新型传感器的读书报告

新型传感器

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告

精密仪器及机械

蔡曼曼

2013.6.6

新型传感器的读书报告

本科阶段曾经学习过《传感器技术与原理》，上学期也接触了《测试技术》,这些都是传感器中最基础的知识，通过这几个月对新型传感器的学习，对传感器有了一个全新的认识和理解，更进一步地了解并掌握了几种新型传感器的原理特点和使用方法。

传感器是一种检测装置，它能感受到被测量的信息，并将检测感受到的信息并按照一定的规律转换成可用输出信号，来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。它的主要特征是能准确地传递和检测出某一形态的信息并将它转换成另一形态的信息。传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。随着科学技术的迅猛发展，其越来越广泛的应用于科学技术的各个领域。在机电一体化的系统中，传感器处于系统之首，是机电一体化系统达到高水平的有效保证。随着人类探知领域的不断深入，各种信息的传递速度将越来越快，处理信息的能力也将越来越强，因此就要求相对应的信息采集传感技术也要跟上发展的步伐，这也就决定了传感器将越来越被广泛运用、无处不在，可以毫不夸张的说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目都离不开各色各样的传感器！

主要从以下几个方面学习，第一，新型传感效应中的光效应，第二，传感器的制造工艺，第三，传感材料，第四，光纤传感器。

一、新型传感效应中的光效应

新型传感效应的光效应主要有光电效应，电光效应，多普勒效应。电光效应是指在电场或电压的作用下透过某些物质( 如电光晶体)的光会发生双射, 而双折射两光波之间的相位差与外施电压( 即被测电压) 成正比。基于电光效应的光纤电压传感器( 简称OVT) , 电光效应的大小与电场方向和通光方向有关。克尔效应指与电场二次方成正比的电感应双折射现象。克尔效应分3大类：克尔电光效应，光学克尔效应，磁光克尔效应。放在电场中的物质，由于其分子受到电力的作用而发生取向（偏转），呈现各向异性，结果产生双折射，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。这一现象是1875年J.克尔发现的，后人称它为克尔电光效应，或简称克尔效应，它是在特殊情况下，电场是一种缓变的外部应用领域，例如，电压在电极材料的影响下的应用领域，材料成为双折射，不同指标的折射光偏振平行或垂直应用领域。如果材料是放在两个“跨越”（垂直）线性偏振片，没有灯光将转交时，电场是关闭的，而几乎所有的光将转交的一些最佳值电场。光学克尔效应，或AC克尔效应是指其电场由光本身所产生的情况。这导致变异的折射率与辐射光本身的辐照度成正比。这种折射率的变化导致了的非线性光学效应的自聚焦、自相位调制以及调制不稳定性，并且是克尔透镜锁模的基础。此效应仅在非常强烈的光束下才能较明显的表现出来，比如激光。磁光克尔效应:在磁光克尔效应，根据反映的磁材料具有轻微旋转偏振平面。它类似于法拉第效应下的两极分化的透光旋转。光弹效应，也叫应力双折射效应，是指将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。加力的方向即光轴的方向。若应力均匀,则观察到均匀的干涉光强.若应力不均匀：各处F/S 不同→ 各处△φ 不同→ 各处干涉情况不同→ 出现干涉条纹。应力变化大的地方,条纹密，应力变化

小的地方，条纹疏。应用：通过光弹性效应，研究材料内部的应力情况例如. 设计大吊钩时，要知道实际使用时内部的应力分布情况。可用透明的环氧树脂制成模拟吊钩，通过光弹效应，了解内部应力的分布。

主要阅读的文献有：

1.新兴克尔效应液晶显示器

最近，克尔效应液晶显示器由于其快速的响应时间及简单的制造工艺而受到青睐。通过模拟无数新兴LCD 技术来了解该器件的物理原理，在提高显示器性能和优化配置方面起着重要的作用。1875 年首次发现的克尔效应是一种极分子在透明和各向同性介质中的电场感应作用下出现的二次电光效应。克尔效应液晶显示器的出现是因为下列三个明显的优势：（1）制造过程简单经济，因为它不要求任何基准层；（2）闭合电压光学上是等方的，这意味着视角是宽而对称的；（3）转换时间在次级毫秒范围。三星在2008 年Display Week 展会上推出了世界上第一个聚合物稳定的蓝相液晶产品，在显示器领域引起广泛关注，一场技术革命即将到来。由于它的快速响应时间，该蓝相液晶显示器可以以前所未有的240Hz或更高的图像驱动速率呈现出更自然的移动画面。不过，由于纳米液晶合成物（K ≈1～10nm/V2）的克尔常数非常小，这种基于克尔效应的新型液晶显示器的工作电压仍偏高（＞50Vrms），从而不能有效地应用于常规的非晶薄膜晶体管。此外，液晶器件的光效率仅为大约65～75%，因此，迫切需要材料和器件的开拓观念来解决这些问题。因此，该技术可用于色彩连续的显示器，而不需要滤光镜，假若红绿蓝发光二极管用来做背光灯，可获得3X高光学效率和分辨率。通过正确的概念，器件结构得到最优化，减少了工作电压，进一步提高了光学效率，就像提议的具有驱动的分隔式墙形电极结构另一方面，由于其快速的转换速度均衡的视角和轻松的制作工序，而且无需排列层，使用大克尔常数的液晶混合物日益普遍如果可以妥善处理涉及高电压和低效率的挑战，液晶显示器的新时代可能就离我们不远了。

2．基于光弹效应的三分量光弹光纤地震加速度传感器

为满足强电磁场环境下的高精度三维地震勘探的需求, 研制了一种高精度三分量光弹光纤加速度地震传感器,该传感器具有线性度好、抗横向谐振的特点。利用光弹原理, 设计出三轴光弹敏感系统, 可高精度检测加速度的三个轴向分量。采用双弹簧弹性系统, 有效地提高了加速度传感器的抗横向谐振特性, 且线性度好。该传感器的主要参数: 共振频率为3 500Hz, 横向灵敏度系数为0. 11%。它是利用光弹原理设计的新型全光纤加速度传感器。在该加速度传感器的敏感单元——三维简谐振子中,设计了形变可调双弹簧系统, 提高了其抗横向谐振性能。它的工作原理是三分量光弹光纤加速度传感器系统结构由电源、置于基座上的三维简谐振子、外处理单元和计算机组成。外置电源为LD 激光器和PIN 管提供电源。当基座受到任意方向加速度( a)作用时, 分解成沿x 、y、z 三方向作用的加速度( ax 、ay、a z) 分别作用于三维简谐振子中的三轴光弹敏感系统。由于光弹效应, 作用于三维简谐振子的加速度被转换成光相位的变化, 再经PIN 变成电压变化输入外处理单元进行差动处理, 计算机对处理后的数据进行分析得出被测加速度与电压的关系, 实现对加速度的检测。

3.多普勒效应传感器RD627 在防盗报警中的应用

目前，多普勒效应已在科学研究、工程技术和医疗诊断等各方面有着十分广泛应用. 如由于分子、原子和离子的热运动产生的多普勒效应使其发射和吸收的谱线增宽, 在天体物理中可利用谱线的多普勒增宽分析恒星大气. 今天的天文学