传感器技术与原理

传传感感器器原原理理及及应应用用
主主讲讲人人：： 吴吴琼琼水水
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武武汉汉大大学学电电子子信信息息学学院院
光光谱谱成成像像实实验验室室第8章
第8章
固态传感器
固态传感器概概述述 第第88章章 固固态态传传感感器器
88..11 磁磁敏敏传传感感器器
88..22 光光敏敏传传感感器器
88..33 电电荷荷耦耦合合器器件件
88..44 气气体体传传感感器器
88..55 湿湿度度传传感感器器概概述述 88..11 磁磁敏敏传传感感器器
磁磁敏敏式式传传感感器器都都是是利利用用半半导导体体材材料料中中的的自自由由电电子子或或空空
穴穴随随磁磁场场改改变变其其运运动动方方向向这这一一特特性性而而制制成成。。
按按其其结结构构可可分分为为体体型型和和结结型型两两大大类类。。

体体型型的的有有霍霍尔尔传传感感器器，，

结结型型的的有有磁磁敏敏二二极极管管,,磁磁敏敏晶晶体体管管
一一、、霍霍尔尔元元件件((HHaallll CCoommppoonneenntt ))
二二、、磁磁敏敏二二极极管管霍霍尔尔元元件件 霍霍尔尔元元件件
 霍霍尔尔传传感感器器属属于于磁磁敏敏元元件件，，磁磁敏敏元元件件也也是是基基
于于磁磁电电转转换换原原理理，，磁磁敏敏传传感感器器是是把把磁磁学学物物理理量量
转转换换成成电电信信号号。。
随随着着半半导导体体技技术术的的发发展展，，磁磁敏敏元元件件得得到到应应用用
和和发发展展，，广广泛泛用用于于自自动动控控制制、、信信息息传传递递、、电电磁磁
场场、、生生物物医医学学等等方方面面的的电电磁磁、、压压力力、、加加速速度度、、
振振动动测测量量。。
 特特点点：：结结构构简简单单、、体体积积小小、、动动态态特特性性好好、、寿寿
命命长长。。霍霍尔尔元元件件 霍霍尔尔元元件件
一一、、霍霍尔尔效效应应
一一个个金金属属（（导导体体））薄薄片片或或半半导导体体薄薄片片，，当当在在它它的的两两端端通通过过控控制制电电
流流II并并且且同同时时在在薄薄片片的的垂垂直直方方向向上上加加上上磁磁感感应应强强度度为为BB的的磁磁场场时时，，
在在垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场的的方方向向上上就就会会产产生生电电动动势势UU ，，这这种种现现象象叫叫做做
HH
霍霍尔尔效效应应。。UU 就就叫叫做做霍霍尔尔电电动动势势或或霍霍尔尔电电压压。。
HH
霍尔效应的产生是运动电荷在磁场中受到洛仑兹力作用的结果。一一、、霍霍尔尔效效应应 霍霍尔尔元元件件
霍霍尔尔效效应应演演示示
半半导导体体薄薄片片置置于于磁磁感感应应强强度度为为BB 的的磁磁场场中中，，
磁磁场场方方向向垂垂直直于于薄薄片片，，当当有有电电流流II 流流过过薄薄片片时时，，在在
垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场的的方方向向上上将将产产生生电电动动势势EE ，，这这
HH
种种现现象象称称为为霍霍尔尔效效应应。。
d
a
b
c
磁磁感感应应强强度度BB为为零零时时的的情情况况一一、、霍霍尔尔效效应应 霍霍尔尔元元件件
霍霍尔尔效效应应演演示示
d
a
b
c
当当磁磁场场垂垂直直于于薄薄片片时时，，电电子子受受到到洛洛仑仑兹兹力力的的作作
用用，，向向内内侧侧偏偏移移，，在在半半导导体体薄薄片片cc、、dd方方向向的的端端面面
之之间间建建立立起起霍霍尔尔电电势势。。一一、、霍霍尔尔效效应应 霍霍尔尔元元件件
设设霍霍尔尔元元件件为为NN型型半半
导导体体，，当当它它通通电电流流II
时时：：
FF == qqvvBB
LL
当当电电场场力力与与洛洛仑仑兹兹力力相相等等时时，，达达到到动动态态平平衡衡，，这这时时有有
qqEE ==qqvvBB
HH
故故霍霍尔尔电电场场的的强强度度为为
EE ==vvBB
HH
所所以以，，霍霍尔尔电电压压UU 可可表表示示为为
HH
UU == EE bb == vvBBbb 设载流子浓度为n，则
HH
HH一一、、霍霍尔尔效效应应 霍霍尔尔元元件件
流流过过霍霍尔尔元元件件的的电电流流为为
II == ddQQ // ddtt == bbddvvnnqq
得得：： vv ==II // nnqqbbdd
所所以以：：
UU == BBII // nnqqdd
HH
IB
若若取取
RR == 11 // nnqq
则则
U  R
HH
H H
d
RR
被被定定义义为为霍霍尔尔元元件件的的霍霍尔尔系系数数。。显显然然，，霍霍尔尔
HH
系系数数由由半半导导体体材材料料的的性性质质决决定定，，它它反反映映材材料料霍霍尔尔
效效应应的的强强弱弱。。一一、、霍霍尔尔效效应应 霍霍尔尔元元件件
R
设设
K  H
H
d

您好！作为电气行业的智能客服助手，我可以为您解释传感器技术与原理的相关内容。 传感器技术是一种用于检测和测量物理量（如温度、压力、光照、速度等）并将其转换为电信号的装置或设备。它在电气工程中扮演着至关重要的角色，因为这些信号可以被电子设备解读和处理，进而控制各种系统的行为。传感器的工作原理通常基于不同的物理效应或化学反应，例如光电效应（光敏传感器）、热电效应（热敏传感器）、压电效应（压力传感器）等。 传感器的基本组成部分包括敏感元件、转换元件和信号处理电路。敏感元件负责感受外部环境的变化，转换元件则将这些变化转换为电信号，如电压或电流变化。信号处理电路则进一步放大、滤波或解析这些信号，以便于后续的分析和控制。 了解传感器技术对于设计自动化系统、工业监控、智能家居等领域都非常重要。如果您对某个具体的传感器类型或者应用有疑问，欢迎继续提问！