第6章磁场与成分参数测量传感器优秀课件

型
参 号
数
直流电 电感量 分布电 外壳等效工作灵敏 开路灵 总长度 重量
阻（Ω） （H）容（pF） 电阻 度
敏度 （mm） （kg）
（kΩ） ( V/Hz·t）（ V/r）
CGC-A
430 650 550
55
140
80 2150 36
CGC-B 1350 1050 200 300
69
30 1200 20
▪ 该传感器是一种磁电转换器件，它利用磁敏材料的固有特性，通 过不同的特殊电路将磁信号转换为电信号。
表6-1 FCC/MC磁性传感器型号及参数
参
磁灵敏 分辨能 测量范 工作温 频率范 电源 功耗 尺寸（mm） 力（nT）围（mT）度（℃）围（Hz）（V）（mW）
型
数
度
号
V/nT）
非 FCC-1 晶 FCC-2 态
6.1.1 磁敏传感器原理与结构
❖ 1.磁阻效应
▪ 磁阻效应是指将一载流导体置于外磁场中，其电阻率会发生变化 （增大），它是伴随霍尔效应同时发生的一种物理效应。
▪ 当温度恒定时，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度B的平方成 正比。如果器件只有在电子参与导电的简单情况下，理论推导出 来的磁阻效应方程为
❖ 2.磁敏电阻的结构
▪ 常见的磁敏电阻有如下三种结构，如图6-1所示。
输入电流
In短路条
B 电流方向
输出电流
电极
电极
InSb (a)矩形栅格型磁阻元件
NiSb针状晶体
(b)InSb-NiSb共晶磁阻元件
(c)圆盘形磁阻元件
图6-1 常见磁敏电阻结构
6.1.2 磁敏电阻常用型号
❖1. FCC/MC系列磁性传感器
1
第6章磁场与成分参数测量传感器
1.2
6.1 磁敏电阻传感器
1.2
6.2 集成磁场传感器 6.3 磁敏二极管和磁敏三极管 6.4 气敏传感器 6.4 湿敏传感器
❖磁场以及成分参数的测量在日常生活以及工业 中占据重要的地位。磁场的测量主要是磁场强 度以及磁场方向的测量，成分参数测量主要是 指气体参数与湿度参数的测量。
根据能量守恒定理
h 1 2m02 A0
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子
逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个
对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率， 光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光， 光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率， 即使光线微弱，也会有光电子射出。
外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射 的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于 外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要 使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸 出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于 金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过109s。
发光二极管常用的材料与发光波长
4、激光器
激光是20世纪60年代出现的最重大科技成就之一，具有高方向 性、高单色性和高亮度三个重要特性。激光波长从0.24μm到远红 外整个光频波段范围。
激光器种类繁多，按工作物质分类： 固体激光器（如红宝石激光器） 气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器） 半导体激光器（如砷化镓激光器） 液体激光器
B01 0 .2 7 3 2B 2
6.1.1 磁敏传感器原理与结构
❖1.磁阻效应
▪ 当电阻率变化为 B0 时，则电阻率的相对变化率为
0 0.2732B2kB2
▪ 半导体中仅存在一种载流子时，磁阻效应很弱。若同时存在两种 载流子，则磁阻效应很强，此时
0
p
nPBB2
6.1.1 磁敏传感器原理与结构
7.2光电效应
所谓光电效应是指物体吸收了光能后把光能转换为该物 体中某些电子的能量而产生的电效应。 光电效应按原理又分为以下3种： 1、外光电效应：在光线照射下，电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。其中，向外发射的电子称 为光电子，能产生光电效应的物质称为光电材料。
源自文库2、内光电效应：在光线作用下，物体的导电性能发生 变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。
FCC-3
FCC-4
磁 mc-1 膜 mc-2
20 10 50 6000 5 5000
0.5 0.2 5 0.2 0.2 0.04 2 0.3 5 0.3 2 0.3
-35~40 0~1 6
-35~40 0~20 6
-35~40 0~1 6
-35~40 0.01~1 6
-30~50 0~2500 4.5
-30~50 0.01~1 6
9 82×62×31
10 82×56×31
9 82×56×31
15 80×90
3 82×56×31
5 80×90
6.1.2 磁敏电阻常用型号
❖2. CGC系列磁传感器
该传感器可用于地磁脉动观测，它是大地磁法或电磁法勘探仪 器的磁场信息接收器。
表6-2 CGC磁传感器型号及参数
❖在本章中，磁场主要是通过磁敏电阻器、集成 磁场传感器、磁敏二极管和磁敏三极管进行测 量的，而气体参数和湿度参数是通过气敏传感 器和湿敏传感器进行测量的。
6.1 磁敏电阻传感器
❖磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大 类，前者有霍尔传感器（其材料主要有InSb， InAs，Ge，Si，GaAs等）和磁敏电阻（1nSb， InAs），后者有磁敏二极管（Ge，Si）、磁敏 晶体管（Si等）。
❖它们都是利用半导体材料中的自由电子或空穴 随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种 磁敏传感器。
6.1.1 磁敏传感器原理与结构
❖磁敏电阻器是基于磁阻效应的磁敏元件。
▪ 当长方形半导体片受到与电流方向垂直的磁场 作用时，不但产生霍尔效应，而且还会出现电 流密度下降、电阻率增大的现象。若适当地选 几何尺寸，还会出现电阻值增大的现象。前一 种现象称为物理磁阻效应，后一种现象称为几 何磁阻效应。半导体磁阻器件就是综合利用这 样两种效应而制成的磁敏器件。