第一篇：酒精氣敏傳感器以及濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

西昌學(xué)院實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓名及學(xué)號：劉凱（0911060010）田時茂（0911060019）夏輝（0911060029）王波（0911060034）專業(yè)：09級電子信息工程

日期：2011年 04月25日

一 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握酒精氣敏傳感器和濕敏傳感器的測量方法。

2.掌握測量電路

3.了解其它氣敏傳感器和濕敏傳感器的應(yīng)用 二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.利用酒精氣敏傳感器測量傳感器的范圍

2.利用濕敏傳感器測量其濕度范圍 三 實(shí)驗(yàn)器材

試驗(yàn)臺，酒精氣敏傳感器，濕敏傳感器，導(dǎo)線若干，5v電壓表一個 四 基本原理

1.通過氣敏原件的將酒精氣體的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，測量電壓變化

2.通過濕敏原件將濕度轉(zhuǎn)換為電壓信號，測量電壓變化 五 試驗(yàn)步驟

1.準(zhǔn)備元器件

2.搭接好測量電路

3.測量電壓信號變化范圍，得出濕度和酒精濃度的變化范圍 六 實(shí)驗(yàn)電路如圖 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱:酒精氣敏傳感器以及濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)序號：7指導(dǎo)老師：施智雄

第二篇：磁敏傳感器總結(jié)

磁敏傳感器總結(jié)

磁敏傳感器是利用半導(dǎo)體材料中的自由電子或空穴隨磁場改變其運(yùn)動方向這一特性而制成的傳感器件。磁敏傳感器一般被用來檢測磁場的存在、變化、方向以及磁場強(qiáng)弱，以及可引起的磁場變化物理量。目前的傳感器的品種很多，例如霍爾器件，磁敏二極管、三極管，半導(dǎo)體型磁敏電阻器件，以及AMR、GMR磁敏傳感器，GMI（巨磁阻抗）傳感器等。磁敏傳感器的理論基礎(chǔ)是霍爾效應(yīng)或磁阻效應(yīng) 1.霍爾效應(yīng)

在霍爾片（霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體薄片，一般采用N型的鍺、銻化銦和砷化銦等半導(dǎo)體單晶材料制成，霍爾片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。）的兩端通以控制電流I，在它的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，則在霍爾片的另兩側(cè)面會產(chǎn)生與I和B的乘積成比例的電動勢（霍爾電勢或稱霍爾電壓）。霍爾電勢UH，其大小可用下式表示：

UH?RHIBd(V)

式中：RH——霍爾常數(shù)（m3／C）

I——控制電流 B——磁感應(yīng)強(qiáng)度 d——霍爾元件厚度

H令：KKH?RHd

為霍爾元件的靈敏度。它是表征對應(yīng)于單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時輸出霍爾電壓大小的一個重要參數(shù)，一般要求它越大越好。KH與元件材料的性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。由于半導(dǎo)體（尤其是N型半導(dǎo)體）的霍爾常數(shù)RH要比金屬的大得多，所以在實(shí)際應(yīng)用中，一般都采用N型半導(dǎo)體材料做霍爾元件。元件的厚度d對靈敏度的影響也很大，元件越薄，靈敏度就越高。

建立霍爾效應(yīng)所需的時間很短（約10-12～10-14s），因此控制電流用交流時，頻率可以很高（幾千兆赫）。2.磁阻效應(yīng)

將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外，其電阻也會隨磁場而變化。這種現(xiàn)象稱為磁致電阻效應(yīng)

當(dāng)溫度恒定時，在弱磁場范圍內(nèi)，磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的平方成正比。對于只有電子參與導(dǎo)電的最簡單的情況，理論推出磁阻效應(yīng)的表達(dá)式為：

式中

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度 μ——電子遷移率 ?B??0(1?0.273?B)22?0——零磁場下的電阻率 ?B ——磁場強(qiáng)度為B時的電阻率

磁阻的大小除了與材料有關(guān)外，還和磁敏元件的幾何形狀有關(guān)。這種由于磁敏元件的幾何尺寸變化而引起的磁阻大小變化的現(xiàn)象，叫形狀效應(yīng) 3.霍爾元件

霍爾元件可分為霍爾開關(guān)器件和霍爾線性器件。應(yīng)用霍爾傳感器制作的器具有磁通計(jì)、電流計(jì)、磁讀頭、位移計(jì)、速度計(jì)、振動計(jì)、羅盤、轉(zhuǎn)速計(jì)、無觸點(diǎn)開關(guān)等。

在實(shí)際應(yīng)用中，霍爾元件可以在恒壓或恒流條件下工作，其特性不一樣。恒壓工作比恒流工作的性能要差些，只適用于對精度要求不太高的地方，在恒壓條件下性能不好的主要原因?yàn)榛魻栐斎腚娮桦S溫度變化和磁阻效應(yīng)的影響。在恒流工作下，沒有霍爾元件輸入電阻和磁阻效應(yīng)的影響，但是恒流工作時偏移電壓的穩(wěn)定性比恒壓工作時差些。究竟應(yīng)用采用哪種方式，要根據(jù)用途來選擇。

霍爾元件的誤差主要有不等位電勢、溫度誤差。由于在制作霍爾元件時，不可能保證將霍爾電極焊在同一等位面上，因此當(dāng)控制電流I流過元件時，即使磁場強(qiáng)度B等于零，在霍爾電極上仍有電勢存在，該電勢就稱為不等位電勢。不等位電勢是一個主要的零位誤差。由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等會隨溫度的變化而發(fā)生變化，因此霍爾元件的性能參數(shù)（如內(nèi)阻、霍爾電勢等）對溫度的變化也是很靈敏的。

利用霍耳傳感器制作的儀器優(yōu)點(diǎn)：

(1)體積小，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用。

(2)無可動部件，無磨損，無摩擦熱，噪聲小。

(3)裝置性能穩(wěn)定，壽命長，可靠性高。

(4)頻率范圍寬，從直流到微波范圍均可應(yīng)用。(5)霍耳器件載流子慣性小，裝置動態(tài)特性好。

霍耳器件也存在轉(zhuǎn)換效率低和受溫度影響大等明顯缺點(diǎn)。4.磁阻元件的特性（1）靈敏度特性

磁阻元件的靈敏度特性是用在一定磁場強(qiáng)度下的電阻變化率來表示，即磁場——電阻特性的斜率。常用K表示，在運(yùn)算時常用RB/R0求得，R0表示無磁場情況下，磁阻元件的電阻值，RB為在施加0.3T磁感應(yīng)強(qiáng)度時磁阻元件表現(xiàn)出來的電阻值，這種情況下，一般磁阻元件的靈敏度大于2.7。（2）電阻特性

磁阻元件的電阻值與磁場的極性無關(guān)，它只隨磁場強(qiáng)度的增加而增加。

在0.1T以下的弱磁場中，曲線呈現(xiàn)平方特性，而超過0.1T后呈現(xiàn)線性變化（3）溫度特性

半導(dǎo)體磁阻元件的溫度特性不好，在應(yīng)用時，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。

5.其它新型磁敏傳感器 5.1 GMR巨磁電阻效應(yīng)

用Fe/Cr，F(xiàn)e/Ag等納米人工超晶格多層膜的電阻在磁場內(nèi)有大幅度的改變，因其變化幅度比別的物質(zhì)大的多故稱其為巨磁效應(yīng)。GMR薄層由磁性薄層和非磁性薄層交替制成。沒有外加磁場的時候，上層自旋電子散射到與下層的交接點(diǎn)，下層自旋電子散射到與上層的交界點(diǎn)，電子的平均自由程很短，電子的運(yùn)動困難，因此材料具有相對高的電阻率。如果外加磁場足夠大，能克服兩個磁層之間的抗磁耦合，兩個薄層的電子便做相對的自旋，電子容易在兩個薄層間移動，電子的平均自由程較長，電阻率下降。不同于異性磁阻效應(yīng)，GMR采用多層膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的巨磁效應(yīng)與外磁場的方向無關(guān)。5.2巨磁阻抗效應(yīng)

巨磁阻抗效應(yīng)是指非晶材料通以高頻電流時，材料的兩端阻抗隨外磁場變化而發(fā)生非常靈敏變化的現(xiàn)象。5.3質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器

物理學(xué)已證明物質(zhì)是具有磁性的，當(dāng)有外磁場存在的情況下，物質(zhì)分子磁矩在外磁場作用下以一定的頻率繞外磁場旋進(jìn)。通過測量分子旋轉(zhuǎn)頻率來探測外磁場大小。

用質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器測量外磁場的主要優(yōu)點(diǎn)是： ◆精度高，一般在（0.1~10）nT范圍內(nèi)；

◆穩(wěn)定性好（因γp是一常數(shù)，其值只與質(zhì)子本身有關(guān)，它的值與外界溫度、壓力、濕度等因素均無關(guān)）； ◆工作速度快，可直讀外磁場nT值； ◆絕對值測量 其缺點(diǎn)是：

極化功率大,只能進(jìn)行快速點(diǎn)測；感應(yīng)信號的衰減和外磁場梯度的大小有關(guān)，受磁場梯度影響較大 5.4 光泵式磁敏傳感器

光泵式磁敏傳感器是以某些元素的原子在外磁場中產(chǎn)生的塞曼分裂為基礎(chǔ)，并采用光泵和磁共振技術(shù)研制成的。塞曼效應(yīng)是指在外磁場中原子能級產(chǎn)生分裂的現(xiàn)象。

它同質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀相比有以下特點(diǎn)：

（1）靈敏度高,一般為0.01nT量級,理論靈敏度高達(dá)10-2~10-4nT（2）響應(yīng)頻率高，可在快速變化中進(jìn)行測量

（3）可測量磁場的總向量T及其分量，并能進(jìn)行連續(xù)測量

磁通門式傳感器

目標(biāo)檢測：通過磁場變化和磁場強(qiáng)度。

第三篇：壓電式傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告（范文模版）

壓電式傳感器測振動實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動的原理和方法。

二、基本原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動加速度的表面電荷。

三、需用器件與單元：振動臺、壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉ｋp蹤示波器。

四、實(shí)驗(yàn)步驟：

1、壓電傳感器裝在振動臺面上。

2、將低頻振蕩器信號接入到臺面三源板振動源的激勵源插孔。

3、將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍍奢斎攵耍c傳感器外殼相連的接線端接地，另一端接R1。將壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐份敵龆薞o1，接R6。將壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐份敵龆薞02，接入低通濾波器輸入端Vi，低通濾波器輸出V0與示波器相連。

3、合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察示波器波形。

4、改變低頻振蕩器的頻率，觀察輸出波形變化。

光纖式傳感器測量振動實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)訓(xùn)目的： 了解光纖傳感器動態(tài)位移性能。

二、實(shí)訓(xùn)儀器： 光纖位移傳感器、光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、振動源、低頻振蕩器、通信接口（含上位機(jī) 軟件）。

三、相關(guān)原理： 利用光纖位移傳感器的位移特性和其較高的頻率響應(yīng)，用合適的測量電路即可測量振動。

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟

1、光纖位移傳感器安裝如圖所示，光纖探頭對準(zhǔn)振動平臺的反射面，并避開振動平臺中間孔。

2、根據(jù)“光纖傳感器位移特性試驗(yàn)”的結(jié)果，找出線性段的中點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)安裝支架高度將光纖探頭與振動臺臺面的距離調(diào)整在線性段中點(diǎn)（大致目測）。

3、參考“光纖傳感器位移特性試驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)連線，Vo1與低通濾波器中的Vi相接，低通輸出Vo接到示波器。

4、將低頻振蕩器的幅度輸出旋轉(zhuǎn)到零，低頻信號輸入到振動模塊中的低頻輸入。

5、將頻率檔選在6~10Hz左右，逐步增大輸出幅度，注意不能使振動臺面碰到傳感器。保持振動幅度不變，改變振動頻率，觀察示波器波形及鋒-峰值。保持頻率振動不變，改變振動幅度，觀察示波器波形及鋒-峰值。

第四篇：酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課

程： 傳感器應(yīng)用

班

級： 12物聯(lián)網(wǎng) 姓

名：

學(xué)

號：

指導(dǎo)老師：

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)名稱：酒精傳感器

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

１、能夠讀懂電子產(chǎn)品原理圖，了解氣敏傳感器以及各電子元件的作用。２、能夠具備電子產(chǎn)品的焊接技能以及故障分析、判斷能力。

三、功能描述：

本設(shè)計(jì)介紹了一種酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)方法，主要利用MQ3還原性氣體傳感器作為酒精氣體傳感器，通過分壓電阻轉(zhuǎn)換為成比例的電壓，再利用線性顯示驅(qū)動LM3914驅(qū)動不同顏色的發(fā)光二極管和蜂鳴器提示檢測得到的酒精濃度大小。根據(jù)自動檢測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，該酒精濃度檢測儀包含酒精氣體傳感器，信號處理電路和執(zhí)行指示機(jī)構(gòu)等部分。對于酒精氣體傳感器，只要是一般性的還原性氣體傳感器都能夠使用。具體的信號傳遞與結(jié)構(gòu)如下圖所示。

四、硬件電路設(shè)計(jì)：

電路的前端部分MQ3傳感器和分壓電路按照常規(guī)設(shè)計(jì)即可，執(zhí)行驅(qū)動聲光指示的電路需要驅(qū)動多個發(fā)光管以及一個蜂鳴器，即需要將分壓電路得出的電壓轉(zhuǎn)換成LED線段顯示同時在某點(diǎn)驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。因此本設(shè)計(jì)擬采用LED通用電平顯示驅(qū)動芯片LM3914作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

１、MQ-3氣敏電阻傳感器

本設(shè)計(jì)采用的是表面電阻控制型氣敏傳感器MQ-3，該氣體傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體，最常用的如SnO2。金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時在半導(dǎo)體表面形成一個正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動，電阻較大。當(dāng)N型半導(dǎo)體的表面在高溫下遇到離解能力較小（易失去電子）的還原性氣體時，氣體分子中的電子將向氣敏電阻表面轉(zhuǎn)移，使氣敏電阻中的自由電子濃度增加，電阻率降低，電阻減小。其應(yīng)用于家庭、工廠、商業(yè)場所的氣體泄漏監(jiān)測裝置，防火/安全探測系統(tǒng)。氣體泄漏報(bào)警器，氣體檢漏儀。特點(diǎn)：高靈敏度、快速響應(yīng)恢復(fù)、優(yōu)異的穩(wěn)定性、長壽命、驅(qū)動電路簡單、電信號輸出強(qiáng)。如下圖所示。

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

２、LED通用電平顯示驅(qū)動芯片LM3914 通用電平顯示驅(qū)動芯片LM3914片內(nèi)有10個電壓比較器，10個1K歐姆精密電阻串聯(lián)組成的分壓器分別向各電壓比較器提供比較基準(zhǔn)；直線驅(qū)動10個發(fā)光二極管（LED）組成的10段“線”或“點(diǎn)”式條圖顯示器；對被測量的變化反映迅速真實(shí)；無阻尼現(xiàn)象；抗干擾能力強(qiáng)。

利用10個發(fā)光二極管作為輸入端電平變化的顯示，輸入端電平信號可以是通過各類傳感器和變換電路而探測的各種物理量，如電壓、電流、溫度、濕度、亮度、響度、音頻、距離、磁場強(qiáng)度、重量等等。用它做成的電平顯示器，既醒目、直觀，又方便、實(shí)用，并且能反映瞬間變化的信號，用途十分廣泛。例如，在電路設(shè)計(jì)制作中，它既可以通過探頭和處理電路實(shí)現(xiàn)溫度控制和顯示，用于烘箱、冰箱、空調(diào)、熱塑封機(jī)等設(shè)備上，也可以通過分壓變換電路實(shí)現(xiàn)電壓高低的直觀顯示，用于儀器、儀表、音響及辦公設(shè)備上。

核心電路采用了塑封雙列直插的18腳LED點(diǎn)條顯示驅(qū)動集成電路LM3914，電路構(gòu)成及管腳功能如下圖所示。LM3914內(nèi)部含有10個相同的電壓比較器，它們的輸出端可以分別直接驅(qū)動外接的10只發(fā)光二極管(VDl—VDl0)作條狀顯示，也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀顯示。它們的反相輸入端并聯(lián)在一起，并通過一個緩沖器接到輸入端5腳。而10個同相輸入端分別接到由10個精密電阻串聯(lián)而成的多級分壓器上。而這個分壓器的兩端在內(nèi)部沒有與其它電路或公共端相連，而是直接由6、4腳引出，通常將之稱為懸浮式，這樣使得應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)更加靈活和方便。

以一個分辨率為0.125V的10級線性電壓表為例說明其工作原理。這個電壓表的最大量程為1.25V，將9、11腳相連，設(shè)定為點(diǎn)狀顯示，這樣比較省電。分壓器就用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，6、7腳相連，4、8腳相連并接地，則分壓器每個1k電阻上的壓降為0.125V，因此最下面的一個比較器1同相輸入端的電位為0.125V，比較器2同相輸入端電位為0.25V，依此類推，最上面的一個比較器10基準(zhǔn)電壓設(shè)定為1.25V。當(dāng)5腳輸入電壓小于0.125V時，10個LED都不發(fā)光，3

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

當(dāng)輸入電壓大于0.125V但小于0.25V時，比較器1反相輸入端電位高于同相輸入端，則比較器1輸出低電位，使VD1發(fā)光；當(dāng)輸入電壓大于0.25V但小于0.375V時，則VD2發(fā)光；依此類推，當(dāng)輸入1.25V電壓時，VDl0發(fā)光。以上是用10個LED作0-1.25V十級顯示，每級0.125V；若將6腳外接10V標(biāo)準(zhǔn)電壓源，4腳接地。可以作0-10V十級顯示的電壓表，若將6腳接10V，4腳接5V電壓，少比3腳電源電壓VCC低2V。

３、電路及工作原理分析

本設(shè)計(jì)采用5V電源供電，前端是MQ-3型酒精氣體濃度傳感器，利用電阻分壓電路將酒精濃度由電阻量轉(zhuǎn)化為電壓量，在通過驅(qū)動芯片LM3914按照電壓大小驅(qū)動輸出相應(yīng)的發(fā)光管，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定閾值時蜂鳴器被觸發(fā)，發(fā)出報(bào)警聲。調(diào)試時通過電位器RP調(diào)節(jié)測量的靈敏度。具體的電路原理如下圖所示。

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

4、PCB制版

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

酒精傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

五、功能調(diào)試：

1、檢查電源回路

在通電之前，用數(shù)字萬用表的二極管通斷檔測量電源正負(fù)接入點(diǎn)之間的電阻，應(yīng)該成高阻態(tài)。如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象，應(yīng)立即排查，防止通電燒元件的事故。同時，目測IC的正負(fù)電源是否接反。當(dāng)一切正常后方可通電調(diào)試。

2、電壓直接調(diào)節(jié)

本設(shè)計(jì)主要是通過電阻分壓電路測量酒精氣體濃度變化的，而LM3914也是根據(jù)輸入電壓的大小決定點(diǎn)亮LED的數(shù)量的，因此可以先調(diào)試傳感器之后的電路時是否正常。使用穩(wěn)壓電源的一組5V使系統(tǒng)通電后，將可調(diào)穩(wěn)壓電源的另一組輸出調(diào)至0.2V左右，其電源正通過一個1K的電阻接入圖中的A點(diǎn)，其電源負(fù)與系統(tǒng)電源負(fù)短接。再調(diào)節(jié)電源從0.2V-5V，觀察輸出LED和蜂鳴器的變化。正確的變化應(yīng)該是，LED1-LED9挨個被點(diǎn)亮，在LED5和LED6被點(diǎn)亮之間蜂鳴器將發(fā)出聲音，并一直持續(xù)。

如果沒有一個LED被點(diǎn)亮，可能是LM3914的周邊電路沒有配合好，或者是電路某點(diǎn)有開路；如果是最終有幾個紅色LED未被點(diǎn)亮，可能是電位器RP的阻值偏小，調(diào)大一些再試；蜂鳴器未發(fā)出聲響，可能原因是后面的發(fā)生電路開路，或者三極管燒壞。

3、酒精液體校準(zhǔn)

按照傳感器的使用要求，先通電將傳感器預(yù)熱。然后使用乙醇液體作為酒精氣體的散發(fā)源，先使用50%的乙醇水溶液，再根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)乙醇含量，最終得到200ppm的酒精調(diào)試系統(tǒng)。

4、電位器調(diào)節(jié)靈敏度

調(diào)試完成，根據(jù)具體的需要調(diào)節(jié)電位器RP，控制系統(tǒng)測試的靈敏度，要注意傳感器的電阻參數(shù)

六、結(jié)束語：

第五篇：傳感器測試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一

直流激勵時霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用。

二、基本原理: 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中,當(dāng)有電流流過時，在垂直于磁場與電流得方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).具有這種效應(yīng)得元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng),霍爾電勢 U H =K H IＢ，當(dāng)保持霍爾元件得控制電流恒定，而使霍爾元件在一個均勻梯度得磁場中沿水平方向移動,則輸出得霍爾電動勢為,式中 k—位移傳感器得靈敏度。這樣它就可以用來測量位移.霍爾電動勢得極性表示了元件得方向.磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度就越好。

三、需用器件與單元: 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅鳌ⅰ?5V 直流電源、測微頭、數(shù)顯單元.四、實(shí)驗(yàn)步驟: 1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上,將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓貌遄?實(shí)驗(yàn)板得連接線按圖 9—1 進(jìn)行。1、3 為電源±５V,２、4 為輸出。

2、開啟電源,調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片大致在磁鐵中間位置,再調(diào)節(jié) Rw1 使數(shù)顯表指示為零。

圖９-１

直流激勵時霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 3、測微頭往軸向方向推進(jìn),每轉(zhuǎn)動 0、2mｍ記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變,將讀數(shù)填入表９-1。

表９－1 X（ｍm)

Ｖ（mv)

作出 V—Ｘ曲線,計(jì)算不同線性范圍時得靈敏度與非線性誤差。

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng): 1、對傳感器要輕拿輕放,絕不可掉到地上。

2、不要將霍爾傳感器得激勵電壓錯接成±1５Ｖ,否則將可能燒毀霍爾元件。

六、思考題:

本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移得線性度實(shí)際上反映得時什么量得變化？ 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求: 1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器得特性曲線． 2、歸納總結(jié)霍爾元件得誤差主要有哪幾種,各自得產(chǎn)生原因就是什么,應(yīng)怎樣進(jìn)行補(bǔ)償。

實(shí)驗(yàn)二

集成溫度傳感器得特性 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解常用得集成溫度傳感器基本原理、性能與應(yīng)用。

二、基本原理: 集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)得輔助電路集成在同一芯片上,它能直接給出正比于絕對溫度得理想線性輸出,一般用于－５0℃－+150℃之間測量，溫敏晶體管就是利用管子得集電極電流恒定時,晶體管得基極—發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管 U ｂ 電壓生產(chǎn)時得離散性、均采用了特殊得差分電路。集成溫度傳感器有電壓型與電流型二種,電流輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度下,它相當(dāng)于一個恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲得干擾。具有很好得線性特性。本實(shí)驗(yàn)采用得就是國產(chǎn)得 AD５９0.它只需要一種電源(+４Ｖ-+30Ｖ)．即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流得線性變換,然后在終端使用一只取樣電阻（本實(shí)驗(yàn)中為 R2)即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓得轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型得測量精度更高。

三、需用器件與單元：

溫度控制器、加熱源、溫度模塊、數(shù)顯單元、萬用表。

四、實(shí)驗(yàn)步驟: 1、將主控箱上總電源關(guān)閉,把主控箱中溫度檢測與控制單元中得恒流加熱電源輸出與溫度模塊中得恒流輸入連接起來。

2、將溫度模塊中得溫控 Pｔ10０與主控箱得Ｐｔ1０0 輸入連接起來。

３、將溫度模塊中左上角得 AD590 接到 a、b 上(正端接 a,負(fù)端接ｂ),再將 b、d 連接起來.4、將主控箱得+5V 電源接入ａ與地之間。

5、將 d 與地與主控箱得電壓表輸入端相連(即測量１K 電阻兩端得電壓).6、開啟主電源，將溫度控制器得 SV 窗口設(shè)定為(設(shè)置方法見附錄２）,以后每隔設(shè)定一次,即Δt=,讀取數(shù)顯表值,將結(jié)果填入下表。

表１0-1 T（℃)

Ｖ（mＶ)

7、根據(jù)上表計(jì)算 AＤ5９0 得非線性誤差。

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

1、加熱器溫度不能加熱到 120℃以上，否則將可能損壞加熱器。

2、不要將 AD５90 得+、—端接反，因?yàn)榉聪螂妷嚎赡軗舸?AD590。

六、思考題：

大家知道在一定得電流模式下 PN 結(jié)得正向電壓與溫度之間具有較好得線性關(guān)系,因此就有溫敏二極管,您若有興趣可以利用開關(guān)二極管或其它溫敏二極管在５0℃-１0０℃之間，作溫度特性,然后與集成溫度傳感器相同區(qū)間得溫度特性進(jìn)行比較,從線性瞧溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管,請闡明理由.七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1、簡單說明 AＤ590 得基本原理,討論電流輸出型與電壓輸出型集成溫度傳感器得優(yōu)缺點(diǎn)。

2、總結(jié)實(shí)驗(yàn)后得收獲、體會。

實(shí)驗(yàn) 三

光電二極管與光敏電阻得特性研究

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解光電二極管與光敏電阻得特性與應(yīng)用。

二、基本原理: :（1)光電二極管：

光電二極管就是利用 PＮ結(jié)單向?qū)щ娦缘媒Y(jié)型光電器件，結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。PN 結(jié)安裝在管得頂部，便于接受光照。外殼上有以透鏡制成得窗口以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大得光生電流,PN 結(jié)得面積比一般二極管要大.為了光電轉(zhuǎn)換效率高，PＮ結(jié)得深度比一般二極管淺。光電二極管可工作在兩種狀態(tài)。大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。在這種情況下,當(dāng)無光照時,處于反偏得二極管工作在截止?fàn)顟B(tài),這時只有少數(shù)載流子在反向偏壓得作用下，渡越阻擋層形成微小得反向電流，即暗電流。反向電流小得原因就是在 PN 結(jié)中，P 型中得電子與Ｎ型中得空穴（少數(shù)載流子)很少.當(dāng)光照射在 PＮ結(jié)上時,PN 結(jié)附近受光子轟擊,吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對,使P區(qū)與N區(qū)得少數(shù)載流子濃度大大增加,在外加反偏電壓與內(nèi)

電場得作用下,P區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入Ｎ區(qū),N區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入P區(qū)，從而使通過 PN 結(jié)得反向電流大為增加，形成了光電流，反向電流隨光照強(qiáng)度增加而增加。另一種工作狀態(tài)就是在光電二極管上不加電壓,利用 PN 結(jié)受光照強(qiáng)度增加而增加.N 結(jié)受光照時產(chǎn)生正向電壓得原理,將其作為微型光電池用.這種工作狀態(tài)一般用作光電檢測.光電二極管常用得材料有硅、鍺、銻化銦、砷化銦等,使用最廣泛得就是硅、鍺光電二極管.光電二極管具有響應(yīng)速度快、精巧、堅(jiān)固、良好得溫度穩(wěn)定性與低工作電壓得優(yōu)點(diǎn),因而得到了廣泛得應(yīng)用。

圖為光電流信號轉(zhuǎn)換電路，Vo＝IpR，Ｉp 為光電流,Ｒ就是反饋電阻。

(2)光敏電阻: 光敏電阻就是利用光得入射引起半導(dǎo)體電阻得變化來進(jìn)行工作得.光敏電阻得工作原理就是基于光電導(dǎo)效應(yīng):在無光照時,光敏電阻具有很高得阻值；在有光照時,當(dāng)光電子得能量大于材料禁帶寬度,價帶中得電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電得電子－空穴對,使電阻降低,光線愈強(qiáng),激發(fā)出得電子—空穴對越多,電阻值越低;光照停止后,自由電子與空穴復(fù)合,導(dǎo)電能力下降，電阻恢復(fù)原值。制作光敏電阻得材料常用硫化鎘（CｄS)、硒化鎘（CdＳe)、硫化鉛(ＰｂSe)銻化銦(ＩnSb)等。

由于光導(dǎo)效應(yīng)只限于光照表面得薄層,所以一般都把半導(dǎo)體材料制成薄膜,并賦予適當(dāng)?shù)秒娮柚担姌O構(gòu)造通常做成梳形，這樣,光敏電阻與電極之間得距離短,載流子通過電極得時間少，而材料得載流子壽命又較長,于就是就有很高得內(nèi)部增益 G,從而獲得很高得靈敏度。光敏電阻具有靈敏度高,光譜響應(yīng)范圍寬,重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高,耐沖擊,抗過載能力強(qiáng),耗散功率大，以及壽命長等特點(diǎn)．光敏電阻得阻值 R 與光得強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)烈得非線性． 三、實(shí)驗(yàn)器件與單元: :

光電模塊,主控箱,萬用表,０～20mA 恒流源。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：

1、將主控箱得 0~20mA 恒流源調(diào)節(jié)到最小。

2、把 0～20mＡ恒流源得輸出與光電模塊上得恒流輸入連接起來,以驅(qū)動 LED 光源。

３、1、硅光電池實(shí)驗(yàn)：將恒流源從 0 開始每隔２mA 記錄一次,填入下列相應(yīng)得表格,光電二極管得強(qiáng)度指示在光電模塊得右邊數(shù)顯上。

3、２、光敏電阻實(shí)驗(yàn):由于光敏電阻光較弱時變化較大，所以在０~2ｍA 之間,每隔０、5mA記錄一次，以后每隔 2ｍA 做一次實(shí)驗(yàn),測得得數(shù)據(jù)填入下列相應(yīng)表格。光敏電阻得大小用萬用表測量光電模塊上得光敏電阻輸出端。

（1)光電二極管: I（mＡ）

V（mv)

(2）光敏電阻:

Ｉ（mA)

R

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

注意要將主控箱上恒流輸出得正負(fù)端與光電模塊上得正負(fù)端對應(yīng)接好，否則,光發(fā)送端將不能發(fā)光。

六、思考題: :

1、當(dāng)將硅光電池作為光探測器時應(yīng)注意那些問題？ 2、討論光敏電阻主要應(yīng)用在什么場合。

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出光敏電阻與硅光電池得特性曲線圖。

2、簡述光敏電阻與硅光電池得基本特性。

實(shí)驗(yàn)四 四

電容式傳感器得位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。

一、基本原理: 利用平板電容 C＝εS/d 與其它結(jié)構(gòu)得關(guān)系式通過相應(yīng)得結(jié)構(gòu)與測量電路可以選擇ε、S、d 中三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變,而只改變其中一個參數(shù),則可以有測谷物干燥度(ε變）測微小位移（變 d)與測量液位（變 S)等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中,平板結(jié)構(gòu)對極距特別敏感,測量精度受到影響,而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化得影響很小,且理論上具有很好得線性關(guān)系,(但實(shí)際由于邊緣效應(yīng)得影響，會引起極板間得電場分布不均,導(dǎo)致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降,但比變極距型好得多。)成為實(shí)際中最常用得結(jié)構(gòu),其中線位移單組式得電容量 C 在忽略邊緣效應(yīng)時為：

(1)式中

——外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分得長度;

——外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓柱外半徑.當(dāng)兩圓筒相對移動時,電容變化量為

(2）

于就是，可得其靜態(tài)靈敏度為:

(3)可見靈敏度與有關(guān)，越接近,靈敏度越高,雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度與靈敏度無關(guān)，但不可太小,否則邊緣效應(yīng)將影響到傳感器得線性。

本實(shí)驗(yàn)為變面積式電容傳感器,采用差動式圓柱形結(jié)構(gòu),因此可以很好得消除極距變化對

測量精度得影響,并且可以減小非線性誤差與增加傳感器得靈敏度.二、需用器件與單元: 電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。

三、實(shí)驗(yàn)步驟: 1、將電容式傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希瑢鞲衅饕€插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓貌遄小?/p>

2、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓幂敵龆?Vo１與數(shù)顯單元Ｖi 相接(插入主控箱 Vi 孔）Rw 調(diào)節(jié)到中間位置。

3、接入±15V 電源,旋動測微頭改變電容傳感器動極板得位置,每隔０。2mm 記下位移Ｘ與輸出電壓值,填入表 8-１。

表 8-1 電容傳感器位移與輸出電壓值 X（mｍ）

V(ｍv）

4、根據(jù)表 8－１數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度Ｓ與非線性誤差。

五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng): １、傳感器要輕拿輕放,絕不可掉到地上。

2、做實(shí)驗(yàn)時,不要接觸傳感器,否則將會使線性變差。

圖 8-1 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 六、思考題: 1、簡述什么就是傳感器得邊緣效應(yīng)，它會對傳感器得性能帶來哪些不利影響。

２、電容式傳感器與電感式傳感器相比,有哪些優(yōu)缺點(diǎn)? 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求: 1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器得特性曲線,并利用最小二乘法做出擬合直線，計(jì)算該傳感器得非線性誤差． ２、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析引起這些非線性得原因，并說明怎樣提高傳感器得線性度。

實(shí)驗(yàn)一

電容式傳感器得位移特性實(shí)驗(yàn)

班級：

姓名：

學(xué)號：

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。、實(shí)驗(yàn)器件 電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。、基本原理 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容傳感器位移與輸出電壓值 Ｘ（（mm)

V(ｍv）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度 S 與非線性誤差 實(shí)驗(yàn)二 二

直流激勵時霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 班級：

：

姓名：

學(xué)號:

1、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用.2、、實(shí)驗(yàn)器件 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅鳌ⅰ?5V 直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。

3、、基本原理 4、、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 X(mm)

Ｖ（（mv)

作出 V—X 曲線,計(jì)算不同范圍時得靈敏度與非線性誤差 實(shí)驗(yàn)三 三

集成溫度傳感器得特性 班級:

姓名：

學(xué)號:

1、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解常用得集成溫度傳感器基本原理、性能與應(yīng)用。

2、、實(shí)驗(yàn)器件 溫度控制器、加熱源、溫度模塊、數(shù)顯單元、萬用表。

3、、實(shí)驗(yàn)原理 4、、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 T（（℃））

V(mv)

根據(jù)上表計(jì)算 AD590 得非線性誤差 實(shí)驗(yàn) 四

光電二極管得特性研究

班級:

姓名:

學(xué)號：

１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光電二極管得特性與應(yīng)用。

2、、實(shí)驗(yàn)器件 光電模塊，主控箱,萬用表，0~20mA 恒流源。

3、、實(shí)驗(yàn)原理及步驟 4、、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 I(mA）

V(mv)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出硅光電池得特性曲線圖