传感器技术应用论文

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环境监测及传感器应用论文

环境监测及传感器应用论文

环境监测及传感器应用论文环境监测及传感器应用是一个广泛的研究领域,涵盖了从空气质量、水质、土壤质量到噪音、光照等多个方面的监测和传感器应用。

本文将重点讨论环境监测及传感器应用的重要性、现有技术和未来发展趋势。

首先,环境监测及传感器应用在许多领域都扮演着重要的角色。

例如,在城市规划和建设领域,对城市空气质量、噪音水平和交通拥堵等进行监测可以帮助提高城市的宜居性和可持续性发展。

在农业领域,通过监测土壤质量、水质和气象因素,可以优化农作物的生长条件,提高农产品的产量和质量。

此外,环境监测及传感器应用还在天气预报、应急响应和自然资源保护等方面起着关键的作用。

现有的环境监测及传感器应用技术主要分为两大类:传统传感器和新兴传感器技术。

传统传感器主要包括气象站、水质分析仪器和土壤检测设备等。

这些传感器通常基于物理原理,通过测量特定参数如温度、湿度、光照强度和化学浓度来监测环境质量。

新兴传感器技术则更加创新和多样化。

例如,基于光纤传感器的监测系统能够实时监测水中的污染物浓度和水质变化,而无线传感网络则可以构建大规模的环境监测系统,实现分布式数据采集和处理。

未来,环境监测及传感器应用将面临多个发展趋势。

首先,随着物联网技术的发展,传感器将逐渐与互联网和云计算相结合,实现环境数据的远程传输、存储和分析。

这将使得环境监测的范围更广泛,并帮助制定更为精准的环境保护政策和措施。

其次,新材料的应用将推动环境传感器的发展。

例如,纳米技术的应用可以制备更小、更敏感的传感器,实现对微观环境的监测。

此外,智能传感器和机器学习等技术的结合,将使得环境监测系统更加智能化和自适应性,提高数据质量和数据分析的准确性。

最后,传感器的成本和能耗也将随着技术的发展而不断下降,从而推动大规模环境监测网络的建设和应用。

总之,环境监测及传感器应用在各个领域都具有重要的作用,并且未来发展前景广阔。

通过传统传感器和新兴传感器技术的结合,利用物联网、智能传感器和机器学习等新技术的应用,可以构建更为精准、可靠的环境监测系统,为环境保护和可持续发展提供支持。

传感器的原理及其应用论文范文

传感器的原理及其应用论文范文

传感器的原理及其应用1. 介绍本文将介绍传感器的原理和其在各个领域的应用。

传感器是一种用于检测和测量环境中各种物理量的设备。

它们广泛应用于工业、医疗、环境保护、军事等领域。

本文将首先介绍传感器的工作原理,然后详细讨论传感器在不同领域的应用。

2. 传感器的工作原理传感器的工作原理基于各种物理现象,如光电效应、热敏效应、压电效应等。

以下是几种常见的传感器工作原理:2.1 光电传感器光电传感器利用光电效应测量光的强度和特性。

当光照射到光电传感器上时,光会激发光电元件内的电子,产生电流。

通过测量电流的大小,可以得知光的强度和特性。

光电传感器广泛应用于自动化控制、安防和光通信等领域。

2.2 温度传感器温度传感器根据物质的热敏性质来测量温度。

常见的温度传感器包括热电偶和热电阻。

热电偶利用两种不同金属的电极在不同温度下产生电势差,从而测量温度。

热电阻则根据电阻值随温度变化的特性来测量温度。

温度传感器广泛应用于气象、工业过程控制和家用电器等领域。

2.3 压力传感器压力传感器用于测量压力的大小。

它们通过将压力转化为力或位移,再测量这些参数来得知压力。

常见的压力传感器包括电阻应变式传感器和压电传感器。

电阻应变式传感器根据压力引起的电阻变化来测量压力。

压电传感器则利用压电效应,将压力转化为电荷来测量压力。

压力传感器广泛应用于工业自动化、汽车、航空航天等领域。

2.4 气体传感器气体传感器用于检测环境中的气体浓度。

常见的气体传感器包括气敏传感器和红外线传感器。

气敏传感器基于物质与气体之间的化学反应来测量气体浓度。

红外线传感器利用气体对红外线的吸收特性来测量气体浓度。

气体传感器广泛应用于空气质量监测、工业过程控制和燃气检测等领域。

3. 传感器的应用传感器在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个领域中传感器的应用示例:3.1 工业控制在工业控制中,传感器被用于监测和控制生产过程中的各种参数。

例如,温度传感器可用于监测设备和物料的温度,以确保生产过程的稳定性。

温度传感器应用及发展论文

温度传感器应用及发展论文

温度传感器应用及发展论文温度传感器是一种用于测量环境温度的设备,广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。

本文将探讨温度传感器的应用及其发展趋势。

首先,温度传感器在工业领域的应用非常广泛。

工业生产过程中,许多设备和材料的性能受温度影响较大,因此需要实时监测和控制温度。

温度传感器可以用于监测炉温、冷却水温度、液体流体温度等,以确保工业生产的稳定性和安全性。

此外,温度传感器还可以用于监测电子设备的温度,防止过热导致设备损坏。

其次,温度传感器在农业领域也有重要的应用。

农作物的生长和发育受温度影响较大,因此需要实时监测和控制温度,以提供适宜的生长环境。

温度传感器可以用于监测温室内外的温度,帮助农民调节温室内的温度,提高农作物的产量和质量。

此外,温度传感器还可以用于监测土壤温度,帮助农民合理安排灌溉和施肥,提高农作物的生长效率。

此外,温度传感器在医疗领域也有重要的应用。

医疗设备和药品的存储和运输过程中,温度的控制非常重要。

温度传感器可以用于监测药品和疫苗的温度,确保其在适宜的温度范围内保存和运输,以保证其有效性和安全性。

此外,温度传感器还可以用于监测患者的体温,帮助医生及时发现和处理患者的疾病。

最后,温度传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面。

首先,随着物联网技术的发展,温度传感器将更加智能化和网络化。

传感器可以通过无线网络与其他设备进行通信,实现远程监测和控制。

其次,温度传感器将更加小型化和集成化。

传感器的体积将更小,功耗更低,可以更方便地嵌入到各种设备中。

再次,温度传感器的精度和稳定性将得到进一步提高。

传感器的测量精度将更高,能够更准确地反映温度变化。

此外,传感器的稳定性也将得到提高,能够在恶劣环境下长时间稳定工作。

最后,温度传感器将更加多样化和多功能化。

传感器将具备多种测量模式和功能,以满足不同领域的需求。

综上所述,温度传感器在工业、农业、医疗等领域有着广泛的应用。

随着物联网技术的发展,温度传感器将更加智能化、小型化、精确化和多功能化。

毕业论文《光电传感器技术的新发展及应用》

毕业论文《光电传感器技术的新发展及应用》

摘要摘要在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。

由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。

这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

关键字:光电元件传感器分类传感器应用摘要ABSTRACTThe photoelectric transducer adopts the photoelectric component as the transducer measuring the component. It changes the change measured into a change of the optical signal at first, then further change the optical signal into an electric signal through the photoelectric component. The photoelectric transducer is generally made up of light source, optical thorough fare and photoelectric component three parts. The photoelectric detection method has precision high, reacts fast, advantage of exposed to ing etc.s, and can examine the parameter more,the transducer is of simple structure, the form is flexible, so, it is very extensive that the photoelectricity type transducer is employed in measuring and controlling. The photoelectric transducer realizes the key component that the photoelectricity changes in various photoelectric detection systems, it change into electric device of signal optical signal (infrared can seeing and purple other ray radiation). The photoelectricity type transducer is regarded photoelectric device as and changed the transducer of the component. It was not electric consumption that it caused the light quantity to change directly that it can be used for measuring, only strong, illuminance, radiation examine warmly, the gas composition is analyzed etc.; Other ones that can also be used and measured and can change into a light quantity and change are not the electric consumption such as part diameter, surface roughness, meets an emergency, the displacement, vibration, pace, acceleration, and the form of object, discernment of working state,etc.. The photoelectricity type transducer is not exposed to, respond the fast, reliable characteristic of performance, so won extensive application in the industrial automation device and machine philtrum. In recent years, new Devices photoelectric constantly emerge, especially CCD picture the births of transducer, transducers photoelectric the further to last chapter innovated to turn on.Keywords:Photoelectric component Transducer classification Application of transducer目录第一章绪论 (1)1.1 传感器发展史 (1)1.2光电传感概述 (2)第二章光电传感器基本原理 (3)2.1 光电效应 (3)2.2 光电元件及特性 (3)2.3 光电传感器 (6)第三章 CCD传感器 (11)3.1 光固态图象传感器 (11)3.1.1 CCD的结构和基本原理 (11)3.1.2 线型CCD图像传感器 (12)3.1.3 面型CCD图像传感器 (13)3.2 C CD图像传感器应用 (15)3.2.1 工件尺寸检测 (15)3.2.2 CCD传感器在公共交通上的应用 (16) 第四章光纤传感器 (17)4.1 光纤传感器的原理和组成 (17)4.2 光纤传感器的类型及特点 (17)4.3 光纤传感器的应用领域 (18)4.4 光纤传感器(FOS)应用原理 (20) 4.5 光纤传感器的实际应用 (21) 4.5.1 光纤液位传感器 (22)4.5.2 电力工业中的应用 (22)第五章其它光电传感器 (25)5.1 高速光电二极管 (25)5.1.1 PIN结光电二极管 (25)5.1.2 雪崩光电二极管(APD) (26) 5.2 色敏光电传感器 (26)5.3 光位置传感器 (27)第六章总结与展望 (29)6.1 总结 (29)6.2 展望 (30)致谢 (31)参考文献 (33)第一章绪论 1第一章绪论1.1 传感器发展史传感技术的发展经历了三个阶段,即结构型传感器、物性型传感器和智能型传感器,其测量技术、方法和特点的发展历程见表1。

传感器原理以及应用的论文

传感器原理以及应用的论文

传感器原理以及应用1. 介绍传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量和化学量的设备或装置,广泛应用于工业、农业、医疗和消费电子等领域。

本文将介绍传感器的工作原理以及其在不同领域的应用。

2. 传感器的工作原理传感器的工作原理基于不同的物理效应,常见的工作原理包括电阻、电容、电感、磁阻、热敏、光敏、声敏和化学敏感等。

2.1 电阻传感器电阻传感器是基于材料的电阻随外界物理量变化而变化的原理工作的。

常见的电阻传感器包括压力传感器、温度传感器和光敏电阻等。

2.2 电容传感器电容传感器是基于材料的电容随外界物理量变化而变化的原理工作的。

常见的电容传感器包括湿度传感器和接近传感器等。

2.3 电感传感器电感传感器是基于材料的电感随外界物理量变化而变化的原理工作的。

常见的电感传感器包括接近传感器和速度传感器等。

2.4 磁阻传感器磁阻传感器是基于材料的磁阻随外界物理量变化而变化的原理工作的。

常见的磁阻传感器包括磁力传感器和角度传感器等。

2.5 热敏传感器热敏传感器是基于材料的电阻随温度变化而变化的原理工作的。

常见的热敏传感器包括温度传感器和热流量传感器等。

2.6 光敏传感器光敏传感器是基于材料的电阻或电压随光线强度变化而变化的原理工作的。

常见的光敏传感器包括光电传感器和光纤传感器等。

2.7 声敏传感器声敏传感器是基于材料的电阻或电压随声音强度变化而变化的原理工作的。

常见的声敏传感器包括声压传感器和声音传感器等。

2.8 化学敏感传感器化学敏感传感器是基于材料的电阻或电压随化学物质浓度变化而变化的原理工作的。

常见的化学敏感传感器包括气体传感器和化学传感器等。

3. 传感器的应用传感器在各个领域都有广泛的应用,以下列举了一些常见的应用场景。

3.1 工业自动化•温度传感器用于监测和控制工业过程中的温度变化。

•压力传感器用于测量液体或气体的压力,用于流量控制和工艺控制。

•光电传感器用于检测和计数生产线上的物体,实现自动包装和分拣。

温度传感器论文 (2)

温度传感器论文 (2)

温度传感器论文摘要本论文研究了温度传感器在工业自动化领域中的应用。

首先介绍了温度传感器的原理和分类。

然后详细讨论了温度传感器在自动化控制系统中的作用。

接着探讨了温度传感器的性能指标以及影响温度传感器精度的因素。

最后,通过实验验证了温度传感器的可靠性和精度。

引言温度是一个重要的物理量,在工业生产和实验研究中具有广泛的应用。

温度传感器作为测量温度的主要工具,其在工业自动化领域中起到了至关重要的作用。

本论文旨在研究温度传感器的原理和应用,以及其在自动化控制系统中的作用。

温度传感器的原理和分类温度传感器是一种能够将物理量(温度)转换成电信号的装置。

根据原理的不同,温度传感器可以分为电阻式温度传感器、热电偶和热敏电阻等多种类型。

电阻式温度传感器电阻式温度传感器是利用材料的温度对电阻值产生影响的原理来测量温度的。

常见的电阻式温度传感器有铂电阻温度传感器(PT100)、铜电阻温度传感器(CT100)等。

其中,PT100是一种常用的高精度温度传感器,广泛应用于温度测量领域。

热电偶热电偶是利用两种不同金属的热电效应来测量温度的。

它由两段不同金属的导线组成,两段导线的接触处称为冷端,另一端则称为热端。

当热电偶的热端与被测温度相接触时,产生的温差会在电压表上显示出热电动势,进而推算出温度。

热敏电阻热敏电阻是指在不同温度下电阻值发生变化的电阻。

常见的热敏电阻有二极管热敏电阻和热敏电阻。

热敏电阻的工作原理是基于半导体材料的特性,通过测量电阻值来间接反映温度。

温度传感器在自动化控制系统中的作用温度传感器在自动化控制系统中扮演着非常重要的角色。

它可以实时感知环境温度,并将温度信号转换为电信号输送给控制器。

控制器根据温度传感器的反馈信号来调整系统的工作状态,以达到设定温度的目标。

温度传感器的准确性和稳定性对系统的控制精度至关重要,因此选择合适的温度传感器对系统性能至关重要。

温度传感器的性能指标精度精度是指温度传感器输出值与真实温度之间的误差。

传感器的基本原理及应用领域论文

传感器的基本原理及应用领域论文

传感器的基本原理及应用领域一、传感器的基本原理传感器是一种能够感知和测量某种物理量并将其转化为可用信号的设备。

传感器的工作原理通常基于不同的物理现象,如电磁感应、压力变化、声波传播等。

以下是几种常见的传感器工作原理:1. 光电传感器光电传感器利用物体对光的反射、散射或吸收的变化来检测物体的存在、位置或其他属性。

光电传感器包括光敏电阻、光电二极管和光电晶体管等。

它们通过光敏元件的电阻、电流或电压的变化来感知光的强度或改变。

2. 温度传感器温度传感器是测量物体的温度变化的设备。

常用的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器。

热电偶通过两个不同金属的焊接点之间产生的温差来测量温度变化。

热电阻则是通过材料的电阻随温度变化而产生的变化来测量温度。

半导体温度传感器利用半导体材料的电阻随温度的变化来测量温度。

3. 压力传感器压力传感器是测量物体受力或气体液体压力的设备。

它们根据物体受力或压力改变导致的变形或变量来测量压力。

常见的压力传感器有电阻式、电容式和压阻式传感器。

电阻式传感器是将变形或变量转化为电阻改变来测量压力。

电容式传感器则是将变形或变量转化为电容改变来测量压力。

压阻式传感器则是测量物体受力产生的压阻值来获得压力信息。

二、传感器的应用领域传感器在各个领域都有广泛的应用,以下列举了几个常见的应用领域:1. 工业自动化传感器在工业自动化中发挥着关键作用。

例如,温度传感器可以用于监测和控制工业过程中的温度变化。

压力传感器可以用于监测液体或气体管道中的压力变化。

光电传感器可以用于检测物体的存在和位置,实现自动化的装配和分拣。

2. 医疗健康传感器在医疗健康领域的应用越来越广泛。

例如,心率传感器可以测量人体的心跳情况,用于心率监测和心脏疾病检测。

血压传感器可以测量人体的血压水平,用于高血压和低血压的监测和治疗。

体温传感器可以测量人体的体温,用于发热疾病的检测和监测。

3. 环境监测传感器在环境监测中发挥着重要作用。

传感器的原理及其应用论文

传感器的原理及其应用论文

传感器的原理及其应用论文摘要本论文主要介绍了传感器的原理及其在各个领域中的应用。

首先,论文阐述了传感器的定义和基本原理。

接着,详细讨论了各种类型传感器的工作原理,包括光学传感器、压力传感器、温度传感器等。

随后,论文探讨了传感器在环境监测、医疗领域、智能交通系统、工业生产等领域的应用案例。

最后,论文总结了传感器的发展趋势和未来的研究方向。

1. 引言传感器是一种能够感知环境中各种物理量并将其转化为可用信号的设备。

它是现代科技中不可或缺的一部分,广泛应用于各个领域。

本章将介绍传感器的基本概念,以及其在不同领域中的重要性和应用前景。

2. 传感器的定义和基本原理2.1 定义传感器是一种能够感知并感知环境中某种物理量,并将其转化为可以用来测量、监测或控制的其他形式的信号的设备。

2.2 基本原理传感器的基本原理是通过感受外部物理量的变化,并将其转化为可测量的电信号或其他形式的输出信号。

传感器通常包括感受部件、转换部件、输出部件和电路部分。

3. 传感器类型及其工作原理3.1 光学传感器光学传感器是一种利用光学原理检测并测量环境物理量的传感器。

它通过感受环境中光线的变化来判断目标物体的位置、颜色、形状等特征。

光学传感器工作原理可分为透射式光电传感器、反射式光电传感器和光纤传感器等。

3.2 压力传感器压力传感器是用于测量系统中气体或液体压力的传感器。

它通过感受被测介质对传感器施加的力来转化为电信号输出。

按其测量原理可分为机械式压力传感器、电阻式压力传感器和微电子压力传感器等。

3.3 温度传感器温度传感器是用于测量环境中温度变化的传感器。

常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器等。

这些传感器通过测量物体的温度并将其转化为电流或电压信号来实现温度测量。

4. 传感器的应用案例4.1 环境监测传感器在环境监测中起着重要的作用。

例如,大气压力传感器可以用于气象学研究和天气预报,土壤温湿度传感器可以用于农业生产监测,水质传感器可以用于水环境监测等。

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论文关键词:单晶材料多晶材料非晶材料非晶硅非晶磁性材料非晶传感器论文摘要:摘要:对敏感功能材料研究开发所呈现的主要趋势之一就是从单晶材料向多晶材料和非晶材料方向过渡发展。

由于非晶材料具有光吸收系数高、基片材料的限制性小、性能易于扩展、制作工艺简单等优点,因而受到多方面青睐。

本文侧重介绍非晶材料的现状、基本特性及其在传感器中的应用与展望。

一、引言最近,对敏感功能材料的研制开发所呈现的主要趋势之一就是从单晶材料向多晶材料和非晶材料的方向过渡发展。

到目前为止,传感器中应用的敏感功能材料多为单晶材料,特别是物理类传感器更是如此。

例如,光敏传感器一直就是用Si、GaAs 之类的单晶半导体。

另一方面,气敏传感器主要由多晶材料或多孔陶瓷构成。

陶瓷由粉末混合物经模压、烧结而形成。

采用理想特性的原材料并对烧结工艺严加管制,便可制成一种精细陶瓷,使之应用于传感器,从而开辟了陶瓷拓宽应用的新天地。

单晶传感器仅利用了晶体的体性能,而多晶传感器和陶瓷传感器则利用了多孔性和晶粒边界特性,从而开辟了拓宽应用于气敏传感器和热敏传感器的新途径。

非晶材料大致分为非晶磁性材料和非晶半导体材料。

引人注目的非晶合金现已步入实用阶段,特别是近年来又在基础和应用方面作了深入研究,从而了解非晶金属在结晶状态所具有的独特物性,使之拓宽应用于传感器,颇具实用价值。

二、背景材料以及非晶材料的应用现状随着人类认识的发展和技术的进步,从20 世纪50 年代涌现了若干新型非晶态材料,包括非晶合金、非晶半导体、非晶超导体、非晶离子导体和有机高分子玻璃等。

其中非晶合金中原子的混乱排列情况类似于玻璃,故又称为金属玻璃。

金属玻璃可由多种工艺制备,所有工艺都涉及将合金从液态或气态快速凝固,凝固过程非常快以致将原子的液体组态冻结下[1-3]。

它们在热力学上处于亚稳状态,在晶化温度以上即可克服一定大小的能垒而转变成晶态。

研究表明,非晶态结构上与液体相似(见图1) ,原子排列是短程有序的;从总体上来说是长程无序的,宏观上可将其看作均匀、各向同性的。

非晶态结构的另一个特点是热力学的不稳定性,存在向晶态转化的趋势,即原子趋于规则排列。

为了进一步了解非晶态的结构,通常在理论上把非晶态材料中原子的排列情况模型化,其模型归纳起来可分为两大类。

一类是不连续模型,如微晶模型、聚集团模型等;另一类是连续模型,如连续无规则网格模型、硬球无规密堆模型等。

虽然所建立的种种模型[4]于描述非晶态材料的真实结构还不够精确。

但在解释非晶态材料的某些特性如弹性、磁性上,还是取得了一定的成功。

非晶态合金的长程无序、短短有序的特性导致非晶态金属有着良好的机械性能、优良的化学性能以及优异的软磁性能。

图1 气、液、晶态和非晶态双体分布函数[5 ]1、非晶磁性材料非晶磁性材料是杜韦斯(Duwes)1960 年用液体淬火法率先合成的,如今这种敏感功能材料已在传感器中得到日益广泛的应用,而且展望未来还可用于更大的发展。

非晶磁性材料具有下列特性:①缺乏晶体材料所具有的磁各向异性,导磁率高,损耗小。

也就是说,旋转磁化容易,各向磁场灵敏度高,因此,可用来构成高灵敏度磁场计或磁通量传感器。

现已相继开发出应力ˉ磁效应式高灵敏度应力传感器、磁致伸缩效应式机械传感器。

②具有高电阻率(比坡莫合金高几倍),因此,即使是在高频范围内也能得到较小的涡流损耗和极好的磁特性,有效利用此特性便可开发研制出磁性晶体难以实现的快速响应传感器。

③不存在晶粒边界、位错等晶体材料固有的缺陷,因而机械强度高,抗化学性强。

④直到居里温度(近似为200~500K),其组合成分均可随意确定。

因此,可望用于开发研制快速响应温度传感器。

2、非晶硅非晶硅自1976 年由斯皮尔(Spear)通过控制手段对其掺杂以来,在光生伏打方面的应用是人所共知的。

例如,内置非晶硅太阳电池的袖珍计算器现已普及化,比比皆是。

非晶硅用作传感器敏感功能材料有很大潜力,主要表现在非晶硅具有一般晶体材料难以得到的特性:①可见光范围内非晶硅的光吸收系数高;②使微晶相与非晶相混合,可得到类晶体性能;③淀积温度低(200℃~300℃),可随意选用基片材料,如可用有机膜;④可淀积均匀性良好的大面积薄膜;⑤淀积膜的长期稳定性和可靠性良好;⑥可在曲面和平面上淀积薄膜;⑦可应用光刻工艺;⑧可用非晶材料制作有源和无源元件,可在多种基片材料上生长,可用来制作三维电路。

三、非晶材料的基本特征非晶金属材料具有下述基本特性:1、高透磁率Co 基高透磁率非晶金属由Co、Si、Fe、B 主成分组成,添加Mn、Nb、Mo、Cr 等元素。

图2所示为透磁率—频率特性,并与结晶材料作了比较。

图示表明,非晶材料从低频到高频领域均为高的透磁率。

为了得到高透磁率,须严密控制组合成分,使磁致伸缩常数大致为零,极力减小在制造过程中及热处理过程中容易发生的感应磁各向异性,如此便可获得高透磁率。

再就非晶材料的实用性而言,至关重要的一点就是时效稳定性问题。

非晶是亚稳定物质,因而当升温达结晶温度以上时就起结晶作用。

因此,磁特性、机械特性便随之大幅度降低。

这样即使在结晶温度以下的温度领域,磁特性也呈现缓慢变化现象。

通过精心热处理,可望减小时效变化。

但对使用温度环境下的时效稳定性,须抓住充分斟酌、精心设计这一重要环节。

图2 高透磁率Co基非晶金属的有效透磁率—频率特性2、低铁耗、大仰角组合成分为Co 基材料,与高透磁率为同一系统。

由于转换电源用的饱和扼流圈等的B-H 曲线(磁化曲线)需用大仰角,因而通过热处理使磁心的磁路方向发生感应各向异性,如此便可获得低铁耗、大仰角的磁特性。

表1 低铁耗大仰角非晶金属的磁特性注:*1.片厚20μm *2.片厚100μm3、高饱和磁通密度基本组合成分为Fe、Si、B,以提高耐蚀性、降低铁耗为目的,还可适量添加Cr、Ni、Nb 等元素。

表3 列出高饱和磁通密度Fe 基非晶金属的磁特性,并与方向性硅钢板作了比较。

铁耗要比硅钢小1/3~1/5。

4、高磁通密度由于Fe 基非晶金属无结晶磁各向异性,透磁率大,而且磁致伸缩大,即使是弱磁场也能发生大的磁致伸缩,因而作为磁致伸缩材料的应用开发相当活跃。

非晶材料的k 值显著大于结晶材料。

可用作超声波元件而特别引人注目。

四、应用由于非晶材料具有光吸收系数高、基片材料限制小、性能易于扩展、制作工艺简单等优点,因而作为敏感功能材料倍受青睐,现已日益广泛应用于各种传感器。

图3所示为主要用例。

图3 非晶硅传感器1、光传感器[6]有效利用非晶硅的特性便可研制成高性能的光传感器。

非晶硅光传感器有光导电池式和光敏二极管式2 种。

光敏二极管具有与太阳电池相同的p-i-n 结构,非晶硅光敏二极管的灵敏度和响应时间与单晶硅光敏二极管相近。

①导电池图6 所示为未掺杂非晶硅的一个典型特性—光导性与单色光强度的函数关系。

在1mW/cm2 的光照下非晶硅的光导性增大3 个数量级,衰减时间约为10ms,其时间拖尾长。

②光敏二极管图3 所示为非晶硅pin 型光敏二极管的结构简图。

图4 所示为不同波长时短路电流与单色光强度的函数关系。

在很宽的范围内短路电流与光强度均成线性比例关系。

波长较短时其短路电流比波长较长时大6~9 倍。

图5 所示为非晶硅二极管的响应时间与负载电阻特性的关系曲线。

响应时间依赖于负载电阻,影响响应时间的决定因素是RC常数。

在同样的负载电阻下对绿光的响应时间比对红光的长,绿光时的导通时间为μs,截止时间为μs。

图3 Pin型光敏二极管结构图图4 短路电流与单色光强度的函数关系。

图5 非晶硅响应时间与浮在电阻的特性的关系曲线③色传感器利用非晶硅特性研制成集成型全色传感器。

图6 示出结构不同的3 种集成型色传感器。

用这类传感器至少可识别12 种颜色。

图7 所示为集成型色传感器的光谱响应特性及其与温度的关系。

集成型色传感器由红光传感器、绿光传感器及蓝光传感器3 个光传感器组成。

当其入射光的强度与相对的波长为均匀状态时,红光、绿光和蓝光传感器的灵敏度比为5:3:2。

在20℃~60℃的温度范围内,蓝光传感器和红光传感器的光谱响应变化很小,集成型非晶硅色传感器的响应时间约为1μs。

图6 集成型色传感器的结构图7 集成型色传感器的光谱响应特性及其与温度的关系④单片光耦合器任意类型的基片上可在淀积非晶硅,利用此特性来制作单片光耦合器,将非晶硅光敏二极管直接形成在GaP 发光二极管上。

非晶硅GaP 单片光耦合器的结构简图如图8所示,其电流传输比为%,响应时间为10μs。

通过优化器件结构,可望进一步提高其性能。

单片光耦合器是非晶硅光敏二极管的一个应用实例。

图8 弹片光耦合器的结构简图⑤图像传感器线性光传感器的结构简图如图9 所示,研制成宽度为216mm 的传感器阵列,内含1728 个象素。

图10 示出在单晶硅基片上制作的图象传感器,由MOS 型扫描器和非晶硅光导层组成。

模式识别传感器是图像传感器的另一个应用实例。

图11 示出模式识别传感器的结构简图,由设置在2 块透明板之间的光传感器阵列(16×16,2×2mm)构成。

图9 线性光传感器的结构简图图10 固态图像传感器的结构简图图11 模式识别传感器的结构简图2、温度传感器首先介绍西贝克效应[7]:如下图11所示,所谓西贝克效应就是指当一种材料两端有温度差时,在材料内部将形成电场,相应的存在电动势。

若把材料两端相连成闭合电路,线路中有电流通过。

通常用温差电动势率来表示这一电动势,它是材料两端单位温度差引起的温差电动势,对于晶态半导体,可推出其温差电动势率S为,图12 西贝克效应示意图式中q为电子电荷的绝对值,A-和A+是接近1的常数,可以推出对于n型,QUOTE n<0,Sp>0。

因此,可以通过测量温差电动势的正负的办法来判断半导体的导电类型。

金属温差电动势比晶态半导体要小得多,一般金属的费米能级数量级为几个电子伏特,因此金属的温差电动势绝对值约为几个QUOTE ,而晶态半导体的温差电动势率绝对值在室温时可达几百QUOTE 对于一般的非晶态半导体温差效应,与它的三种导电机制相对应,它的温差电效应也分成三个不同温度讨论。

当温度足够高时,以扩展态中的电子导电为主时,非晶态半导体的温差电动势与晶态半导体很类似,它们的n型和p型半导体具有相同的表达式。

随着温度降低,当以带尾局域态电子导电时,非晶态半导具有1式和2式的形式,只是式中的EC和EV分别换成EA 和EB,A-,A+值更小。

当温度进一步降低,以禁带中的缺陷局域态中的电子导电为主时,非晶态半导体的温差电动势率S有类似于金属的形式,同样S值很小,符号可正可负,取决于对电流做主要贡献的电子能态是位于费米能级EF的上方还是下方。

图13示出非晶硅的热电势与温差的关系。

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