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新型傳感器有以下幾種，請(qǐng)你看哪種合適吧
點(diǎn)擊次數(shù)：4232 發(fā)布時(shí)間：2017-9-1
新型傳感器有以下幾種，請(qǐng)你看哪種合適吧
一、固態(tài)圖象傳感器（CCD）
其工作過(guò)程是：首先由光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)物體成象在CCD的受光面上，受光面下的許多光敏單元形成了許多象素點(diǎn)，這些象素點(diǎn)將投射到它的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)并存儲(chǔ)。然后在時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制下，將反映光象的被存儲(chǔ)的電荷信號(hào)讀取并順序輸出，從而完成了從光圖象到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。CCD傳感器由MOS電容組成，金屬和Si襯底是電容器兩極，SiO2為介質(zhì)。在金屬柵上加正向電壓UG，Si中的電子被吸引到襯底和SiO2的交界面上，空穴被排斥，于是在電極下形成一個(gè)表面帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)。
1.CCD的基本結(jié)構(gòu)和原理
CCD的基本結(jié)構(gòu)，是在N型或P型硅襯底上生成一層厚度約120nm的二氧化硅層，然后在二氧化硅層上依一定次序沉積金屬電極，形成MOS電容器陣列，zui后加上輸入和輸出端便構(gòu)成了CCD器件。CCD的工作原理是建立在CCD的基本功能上，即電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移。
（1）電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ) 構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器，結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體以P型硅為例，金屬電極和硅襯底是電容器兩極，SiO2為介質(zhì)。在金屬電極（柵極）上加正向電壓 G時(shí)，由此形成的電場(chǎng)穿過(guò)SiO2 薄層，吸引硅中的電子在Si―SiO2的界面上，而排斥Si－SiO2界面附近的空穴，因此形成一個(gè)表面帶負(fù)電荷，而里面沒(méi)有電子和空穴的耗盡區(qū)。與此同時(shí)，Si－SiO2界面處的電勢(shì)（稱表面勢(shì) S）發(fā)生相應(yīng)變化，若取硅襯底內(nèi)的電位為零，表面勢(shì) S的正值方向朝下，如圖1-45b所示。當(dāng)金屬電極上所加的電壓 G超過(guò)MOS晶體上開(kāi)啟電壓時(shí)，Si－SiO2界面可存儲(chǔ)電子。由于電子在那里勢(shì)能較低，可以形象地說(shuō)，半導(dǎo)體表面形成了電子勢(shì)阱，習(xí)慣稱貯存在MOS勢(shì)阱中的電荷為電荷包。圖示
當(dāng)光信號(hào)照射到CCD硅片表面時(shí)，在柵極附近的耗盡區(qū)吸收光子產(chǎn)生電子--空穴對(duì)。這時(shí)在柵極電壓 G的作用下，其中空穴被排斥出耗盡區(qū)而電子則被收集在勢(shì)阱中，形成信號(hào)電荷存儲(chǔ)起來(lái)。如果 G持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，則在各個(gè)MOS電容器的勢(shì)阱中蓄積的電荷量取決于照射到該點(diǎn)的光強(qiáng)。因此，某MOS電容器勢(shì)阱中蓄積的電荷量，可作為該點(diǎn)光強(qiáng)的度量。
（2）電荷包的轉(zhuǎn)移
若MOS電容器之間排列足夠緊密（通常相鄰MOS電容電極間隙小于3μm），使相鄰MOS電容的勢(shì)阱相互溝通，即相互耦合，那么就可使信號(hào)電荷（電子）在各個(gè)勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移，并力圖向表面勢(shì) Szui大的位置堆積。因此，在各個(gè)柵極上加以不同幅值的正向脈沖 G，就可改變它們對(duì)應(yīng)的MOS的表面勢(shì) S，亦即可改變勢(shì)阱的深度，從而使信號(hào)電荷由淺阱向深阱自由移動(dòng)。三個(gè)MOS電容器在三相交迭脈沖電壓作用下，其電荷包耦合轉(zhuǎn)移過(guò)程如圖所示。
（3）電荷的輸出（檢測(cè)） CCD中電荷信號(hào)的輸出方式有多種方法，浮置擴(kuò)散放大器輸出結(jié)構(gòu) 如圖所示。
2.CCD的應(yīng)用
二、光纖傳感器
光纖傳感器以光學(xué)量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以光信號(hào)為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導(dǎo)纖維輸送光信號(hào)的傳感器。按光纖的作用，光纖傳感器可分為功能型和傳光型兩種。功能型光纖傳感器既起著傳輸光信號(hào)作用，又可作敏感元件；傳光型光纖則僅起傳輸光信號(hào)作用。
1.光纖結(jié)構(gòu)及傳光原理
光纖一般為圓柱形結(jié)構(gòu)，由纖芯、包層和保護(hù)層組成。纖芯由石英玻璃或塑料拉成，位于光纖中心，直徑為5~75μm；纖芯外是包層，有一層或多層結(jié)構(gòu)，總直徑在100~200μm左右，包層材料一般為純SiO2中摻微量雜質(zhì)，其折射率 2略低于纖芯折射率 1；包層外面涂有涂料（即保護(hù)層），其作用是保護(hù)光纖不受損害，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，保護(hù)層折射率 3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2。這種結(jié)構(gòu)能將光波限制在纖芯中傳輸。全反射原理 光纖傳播原理
2.光纖傳感器的應(yīng)用
1.記數(shù)裝置 2.液位控制裝置
3.光纖位移傳感器 4.反射型光纖傳感器
5.受抑全內(nèi)反射型傳感器 6.棱鏡式全內(nèi)反射型傳感器
三、非晶態(tài)合金傳感器
非晶態(tài)合金是70年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型材料，具有非常*的微觀結(jié)構(gòu)，其原子排列無(wú)規(guī)則，即長(zhǎng)程無(wú)序；而鄰近原子的數(shù)目和排列有規(guī)則，即短程有序；它沒(méi)有晶態(tài)合金中常見(jiàn)的晶界缺陷，但整體上又有很高的缺陷密度，達(dá)10/以上。這種結(jié)構(gòu)使得非晶態(tài)合金具有許多優(yōu)異特性，而成為新一代功能材料，在電子、電力和機(jī)械等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。
非晶態(tài)合金作為傳感器的敏感材料，完成轉(zhuǎn)換功能多與物理現(xiàn)象有關(guān)，屬于物理敏感材料。目前發(fā)現(xiàn)它zui主要的敏感功能是機(jī)械量、電學(xué)量和磁學(xué)量三者之間的相互轉(zhuǎn)換及相互影響。
1.磁--機(jī)變換功能與傳感器
磁致伸縮效應(yīng)是用磁化使試件產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變。鐵基非晶態(tài)合金薄帶具有高磁致伸縮特性，與光纖結(jié)合構(gòu)成光纖Mach - Zehnder干涉型弱磁場(chǎng)傳感器。除磁場(chǎng)檢測(cè)外，可用非晶態(tài)合金磁致伸縮效應(yīng)檢測(cè)溫度、距離和物位等物理量。
逆磁致伸縮效應(yīng)是試件受機(jī)械應(yīng)力后其磁化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。利用此效應(yīng)可檢測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、扭矩、沖擊、聲音、壓力和振動(dòng)等。
典型力傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中非晶態(tài)合金做成電感線圈磁芯，當(dāng)磁芯應(yīng)力變化時(shí)，非晶態(tài)合金磁化率會(huì)發(fā)生變化，以致線圈電感發(fā)生變化，其電感量L與應(yīng)力 有一定關(guān)系。
壓力傳感器 張力傳感器
2.磁--電變換功能與傳感器
非晶態(tài)合金的磁--電變換功能，主要指利用非晶態(tài)合金的物理效應(yīng)將磁場(chǎng)參數(shù)變化轉(zhuǎn)換成電量的功能。主要物理效應(yīng)有電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)等。
電磁感應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律描述。設(shè)有一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁芯，其上繞有匝數(shù)為 N 的線圈，則線圈會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)式中
--穿過(guò)線圈的磁通量；
--磁芯的截面積；
--磁芯導(dǎo)磁率；
--磁場(chǎng)強(qiáng)度。
由上式可見(jiàn)：在恒定磁場(chǎng)偏置下，通過(guò)逆磁致伸縮效應(yīng)把應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)換成導(dǎo)磁率 的變化，再通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)變化，可做成力傳感器；若材料導(dǎo)磁率 不隨時(shí)間變化，可用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，做成磁場(chǎng)傳感器。
四、智能傳感器
到目前為止，還尚未有統(tǒng)一的智能傳感器定義。一般認(rèn)為：傳感器與微處理器結(jié)合并賦予人工智能的功能，又兼有信息檢測(cè)與信息處理功能的傳感器就是智能傳感器。