講義第五光傳感器

講義第五光傳感器第1頁/共315頁光電效應的實驗規(guī)律：

1）光電流的大小與入射光的強度成正比；

2）光電子的初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與強度無關(guān)；

3）入射光頻率低于某一極限頻率時無光電子產(chǎn)生；

4)光電子釋放過程<10-9S.第2頁/共315頁光電效應分類：光電子發(fā)射效應光導效應光生伏特效應1.外光電效應（光電子發(fā)射效應）在光的作用下，電子逸出物體表面，向外發(fā)射，稱為外光電效應。第3頁/共315頁金屬電子勢阱：金屬中，電子自由運動；能級低于體外，欲使逸出，外界供給能量，如同在勢阱中運動。EoAm(EF)m第4頁/共315頁E0:真空中靜止電子能量

EF:金屬的費米能級

AM:功函數(shù)①金屬功函數(shù)：

Eo與EF之差，是電子逸出的最小能量。

Am=Fo-(EF)m

金屬功函數(shù)的量級：電子伏特級。例：銫的功函數(shù)最低，為1.92eV.

鉑的功函數(shù)最高，為5.65eV.

鉬：4.6

銀：4.26

鎢：4.55

第5頁/共315頁②光子能量：

Q=hvh:普朗克常量6.626×10-34JSv：光的頻率第6頁/共315頁③逸出條件：

e吸收Q，Q>Ahv>A0Ahv半無限空間(頻率限制)臨界波長第7頁/共315頁④逸出電子的動能由能量守恒定律（愛因斯坦光電效應方程）

：逸出速度：電子質(zhì)量

第8頁/共315頁⑤,光敏電流密度ip設：入射光功率P，則有，每秒入射光子數(shù)生成載流子數(shù)第9頁/共315頁2、內(nèi)光電效應①光電導效應：光作用下引起物質(zhì)（半導體）電導率發(fā)生變化的現(xiàn)象。光作用→電子吸收光能量→束縛態(tài)變?yōu)樽杂蓱B(tài)→材料電導率變化第10頁/共315頁例：半導體EdEvhνEg躍遷條件：臨界波長第11頁/共315頁例：Si（硅）第12頁/共315頁②光生伏特效應在光照下，內(nèi)建電場引起半導體PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢原理：a、PN結(jié)PN擴散++--PN第13頁/共315頁++--PN-+E內(nèi)建電場

動態(tài)平衡擴散與內(nèi)建電場E拉回動態(tài)平衡第14頁/共315頁

b、光生伏特光照PN結(jié)—吸收躍遷—電子孔穴對內(nèi)建電場作用—電子N區(qū)，空穴P區(qū)-+PN+-Edpdn○++++----第15頁/共315頁c、產(chǎn)生條件光子能量擴散長度（壽命）第16頁/共315頁二.光的吸收系數(shù)α光是否可以在半導體材料中傳播？光照射在半導體材料上是否都進入？為什么傳播很短？衰減的原因是什么？光可以在其中傳播多深？第17頁/共315頁第18頁/共315頁第19頁/共315頁第20頁/共315頁以Si為例：由圖可見第21頁/共315頁三、特性

1.靈敏度S

表示方法S=

光度學:對可見光的能量計量輻射度量學:對x,紫外,紅外,電磁的能量計量光電流(A)｛光通量流明靈敏度受光面照強度勒克斯靈敏度輻射通量輻射靈敏度第22頁/共315頁輸入量表示方法:(光度學中的表示)a)光通量lmlm流明:

某一發(fā)光強度為1坎德拉的點光源在該方向單位立體角內(nèi)傳送出的光通量為1流明(lumen)第23頁/共315頁

1坎德拉:2042

(1769鉑的凝固點),氣壓為101325牛頓/

,面積為1/60的絕對黑體沿法線方向發(fā)出的光強為1光強單位,稱為1坎德拉b)照度勒克斯(Lux)1流明的光通量均勻分布在1m平面產(chǎn)生的照度為1勒克斯單位為1流明/米第24頁/共315頁c)輻射通量單位時間內(nèi)通過元面積ds所有波長的能量為該元面積的輻射通量單位為瓦特

1瓦特=685流明即輸入量為能量,不同的輸入量有不同的靈敏度第25頁/共315頁

2、光譜靈敏度度與峰值波長

=

=

S(λ)輸出量輸入量U(λ)Ф(λ)S(λ)單色輻射通量器件反映第26頁/共315頁有寬度機理第27頁/共315頁3.相對光譜靈敏度Sr(λ)光譜靈敏度與最大光譜靈敏度之比最大Sr(λ)均為1第28頁/共315頁表示本身光譜選擇性的優(yōu)劣例如：都在處三個不同器件的大不一樣，是否大的就好或不好。對于不同的用途來評價其優(yōu)劣：對于廣譜輸入，選擇性差的優(yōu)。 對于窄譜輸入，選擇性好的優(yōu)。 對于抗干擾，選擇性好的為優(yōu)。第29頁/共315頁指連續(xù)輻射通量與輸出之比

測量是采用標準輻射源，探測器不同，材料不同，響應不同。

為什么？峰值波長不同4.積分靈敏度（靜態(tài)特性）第30頁/共315頁5.通量閾意義：能檢測的最小檢測輻射通量，最小檢測輻射通量。存在組件固有噪聲，只有大于固有噪聲才能被檢測輸出產(chǎn)生的電信號與固有噪聲電平相等時輻射射通量為通量閾。

積分靈敏度S=等效噪聲均方根輸出U輸入Ф第31頁/共315頁6.歸一劃探測率

問題：不同的(通量閾)探測器是否小的一定好？先看是怎樣測量的△f第32頁/共315頁阿

儀器的帶寬

不一樣，又因噪聲頻譜非常寬，越大，測量的噪聲功率越大，也越大。即噪聲功率沒有反映出儀器不同造成的差別。第33頁/共315頁阿再看探測器的面積不同對噪聲的貢獻：設：有一受光面積為A的器件是全同單元是每一單元的噪聲功率第34頁/共315頁阿如果兩探測器材料相同，環(huán)境相同是常數(shù)，則有噪聲功率也沒有反映出面積的差別兩項因素都考慮進去第35頁/共315頁問題怎樣消除其不平等因素：歸一化用去消除，即單位的

第36頁/共315頁8.頻率特性：定義：相對光譜靈敏度隨入射輻射通量的調(diào)制頻率變化的特性。原因：響應為粒子過程。DD7.轉(zhuǎn)換特性及響應時間（小信號條件）轉(zhuǎn)換特性：輸入為階躍信號時的光電器件的響應。響應時間：光電器件輸出電壓達到最大值的0.63時的時間。第37頁/共315頁9.光照特性10.溫度特性11.伏安特性f=0時響應時間響應頻率一般關(guān)系：第38頁/共315頁四、光電傳感器1.光電管原理:外光電效應光照-發(fā)射電子-電場加速-陽極收集第39頁/共315頁2)結(jié)構(gòu)(氬、氖、氦）第40頁/共315頁3)伏安特性陽極電流(μA)V陽極電壓飽合點第41頁/共315頁比較：1.共同點:一定光照時,陽極電壓達到一定程度飽合.2.不同點:電子越多,更大的陽極電壓才能收集完,飽合點不同.3、充氣光電管在在充氣離子化電壓附近時陽極電流急速上升。第42頁/共315頁4、改進:提高靈敏度,增加電流(氣體電離電)充氣.

特點:靈敏度增加(斜率大)

穩(wěn)定性,頻率特性變差5、響應特性光電變換時間短---10-12S電子輸運時間為主第43頁/共315頁2.光電倍增管1)原理:外光電效應,電子二次釋放效應.

高速電子撞擊固體表面,再次發(fā)射.光照固體表面二次電子釋放特點:由于一次發(fā)射后被加速,能量增加,撞擊后更多的電子發(fā)射.第44頁/共315頁2)倍增率δ二次電子數(shù)轟擊固體物質(zhì)的電子數(shù)第45頁/共315頁3)電流放大增益G在一定工作電壓下,陽極電流與陰極電流之比iA/ik設:有N個倍增極平均倍增率為δ

光電轉(zhuǎn)換后能夠到達第一倍極的電子收集率為f

倍增極之間的傳遞率為g

則:第46頁/共315頁理論與實驗結(jié)論:

當外加極間電壓Ud一定時,倍增率δ一定G可表示為:公式含義:增益與是指數(shù)關(guān)系,所以G受它影響很大.

外加倍增極電壓要求有極好的穩(wěn)定性.第47頁/共315頁4）典型結(jié)構(gòu)注：最后幾極電流大，易造成電壓波動，用電容去耦合穩(wěn)壓。第48頁/共315頁5）特性：輻射靈敏度：陰極光照靈敏度：陽極光照靈敏度：第49頁/共315頁電流增益：暗電流Id：Id為全暗條件下的陽極電流第50頁/共315頁3：光敏電阻

1）原理：光電導效應（光照躍遷導電率變化）2）工藝：薄膜（光電導效應只限于薄層）第51頁/共315頁

3）結(jié)構(gòu)：第52頁/共315頁Sλ不同材料峰值不同展寬原因：E>Eg

分布不同

4）特性光譜特性第53頁/共315頁光照特性：第54頁/共315頁伏安特性：第55頁/共315頁響應時間：第56頁/共315頁溫度特性：溫度升高，暗電阻下降，靈敏度下降原因：背景躍遷增加，湮沒光躍遷溫度升高：峰值波長向短波方向移動原因：EgT第57頁/共315頁5)基本電路第58頁/共315頁2）結(jié)構(gòu)4。光電晶體管1）光電二極管原理：內(nèi)光電效應第59頁/共315頁3）工作原理無光照：微小暗電流

有光照：光生載流子第60頁/共315頁4).偏置狀態(tài)

a.無偏置第61頁/共315頁b.反偏置第62頁/共315頁c.PIN管加大光生載流子產(chǎn)生區(qū)，提高靈敏度，反應速度工作原理：光照—穿透P區(qū)—在i區(qū)被吸收—電子＋空穴第63頁/共315頁d.雪崩光電管雪崩效應：如果在大外場作用下，電子獲取能量，碰撞產(chǎn)生電離，產(chǎn)生電子和空穴，增加增益和速度第64頁/共315頁重要參數(shù)：描述雪崩效果倍增因子M:U：外加電壓UB：擊穿電壓第65頁/共315頁5).特性光譜特性：不同材料的響應峰值波長不同第66頁/共315頁e)光電三極管第67頁/共315頁基本電路第68頁/共315頁結(jié)構(gòu)第69頁/共315頁將b－c結(jié)作為光敏二極管第70頁/共315頁結(jié)構(gòu)第71頁/共315頁基本電路第72頁/共315頁光信號控制開關(guān)電路A第73頁/共315頁光照特性與伏安特性即：光照一定，I-V之間的關(guān)系光電池短路電流可見：短路電流特性宜作測量用第74頁/共315頁由公式也可知（對數(shù)關(guān)系）（線性關(guān)系）第75頁/共315頁硅光電池的伏安特性負載對線性的變化軸上為開路電壓可見：負載越小越接近短路，線性越好第76頁/共315頁光二極管光照特性第77頁/共315頁伏安特性光電流（ma）反向電壓（v）200lx1200lx1000lx600lx0.020.040.061.0負載線第78頁/共315頁光電三極管第79頁/共315頁第80頁/共315頁歐洲大型強子對撞機成功實現(xiàn)質(zhì)子束流高速對撞

大型強子對撞機是世界最大的粒子加速器，位于地下100米深處、總長約27公里的法瑞士邊境的環(huán)形隧道內(nèi)，用以尋找暗物質(zhì)、反物質(zhì)等現(xiàn)象，最終揭開宇宙形成之謎。該設施原耗資約39億歐元，但經(jīng)過一年多的維修，于去年11月重新開始工作，項目投資已達約45億歐元?？茖W家們讓氫原子核分離出來、隨后進行加速。對撞的速度接近光速，產(chǎn)生的溫度是太陽內(nèi)部溫度的10萬倍，達1千兆攝氏度。因此這也是一項頗具危險性的實驗。一些科學家擔心，理論上可能產(chǎn)生“能夠吞掉地球的奇異離子”，認為這樣的實驗可能產(chǎn)生難以預見的后果。但是霍耶爾指出，可能只會產(chǎn)生某些“微型黑洞”，但這些黑洞會馬上分解，而且他認為，實際上幾十億年來，宇宙每秒鐘都在發(fā)生這樣的實驗，而地球上的生命并未受影響。據(jù)悉，核子研究中心的下一個目標將是兩年內(nèi)使質(zhì)子流在總共14萬億電子伏特的能量下相撞。第81頁/共315頁歐洲核子研究中心(CERN)，跨越日內(nèi)瓦市郊瑞士法國邊界的大型強子對撞機(LargeHadronCollider，簡稱LHC)第82頁/共315頁大型強子對撞機主要由一個超導磁體環(huán)和許多促使粒子能沿特定方向傳播的加速結(jié)構(gòu)組成第83頁/共315頁第84頁/共315頁

大型強子對撞機的操作溫度接近零下273.15攝氏度這一絕對零度，絕對零度是可能達到的最低溫度。相比之下，外太空遙遠區(qū)域的溫度大約在2.7開氏溫兩束質(zhì)子流沿著27公里長的環(huán)形實驗遂道相向?qū)ψ?。這是每束質(zhì)子流第一次以3.5萬億電子伏特的能量成功對撞。關(guān)于這次實驗的難度，該中心負責技術(shù)的部門負責人史迪夫？邁耶斯事先曾說，這非常不容易，“相當于向大西洋上空發(fā)射兩顆大頭針，而且要讓它們中途相撞”。度(零下270攝氏度，零下454華氏度)左右。第85頁/共315頁大型強子對撞機六大實驗·大型離子對撞機實驗(ALICE)

將鉛離子進行對撞,在實驗室條件下重建＂大爆炸＂之后的宇宙初期形態(tài),獲得的數(shù)據(jù)將允許物理學家研究夸克-膠子等離子體的性質(zhì)和狀態(tài)。ALICE探測器第86頁/共315頁·緊湊渺子線圈實驗(CMS)

在一個巨型螺管式磁鐵基礎上建成，產(chǎn)生的磁場相當于地球磁場的10萬倍。實驗目的與ATLAS相同，但這個探測器的磁鐵系統(tǒng)卻采用了完全不同的技術(shù)和設計．CMS實驗利用一個通用探測器第87頁/共315頁·全截面彈性散射偵測器實驗(TOTEM)

由一組安放在稱為＂羅馬罐＂的特制真空室的探測器組成。重點分析普通實驗難以獲得的物理學原理，將測量質(zhì)子大小，準確監(jiān)控大型強子對撞機光度。全截面彈性散射探測器(TOTEM)第88頁/共315頁·超環(huán)面儀器實驗(ATLAS)

ATLAS探測器巨大的圓環(huán)行磁鐵系統(tǒng)是它的主要特征，此項實驗涉及到物理學的很多領(lǐng)域，包括尋找希伯斯玻色子、額外維度以及構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子。ATLAS是大型強子對撞機兩個通用探測器中的一個第89頁/共315頁·底夸克實驗(LHCb)

LHCb實驗將幫助我們理解人類為何生活在一個完全由物質(zhì)而非反物質(zhì)構(gòu)成的宇宙。通過研究一種稱為＂美夸克＂的粒子，專門對物質(zhì)和反物質(zhì)之間的微妙差異展開調(diào)查。LHC底夸克探測器第90頁/共315頁·LHC前行粒子實驗(LHCf)

用于研究大型強子對撞機內(nèi)部產(chǎn)生的前行粒子，作為在實驗室環(huán)境下模擬實驗射線的來源，有助于科學家解釋和校準大規(guī)模宇宙射線實驗，這種實驗會覆蓋數(shù)千公里的范圍。LHCf探測器第91頁/共315頁ATLAS洞中安裝光束管第92頁/共315頁安裝ATLAS像素探測器第93頁/共315頁ATLAS內(nèi)部探測器端蓋第94頁/共315頁5.半導體色敏傳感器1)結(jié)構(gòu)Eg1>Eg2>Eg3第95頁/共315頁第96頁/共315頁2)光譜響應第97頁/共315頁3)光電過程 設有，，

<

<>

>>>>>>第98頁/共315頁第99頁/共315頁4)電流比與波長對應關(guān)系即第100頁/共315頁做出其關(guān)系第101頁/共315頁6、光電閘流晶體管

光閘晶體管結(jié)構(gòu)電路原理第102頁/共315頁7、CCD圖像傳感器（電荷耦合器件）1）半導體能帶結(jié)構(gòu)金屬與半導體接觸第103頁/共315頁表面帶負電荷表面帶正電荷第104頁/共315頁2）勢阱深度與存儲電荷能力a）電子阱的概念QG：柵電荷Qf：自由電荷（落入阱中）QD：固定電荷d：耗盡層厚度COX：單位面積氧化層電容CD：單位面積耗盡層電容第105頁/共315頁根據(jù)半導體物理理論由于表面加正電壓，吸引電子并束縛，相當于掉在阱里，跑不掉，

故稱為電子阱（載流子阱）（落入阱中電荷）平帶電壓第106頁/共315頁結(jié)論與討論：外加電壓越大勢阱越深勢阱深度隨阱中電荷量增加而下降每增加表面勢下降當表面勢下降到，電子不能再增加，不破壞耗盡條件，此時稱阱已滿變淺勢阱中電荷轉(zhuǎn)移至深阱中第107頁/共315頁3）電子來源1.注入2.光生：光照產(chǎn)生載流子光電轉(zhuǎn)換電流注入法：信號未來，IG小電壓，有一小阱，高電壓，有一深阱；信號來時，加一正向?qū)妷?，是注入二極管導通，注入載流子第108頁/共315頁4）光生載流子的轉(zhuǎn)移（光電轉(zhuǎn)換）光積分區(qū)透光電極轉(zhuǎn)移輸出①光照光生載流子②轉(zhuǎn)移載流子進入轉(zhuǎn)移區(qū)③切斷轉(zhuǎn)移電壓，電荷存在轉(zhuǎn)移區(qū)對應單元中④輸出第109頁/共315頁5）轉(zhuǎn)移方法電荷轉(zhuǎn)移工作原理第110頁/共315頁6）三相轉(zhuǎn)移原理第111頁/共315頁第112頁/共315頁7）輸出用反偏二極管取出轉(zhuǎn)移過來的電荷第113頁/共315頁8、光纖傳感器一.光纖均勻光纖結(jié)構(gòu)（子午幾何光線分析）第114頁/共315頁二.光在光纖中的傳播第115頁/共315頁1.分立的模式問題：是否滿足全反射條件的光線都能傳輸？P1BA第116頁/共315頁設:A為一反射前進波

B為另一反射前進波

A,B在點同相討論點的情況Ａ，Ｂ在點相干加強的條件是兩光線相位差為（m=0,1,2…)使之成立的普遍條件是每一光線折返一周的相位差為，因此傳播條件是折返一周的相位差為的整數(shù)倍2π2mπ2π第117頁/共315頁設直徑為d，波矢在在直徑方向的分量為

結(jié)論：當d，K，，確定后，只允許某些特定的存在（分立值）當光線入射小于臨界時不能在纖芯中傳輸即傳輸截止2Kxd

-

2φ12-2φ12=2mπdKx=2φ12

+mπKx第118頁/共315頁

由于不僅僅只子午光線,實際上要復雜的多

光纖的分析方法涉及的問題：光纖結(jié)構(gòu)；光纖模式；本征值方程；截止條件；單模條件；傳輸特性；特殊光纖2)分析方法：第119頁/共315頁

在特定的結(jié)構(gòu)下解波動方程；求出本征值方程；研究模式、截止、單模條件等問題選定坐標選定坐標下的波動方程（標量近似解或矢量嚴格解）用分離變量法解方程討論貝塞爾函數(shù)的斂散性光纖模式本征值方程截止條件第120頁/共315頁時間：2010-04-1407:49:40

地點：青海省玉樹藏族自治州玉樹縣

震級(M)：7.1

震源深度：

33千米

第121頁/共315頁單模光纖的極化特性特殊光纖傳輸特性

吸收損耗

散射損耗彎曲損耗端面傾斜對傳播的影響第122頁/共315頁3.光纖中的模式考慮三條光線，三個角度入射只有小于臨界角的光線才能在光纖中傳播基模：直線總能傳播高階模：第一個偏離直線而又滿足2πm

條件的的光線第二個偏離直線而又滿足2πm

條件的的光線。。。結(jié)論：從高階模到低階模順序截至（隨頻率、隨光線直徑變化）

第123頁/共315頁光纖中模式的截止:模式分類(m)u值(n)TEon,TMon

2.4

5.52

EH1n,HE1n0

3.833.83

7.017.01

EH2n,HE2n

2.4

5.135.52

8.41EH3n,HE3n

3.83

截止順序第124頁/共315頁HE11

TE01

TM01

HE21

EH11

HE31

第125頁/共315頁場型圖第126頁/共315頁(a)光能量閉鎖較好的情況(b)臨近截止的情況第127頁/共315頁4.光纖中的傳播模式數(shù)V5.單模條件第128頁/共315頁6.數(shù)值孔徑NA:NumericalAperture定義：sinθ=NANA越大θ越大，進入光線的的光越多第129頁/共315頁7、傳輸損耗定義：單位長度上輸入功率與輸出功率的比值損耗原因：吸收損耗，散射損耗，彎曲損耗等。吸收損耗（1）本征吸收（非缺陷吸收）起因：原子振動（吸收光能轉(zhuǎn)化為振動 與固有振蕩頻率有關(guān)——與光譜有關(guān)）第130頁/共315頁兩個吸收帶：

紫外區(qū)中心吸收帶尾延伸至

紅外區(qū)

中心吸收帶尾延伸至

兩吸收帶都影響至傳輸窗口

第131頁/共315頁（2）雜質(zhì)吸收（雜質(zhì)吸收）

起因：雜質(zhì)吸收光能，振動→熱能

影響最大的雜質(zhì)根，

銅，鐵，鎳例：根，振動基頻釩，鉻，鎂其諧波吸收譜如右圖，若

要求

第132頁/共315頁其濃度應為

（重量為百萬分之一）若要求吸收峰值，則濃度為（重量十億分之一）吸收峰值，則濃度為（3）原子缺陷吸收在成纖時產(chǎn)生的原子缺陷第133頁/共315頁散射損耗（1）本征散射原因：在加熱過程中，熱騷動使原子受壓縮，起伏，引起物質(zhì)

密度不均勻→導致折射率不均勻。折射率不均勻→產(chǎn)生散射特點：缺陷尺寸與波長相比較小瑞利散射分子散射是由瑞利提出的，散射光強和波長的四次方成反比其核心理論是小質(zhì)點的散射(2)第134頁/共315頁散射光譜較寬在長波長工作散射較小

例：熔融二氧化硅，散射極限值（最低極限值）

第135頁/共315頁彎曲損耗由于光纖彎曲，可以破壞原來的傳播特性。光纖直徑為dCX為彎—直部分界線CO為曲率半徑R

為直部處入射角為彎曲處入射角（外表面）為彎曲處入射角（內(nèi)表面）第136頁/共315頁應用正弦定理于

第137頁/共315頁同理： 結(jié)論：當R過小時（嚴重彎曲），可使之不滿足全反射條件，輻射損耗當R變小到某一程度時，變?yōu)橹本€傳播，不經(jīng)內(nèi)表面反射。第138頁/共315頁4、光纖端面傾斜對傳播的影響

實際上，端面與軸線有一定不垂直度

有時故意做成某種形狀激光器與光纖耦合第139頁/共315頁α第140頁/共315頁端面傾斜角為第141頁/共315頁第142頁/共315頁因為是臨界角,即為數(shù)值孔徑如果法線α上方入射,分析可得(利用)前面講過數(shù)值孔徑第143頁/共315頁如果(無傾斜),則與原來一樣討論極端情況,集光最大(所有方向上的光均能進入光纖)第144頁/共315頁這時,NA為可能大于1(如:α=45度)說明端面傾斜對入射光來說有利于集光但是討論出射:第145頁/共315頁代入前面的公式:當θ≥90度時第146頁/共315頁如果前面算出的比上式大,則要產(chǎn)生全反射,而不能出射.因此,出射的限制,受到限制.第147頁/共315頁二、光纖傳感器■問題：被測信號如何與光纖的各種特性相聯(lián)系？

◆光纖有哪些特點？

◆作為傳輸媒質(zhì)：物理量：n、n的分布幾何量：r、l、橢圓度

◆被傳導的光的性質(zhì)：強度、相位、頻率、偏振態(tài)、光的干涉、衍射等

◆被測信號：力學量、電學量、化學量等

???光和光線如何能夠感知被測信號???

第148頁/共315頁1.強度調(diào)制傳感器(傳輸損耗)原理:被測量調(diào)制光強特點:技術(shù)簡單,可靠原理圖:

光

強度調(diào)制區(qū)D第149頁/共315頁

裝置(1)微彎效應

光D位移第150頁/共315頁強度變化原因:a)彎曲損耗(射線光學)b)模間耦合(波動理論)當一對模式的有效傳播常數(shù)之差時,其兩模式之間的耦合程度最強.如果β1為導波模式,β2為包層模式.對于階躍光纖,當時,有最大耦合效果.(a為纖芯半徑,Δ為相對折射率差)第151頁/共315頁(2)光強度外調(diào)制特點:光纖只起接收光和傳光作用.第152頁/共315頁2.相位調(diào)制傳感器原理:

由于外部被測量的作用使光纖內(nèi)傳播的光波發(fā)生相位變化,利用干涉測量技術(shù),將相位變化變換為振幅變化,通過光電探測器進行檢測.第153頁/共315頁(1)邁克爾遜干涉儀第154頁/共315頁(2).馬赫―澤德(Mach―Zehnder)干涉儀第155頁/共315頁(3).薩格奈克(Sagnac)干涉儀第156頁/共315頁(4).法布里―珀羅(Fabry―Perol)干涉儀第157頁/共315頁(5)光纖干涉儀耦合的概念耦合的方法:光纖并行.耦合的效果:耦合可控制,使之達到能量分配目的.例如,可實現(xiàn)一半功率的耦合(3db)第158頁/共315頁“全光纖”干涉儀結(jié)構(gòu)第159頁/共315頁第160頁/共315頁兩光纖光的干涉外界信號調(diào)制使測量光纖伸長（6）相位檢測問題：

光電探測器對光強敏感，對相位不敏感如何使相位變化轉(zhuǎn)換對應成光強變化？第161頁/共315頁阿第162頁/共315頁考慮特殊點的情況靈敏度如果光纖的變化比波長大很多，周期變化頻率與信號變化對應。如果光纖的變化比波長小很多，采用零差檢測等技術(shù)。第163頁/共315頁a光源差分放大器積分放大器帶通濾波器鎖相放大器數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示移項控制整形電路3db3db第164頁/共315頁阿

被測信號使光線變化（長度：L，應變；折射率；彈光效應直徑：泊松效應考慮：參考臂和測量臂中通過的光第165頁/共315頁第166頁/共315頁a第167頁/共315頁第168頁/共315頁a白光溫度熱變色溶液黑體輻射波長調(diào)制波長調(diào)制原理：被測變量調(diào)制光波長特點：解調(diào)技術(shù)復雜（分光儀）穩(wěn)定性好第169頁/共315頁阿黑體探頭透鏡雙波長檢測器溫度利用黑體探頭吸集光譜輻射

CCD陣列濾光器波長調(diào)制濾光器：法布里鉑羅標準具外界參數(shù)引起標準具變化白光大芯徑光線數(shù)據(jù)處理第170頁/共315頁阿布拉格盒探測器處理聲光調(diào)制混頻通過測量可求出速度頻率調(diào)制原理：被測參數(shù)調(diào)制頻率多普勒效應：

f入射到相對于探測器速度為v的運動物體上，從運動物體反射的光為：第171頁/共315頁L+-偏振態(tài)調(diào)制原理：被測量改變偏振態(tài)法拉第效應：在磁場作用下產(chǎn)生旋光效應，稱為磁致旋光效應，也稱為法拉第效應。對于給定介質(zhì)，震動面的旋轉(zhuǎn)角與樣品長度和磁感應強度成正比磁致旋光方向與磁場方向有關(guān)，與光的傳播方向無關(guān)第172頁/共315頁ii光探測電流傳感器第173頁/共315頁DD12I激光器激光器---起偏器----線偏振光----透鏡耦合入纖----導體通有電流----

----纏繞光纖產(chǎn)生磁光效應（光纖要求：低雙折射）----

----光纖中偏振光偏振面旋轉(zhuǎn)角----出射光經(jīng)透鏡到wallaston棱鏡

----w棱鏡將入射光分成振動方向相互垂直的兩束偏振光----探測處理第174頁/共315頁濾波基帶信號D時分多路解調(diào)反射式光傳感器透射式時分調(diào)制原理：被測參量調(diào)制返回信號的基帶頻譜，通過檢測基帶的延遲時間、幅度大小等的變化來測量各種物理量和空間分布。特點：可測量空間分布第175頁/共315頁第176頁/共315頁a三、光耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。

結(jié)構(gòu)：

由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。

發(fā)光源為輸入端受光器為輸出端，

受光器：光敏二極管、光敏三極管、光電三極管、光敏電阻型、光控晶閘管、光電達林頓、集成電路等型式。第177頁/共315頁a

工作原理

在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

工作特性（以光敏三極管為例）

1、共模抑制比很高

發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

2、輸出特性

發(fā)光二極管不發(fā)光時，光敏晶體管集電極輸出電流

暗電流很小。發(fā)光二極管發(fā)光時，輸入輸出電流之間的變化成線性關(guān)系。

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大

第178頁/共315頁a

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用

在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。光電耦合器具體應用

1.組成開關(guān)電路

2．組成邏輯電路

3．組成隔離耦合電路

4．組成高壓穩(wěn)壓電路

5.組成門廳照明燈自動控制電路

第179頁/共315頁a光電耦合器的分類(1)按光路徑：外光路光電耦合器、內(nèi)光路光電耦合器。

(2)按輸出形式：

a、光敏器件輸出型：光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型等

b、NPN三極管輸出型：交流輸入型、直流輸入型等。

c、達林頓三極管輸出型：交流輸入型、直流輸入型。

d、邏輯門電路輸出型：門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出型等。

e、低導通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級）。

f、光開關(guān)輸出型（導通電阻小余10Ω）。

g、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。(3)按封裝形式：同軸型、雙列直插型、TO封裝型、扁平封裝型、貼片封裝型、以及光纖傳輸型等。(4)按傳輸信號：數(shù)字型光電耦合器、線性光電耦合器(5)按速度：低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）高速光電耦合器（光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型）(6)按通道：單通道、雙通道、多通道光電耦合器。(7)按隔離特性：普通隔離光電耦合器（一般光學膠灌封低于5000V，空封低于2000V）高壓隔離光電耦合器（可分為10kV,20kV,30kV等）。(8)按工作電壓：可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）。

第180頁/共315頁一、氣體傳感器概述：氣體的特點：大部分是混合體。對傳感器的要求：能選擇性地檢測某一單一氣體。

氣體是以濃度的變化為其存在表現(xiàn)的強度。對傳感器的要求：有滿足要求的靈敏度，實現(xiàn)測量范圍。響應速度，穩(wěn)定性，價格體積第六章其他類型傳感器氣體傳感器是能夠感知氣體種類及其含量并轉(zhuǎn)換成可用信號（電信號）輸出的器件或裝置第181頁/共315頁阿★由于氣體種類繁多單一型傳感器不能檢測所有氣體。表面聲波氣敏傳感器：

主要測量：各有機氣體如：有機磷化合物鹵化物苯乙烯碳酸氯固態(tài)電解質(zhì)氣敏傳感器：

主要測量：無機氣體如：二氧化碳，氯氣，一氧化碳

特點：選擇性好，靈敏度不高

材料：ZrO2,氧化鋯，二氧化銫等。金屬氧化物半導體氣敏傳感器

主要測量：各種還原性氣體

特點：選擇性差，成本低，測量簡單，靈敏度高，應用最為普遍。第182頁/共315頁阿1、接觸燃燒式氣體傳感器

原理：被測氣體的濃度或含量與進行化學反應時產(chǎn)生熱量的多少具有對應關(guān)系熱量可導致某些材料的物理性質(zhì)發(fā)生變化，例如金屬的阻值。

被測氣體：可燃氣體工作方式：直接接觸燃燒、催化接觸燃燒氧化鋁觸膜鉑絲（氧化鋁外面可再涂鉑鈀催化劑）工作原理：可燃氣體在表面或在催化劑的作用下燃燒，使得波斯溫度升高從而電阻發(fā)生變化。利用橋路即可測得。還可進行溫度補償。第183頁/共315頁去2、氧化物半導體傳感器參數(shù)：

1）電阻比靈敏度2）輸出電壓比靈敏度

3）氣敏元件分辨率

4）響應時間

5）恢復時間

6）加熱功率第184頁/共315頁阿第185頁/共315頁2、氧化物半導體傳感器

1）半導體材料

N型氧化物：ZnO,

Fe2O3,

SnO2P型氧化物：除NiO外等其它因工作穩(wěn)定性差，靈敏度不等而不用。

2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型:

a)表面電阻控制型:

分為薄膜型燒結(jié)型厚膜第186頁/共315頁

薄模型電極加熱氧化物半導體基片燒結(jié)型加熱第187頁/共315頁厚模型加熱材料三氧化二鋁二氧化釕氧化硅絕緣層二氧化錫第188頁/共315頁機理:

氣體吸附親電性低(還原性氣體)

施放電子成為正離子電導率親電性高(氧化性氣體)

奪取電子成為正離子電導率第189頁/共315頁b)體電阻控制型

加熱機理:熱敏型氣敏器件(對可燃性氣體)

可燃氣體吸附-燃燒-溫度-阻值吸附氣體-新能級+晶格缺陷-體電阻氧化,還原過程中,形成離子增減.第190頁/共315頁第191頁/共315頁3）氣敏選擇性

提高氣體選擇性的途徑a)選擇工作溫度第192頁/共315頁b)氣體過濾膜

二氧化硅阻止比氫氣大的其它氣體c)催化劑某些催化劑有選擇性地對被測氣體進行催化氧化氧化物體催化劑使用溫度氣體范圍二氧化錫

二氯化鈀

200-300還原性氣體二氧化錫

二氧化釷

150-200氫、一氧化碳二氧化錫

金常溫硫化氫氧化鋅

鈀

400-500氫、一氧化碳氧化鋅

鉑常溫烷烴氧化釩

銀

300二氧化氮第193頁/共315頁2,肖特基二極管氣敏傳感器結(jié)構(gòu)第194頁/共315頁機理:孤立狀態(tài)肖特基勢壘第195頁/共315頁接觸狀態(tài)第196頁/共315頁當氣體(H2)濃度增高時

(Pd)金屬的功函數(shù)會降低，勢壘降低第197頁/共315頁Pd-TiO2二極管的V-I特性（25°C）濃度：a=0b=14c=140d=1400e=7150f=10000g=15000濃度增加電流增加第198頁/共315頁3.MOSFET氣敏器件金屬氧化物半導體場效應晶體管結(jié)構(gòu)（n溝道）機理：氣體降低了柵金屬功函數(shù)，使VT下降，VT（閾值電壓）第199頁/共315頁4、氧化鋯氧氣傳感器材料性質(zhì)：

★不同溫度下添加雜質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)不同

2500度立方晶系2700度添加某些雜質(zhì)正方晶系

★添加氧化鈣、三氧化二釔、氧化鎂產(chǎn)生氧空位形成離子電導特性

★在一定的溫度條件下，如果在二氧化鋯塊狀陶瓷兩側(cè)的氣體中分別存在著不同的氧分壓(即氧濃度)時，二氧化鋯陶瓷內(nèi)部將產(chǎn)生一系列的反應，和氧離子的遷移。這時通過二氧化鋯兩側(cè)的引出電極，可測到穩(wěn)定的毫伏級信號，我們稱之為氧電勢。氧化鋯氧濃度高第200頁/共315頁二濕度傳感器件水蒸氣質(zhì)量氣體體積絕對濕度１．濕度的概念表征方法：１)絕對濕度（ＡＨ）PV(AbsolutelyHumidity）一定溫度，壓力單位體積混合氣體中含水蒸氣的質(zhì)量，為絕對濕度第201頁/共315頁

２)相對濕度（ＲＨ）

H(RelativeHumidity)

絕對濕度與同一溫度下達到飽和狀態(tài)的絕對濕度之比

相對濕度絕對濕度同一溫度飽和狀態(tài)絕對濕度第202頁/共315頁a

３)露點濕度壓力一定，Ｔ，結(jié)霜4)質(zhì)量分數(shù)和體積分數(shù)質(zhì)量分數(shù)=所含水蒸汽質(zhì)量/混合氣體質(zhì)量

=m/M×100%

體積分數(shù)=含水蒸氣體積/混合氣體體積

=v/V×100%２、濕度傳感器參數(shù)１）濕度量程感濕范圍

0——40%低濕型﹥70%高濕型

0——100%全濕型第203頁/共315頁A

2）感濕靈敏度

相對濕度改變1%時，傳感器參量的變化值或百分比。

3）特征溫度系數(shù)

4）響應時間濕度穩(wěn)定的90%

5）電壓特性加交流直流引起被測水分子分解

6）頻率特性頻率太高阻值變化，小于千赫顧及直流的分解不能太低第204頁/共315頁啊２、濕度傳感器１）原理：利用材料的物理特性量隨材料所處的環(huán)境濕度而有規(guī)律的變化材料特征量Ｒ，Ｃ變換信號S(t)第205頁/共315頁2)元素半導體濕敏器件

1.材料：單元素Ge鍺Se硒2.物理特征R電阻3.結(jié)構(gòu)硒膜鉑電極第206頁/共315頁相對濕度電阻*1000000

1101000.10.01406080硒—濕度第207頁/共315頁

4.機理多晶結(jié)構(gòu)晶粒界面電導＋表面電導改變表面態(tài)及晶粒間界面勢壘同時要求界面電導+表面電導＝主導電導多晶，薄膜（很?。?.制作工藝：蒸發(fā)膜否則體電導為主電導第208頁/共315頁3）金屬氧化物半導體陶瓷濕度器件1.材料

系系系

加入是為了改善機械強度優(yōu)點：熱穩(wěn)定、抗污、長壽命、響應快、精度高、范圍寬2.特征量R第209頁/共315頁3.結(jié)構(gòu)薄厚膜電極膜第210頁/共315頁④機理1.一般理解（看法不一致）◆材料屬于多晶◆晶粒間界結(jié)構(gòu)不夠致密，沒有規(guī)律◆載流子濃度比晶粒內(nèi)部小的多，載流子遷移率也低△水分子中的氫原子具有很強正電場△附著時從材料表面俘獲電子，表面帶負電（表面電勢變負）第211頁/共315頁△對于P型材料：表面負電勢吸引空穴到表面，電阻，負性△對于N型材料：表面負電勢使表面層電子耗盡負性吸引大量空穴到表面，反型電阻第212頁/共315頁第213頁/共315頁另一類材料，如結(jié)構(gòu)，電子能量狀態(tài)與負性不一樣水分子附著，表面電勢變負，表面層電子濃度下降，但不反型，R第214頁/共315頁⑤工藝：絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)（孔數(shù)/nm2）貼感光膜，光刻成型，印刷燒結(jié)陶瓷，材料，成型，1300℃燒制－瓷體，切片涂覆：噴涂，印刷第215頁/共315頁4）厚膜陶瓷濕度傳感器

5）薄膜陶瓷濕度傳感器材料

物理量結(jié)構(gòu)機理吸附水使電容量變化等第216頁/共315頁6）MOSFET濕敏器件材料：感濕薄膜物理特征量：電荷E、電場結(jié)構(gòu)機理：沒有薄膜加一脈沖（正）形成溝道，導電，然后變化有薄膜第217頁/共315頁7）結(jié)型濕敏器件

材料：薄膜

物理量：

結(jié)構(gòu)水機吸附、正電場——耗盡工藝制備反向電流相對濕度10nm第218頁/共315頁比較：元素半導體電阻高——適用于高濕度測量第219頁/共315頁金屬氧化物涂覆燒結(jié)厚膜MFET特性穩(wěn)定感濕范圍寬重復性好易于微型化、集成化工藝簡單溫度系數(shù)較小體積小濕度量程寬響應時間短重量輕重復性好易于集成壽命長成本低第220頁/共315頁1889年巴黎1851年倫敦2010年上海2010年北京第221頁/共315頁阿

一、概論生物傳感器(化學、生物學、物理學、電子學…..)

生物傳感器是利用生物關(guān)聯(lián)物質(zhì)選擇分子的功能的化學傳感器（敏感元件：生物材料，轉(zhuǎn)換元件：電極）

生物感應元件的專一性/能夠產(chǎn)生和待測物濃度成比例的信號傳導器/與其它傳感器不同的是生物傳感器是以生物學組件作為主要功能性元件，能夠感受規(guī)定的被測量

/是基于它的生物敏感材料來自生物體。生物傳感器的工作原理主要決定于生物敏感元件與待測物質(zhì)之間的相互作用，主要有化學變化轉(zhuǎn)化為電信號、將熱變化轉(zhuǎn)化為電信號、將光效應轉(zhuǎn)化為電信號、直接產(chǎn)生電信號方式等方式

特點：選擇性好、噪聲低、重復性好、能以電信號直接輸出

測量范圍：低分子—高分子：酶、微生物、免疫體、復雜蛋白質(zhì)等現(xiàn)有傳感器：酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、半導體生物傳感器、熱生物傳感器、光生物傳感器、壓電生物傳感器三、生物傳感器第222頁/共315頁生物傳感器的分類1：按識別功能膜分類按信號轉(zhuǎn)換分類按材料第223頁/共315頁生物傳感器的分類2：根據(jù)被測物與分子識別元件相互作用產(chǎn)生傳感器輸出信號的方式分類：

1）生物親和型生物傳感器

被測物與分子識別元件上敏感物質(zhì)具有生物親和作用。即二者間能特異地相結(jié)合，同時引起敏感材料上生物分子的結(jié)構(gòu)和固定介質(zhì)發(fā)生物理變化，例如電荷、厚度、溫度、光學性質(zhì)(顏色或熒光)等變化。這類傳感器稱為生物親和型生物傳感器。

2）代謝型或催化型生物傳感器

被測物與分子識別元件上的敏感物質(zhì)相作用并產(chǎn)生產(chǎn)物，信號換能器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?，這類傳感器稱為代謝型或催化型生物傳感器。第224頁/共315頁二、生物傳感器的工作原理

1、生物識別功能

生物體內(nèi)具有各種選擇性地識別特定化學物質(zhì)的化學受體

化學受體：分子識別部位或信號轉(zhuǎn)換部位識別功能物質(zhì)：酶高選擇性、起催化作用氧化還原酶水解酶（葡萄糖氧化酶）（尿素酶）

抗體與免疫有關(guān)

激素受體、結(jié)合蛋白質(zhì)微生物特殊酶活性的小器官

第225頁/共315頁a被測物敏感膜透氣膜電流電壓電流透過膜透過膜玻璃膜透過膜透過膜

2、生物信號轉(zhuǎn)換方式

1）化學變化轉(zhuǎn)換為電信號方式第226頁/共315頁

2、生物信號轉(zhuǎn)換方式

1）化學變化轉(zhuǎn)換為電信號方式

酶與被識別分子發(fā)生特異反應，產(chǎn)生特定物質(zhì)的增減，并將特定物質(zhì)的增減量轉(zhuǎn)換為電信號

2）熱轉(zhuǎn)換為電信號方式

進行分子識別時產(chǎn)生熱變化，并將熱變化轉(zhuǎn)換為電信號

3）光轉(zhuǎn)換為電信號方式很多酶進行分子識別時產(chǎn)生化學發(fā)光，并將光變化轉(zhuǎn)換為電信號

4）直接誘導式電信號進行分子識別時產(chǎn)生電信號變化第227頁/共315頁

3、換能器

感知分子識別時的變化，轉(zhuǎn)變成可以記錄的信號

4、固定化技術(shù)酶、抗體、微生物通常是水溶性的，與適當?shù)妮d體結(jié)合變成不溶于水的并制成傳感器用的識別功能膜，這種技術(shù)成為固定化技術(shù)。

第228頁/共315頁5、電極與測量方式

1）電極：氧電極O2、H2O2電極、PH電極

CO2電極、NH3電極、NH4+電極

2）測量方式（被測物變化轉(zhuǎn)換成電信號方式）：電流法生化反應消耗或生成的電極活性物質(zhì)的電極板反應產(chǎn)生電流氧電極O2、H2O2電極電壓法生化反應的粒子在識別功能膜上產(chǎn)生的膜電位

CO2電極、NH3電極、NH4+電極

第229頁/共315頁

3）靜態(tài)測量法：生物傳感器插入試液，邊攪拌邊測量

動態(tài)測量法：生物傳感器插入試液池，讓緩沖液連續(xù)流過測量池，在一定時間內(nèi)將試液注入測量。第230頁/共315頁

4）例：(1)酶電極

葡萄糖氧化酶(GOD)電極，GOD的催化,葡萄糖(C6H12O6)被氧化生成葡萄糖酸(C6H12O7)和過氧化氫。通過氧電極(測氧的消耗)、過氧化氫電極(測H2O2的產(chǎn)生)和pH電極(測酸度變化)來間接測定葡萄糖的含量。因此只要將GOD固定在上述電極表面即可構(gòu)成測葡萄糖的GOD傳感器。(2)微生物電極

將微生物(常用的主要是細菌和酵母菌)作為敏感材料固定在電極表面。工作原理：其一,利用微生物體內(nèi)含有的酶(單一酶或復合酶)系來識別

分子,這種類型與酶電極類似;

其二,利用微生物對有機物的同化作用,通過檢測其呼吸活性(攝氧量)的提高,即通過氧電極測量體系中氧的減少間接測定有機物的濃度;其三,通過測定電極敏感的代謝產(chǎn)物間接測定一些能被厭氧微生物所同化的有機物。

第231頁/共315頁(3)電化學免疫電極

將抗體或抗原直接固定在電極表面上。

傳感器與相應的抗體或抗原發(fā)生結(jié)合的同時產(chǎn)生電勢改變直接轉(zhuǎn)變成電信號。

診斷早期妊娠的hCG免疫;診斷原發(fā)性肝癌的甲胎蛋白(AFP或αFP);測定人血清蛋白(HSA、胰島素等等。(4)電化學DNA電極

利用單鏈DNA(ssDNA)或基因探針作為敏感元件固定在固體電極表面

固定在電極表面的某一特定序列的ssDNA與溶液中的同源序列的特異識別作用(分子雜交)形成雙鏈DNA(dsDNA)(電極表面性質(zhì)改變),同時借助一能識別ssDNA和dsDNA的雜交指示劑改變電流響應

檢測基因及一些能與DNA發(fā)生特殊相互作用的物質(zhì)

第232頁/共315頁6、生物傳感器的工作原理被測溶液中待測物質(zhì)—擴散進入生物功能膜---功能膜中敏感物質(zhì)進行分子識別或生物學反應---基于化學、物理原理轉(zhuǎn)變成相應比例電信號---輸出

第233頁/共315頁三、常用生物傳感器

1、酶傳感器

原理：被測物質(zhì)固定化酶膜催化化學反應生成消耗電極活性物質(zhì)（O2、H2O2、CO2、NH3等)電化測量裝置（電極）電信號第234頁/共315頁

2、葡萄糖傳感器

原理：葡萄糖（被測物）葡萄糖氧化酶（GOD敏感膜）氧化氧減少氧電極（隔膜型Pt陰電極浸入NaOH溶液)氧穿過隔膜到達Pt被還原形成陰極電流C6H12O6+O2C6H10O6+H2O2

O2+2H2O+4e4OH-第235頁/共315頁3、微生物傳感器

原理：有機化合物溶液（被測物）微生物膜攝取（敏感膜）吸入氧氣放出二氧化碳剩余氧氣到達氧電極陰極電流

第236頁/共315頁4、半導體復合模式傳感器

生物場效應晶體管

離子感應膜或生物功能膜代替柵極金屬膜

檢測對象被吸附在功能膜受體上致使膜電位發(fā)生變化，漏電流發(fā)生變化。第237頁/共315頁

酶FET:

第238頁/共315頁免疫FET第239頁/共315頁5、酶光電二極管催化發(fā)光反應酶檢測過氧化氫第240頁/共315頁6、壓電晶體復合膜式傳感器復著物的變化影響石英晶體的振動諧振頻率第241頁/共315頁a

第四章

磁敏傳感器

磁敏傳感器是把磁學物理量轉(zhuǎn)換為電信號的元器件或裝置分類：第242頁/共315頁a

2009年版中國磁敏傳感器市