)備解讀和處理，進(jìn)而控制各種系統(tǒng)的行為。傳感器的工作原理通?；诓煌奈锢硇?yīng)或化學(xué)反應(yīng)，例如光電效應(yīng)（光敏傳感器）、熱電效應(yīng)（熱敏傳感器）、壓電效應(yīng)（壓力傳感器）等。 傳感器的基本組成部分包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號處理電路。敏感元件負(fù)責(zé)感受外部環(huán)境的變化，轉(zhuǎn)換元件則將這些變化轉(zhuǎn)換為電信號，如電壓或電流變化。信號處理電路則進(jìn)一步放大、濾波或解析這些信號，以便于后續(xù)的分析和控制。 了解傳感器技術(shù)對于設(shè)計(jì)自動化系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)控、智能家居等領(lǐng)域都非常重要。如果您對某個(gè)具體的傳感器類型或者應(yīng)用有疑問，歡迎繼續(xù)提問！