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传感器原理之半导体传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2014/9/28

  利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。所采用的半导体材料多数是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和 Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半导体传感器种类繁多,它利用近百种物理效应和材料的特性,具有类似于人眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感觉功能。


  优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻、便于集成化、智能化,能使检测转换一体化。半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。

  工作原理

  依据:半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。

  在具体应用时, 应先对该色敏器件进行标定。

  测定不同波长的光照射下, 该器件中两只光电二极管短路电流的比值ISD2/ISD1, (ISD1是浅结二极管的短路电流, 它在短波区较大, ISD2是深结二极管的短路电流, 它在长波区较大)。

  确定二者的比值与入射单色光波长的关系。

  根据标定的曲线, 实测出某一单色光时的短路电流比值, 即可确定该单色光的波长。

  半导体温度传感器分为两类:接触型和非接触型。接触型又分为热敏电阻与PN结型两种。

  随着温度的变化,半导体感温器件电阻会发生较大的变化,这种器件称为热敏电阻。常用的热敏电阻为陶瓷热敏电阻,分为负温度系数(NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻和临界温度电阻(CTR)。热敏电阻一般指NTC热敏电阻。

  PN结温度传感器是一种利用半导体二极管、三极管的特性与温度的依赖关系制成的温度传感器。非接触型温度传感器可检出被测物体发射电磁波的能量。传感器可以是将放射能直接转换为电能的半导体物质,也可以先将放射能转换为热能,使温度升高,然后将温度变化转换成电信号而检出。这可用来测量一点的温度,如测温度分布,则需进行扫描。
当对象温度低、只能发射红外线时,则须检出其红外线(见光电导探测器)。

  磁传感器  

  磁传感器主要基于霍尔效应和磁阻效应的原理。利用霍尔效应的器件称为霍尔器件。当施加磁通B 时,电阻增加率墹R/R 可用下式表示。

  式中μ为载流子迁移率。半导体的载流子迁移率(如InAs约为104厘米2/伏秒)比金属(如Cu约为34.8厘米2/伏秒)大得多,所以半导体的磁阻效应很大。

  半导体磁传感器体积小、重量轻、灵敏度高、可靠性高、寿命长,在电子学领域得到应用。此外,还可利用磁效应制作长度与重量传感器、高分辨(0.01度)的倾斜传感器,以及测定液体流量等。

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