传感器和检测技术(1)
- 1 传感器的定义、组成和各个部分的作用
- 2 简要介绍了传感器的常见分类方法,并列出了类型
- 3 传感器的静态特性是什么?它们是什么意思?
- 4 传感器的动态特性是什么?它们是什么意思?
- 5 简述传感器的噪声分类及其来源
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- 散粒噪声(泊松噪声)
- 热噪声(约翰逊噪声)
- 闪烁噪声(粉色噪声)
- 读出噪声
- 6 传感器频率响应的定义
- 7 光电传感器的定义及其组成
- 8 简要介绍发光二极管的工作原理及其特点
- 9 简要介绍了光电效应的定义和分类,并列出了相应的光电器件
- 10 简述内光电效应的定义和分类
- 11 简要介绍了光电器件的主要性能及其定义
- 12 光敏电阻、光敏二极管和光电池三个光电器件工作时如何增加偏压(正电压或负电压)?分别阐述了这三个时期的光电感应过程。
1 传感器的定义、组成和各个部分的作用
定义:
- 一种具有一定精度的物理或化学量的检测装置,可以将测量转换为具有相应关系的物理或化学量,以便于应用。 组成:敏感元件、转换元间、转换电路
作用:
- 直接感受测量,输出与测量确定关系的物理量元件 以敏感元件的输出为输入,将输入转换为电路参数 将转换电路参数连接到转换电路,然后转换为电量输出
2 简述传感器常见的分类方法并列举种类
?常见的分类有两种:
3 传感器的静态特性是什么?它们是什么意思?
线性度(Linearity):
- 传感器输出量与输出量之间的线性关系
灵敏度(Sensitivity):
- 输出增量与相应输出增量的值。
分辨?(Resolution):
- 当输出发生变化时,输出量变化最大
精度(Accuracy):
- 表示观测值与多次测量平均值或真实值的接近程度
线性范围 (量程或动态响应范围:Dynamic Range)等。
4 传感器的动态特性是什么?它们是什么意思?
噪声:
- 与信号源相关的随机或多余的干扰信息
信噪?:
- 输出信号功率和噪声功率,常分?dB为单位表示
瞬态响应:
- 即时响应,时间响应是指传感器从初始状态到稳定的输出量 设置状态的变化过程。自信号响应以来,一个瞬态良好的设备应该是响应,信号听起来突然。
频率响应特性:
- 频率响应一般检查工作频带宽度,是指频特性曲线的衰减3dB的频带宽度
5 简要介绍了传感器的噪声分类及其来源
散粒噪声(泊松噪声)
来源:
- 当测量中携带能量有限的(如电或光)数量有限时,会导致读取数据中可观察到的统计波动。这种统计波动的结果是散粒噪声,是由电子发射不均匀或形成电流的载流子分散引起的。噪声与频率无关
热噪声(约翰逊噪声)
来源:
- 电布朗运动引起的噪音
闪烁噪声(粉色噪声)
- 低频电子噪声存在
读出噪声
- 读出电路链路上的热噪声、闪烁噪声和散粒噪声的总和
6 传感器频率响应的定义
- 一般频率响应分为振幅频率响应和相频响应。传感器的频率响应是指振幅频率响应。振幅频率响应是指信号振幅增益与信号频率之间的关系,以及相应的工作带宽,是指数频特性曲线上的衰减3dB的频带宽度
7 光电传感器的定义及其组成
定义:
- 它是各种光电检测系统中实现光电转换的关键部件,是将光信号(红外、可见和紫外线辐射)转换为电信号的装置
组成:
8 简要介绍发光二极管的工作原理及其特点
工作原理:
- 在半导体PN结中,P由于扩散,该区域的空穴移动到N区,N区内电子扩散到P区,在PN结处形成势垒,从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN加正压时,势垒降低,电子从N区注入P区,空穴从P区注入N区,称为少数载流子注入。注入P区的电子和P区的空穴复合,注入N区的空穴和N区的电子复合,伴随着光子形式释放能量,因此发光
特点:
- 由半导体PN工作电压低,响应速度快,使用寿命长,体积小,重量轻,伏安特性与普通二极管相似
9 简要介绍了光电效应的定义和分类,并列出了相应的光电器件
定义:
- 物体吸收光能后,转化为物体中某些电子能量,产生电效
分类:
- 外光电效应和内光电效应分为光电导效应和光生伏特效,光生伏特效分为势垒效应和侧光电效应
外光电效应器件:
- 光电管,光电倍增管
光电导效器件:
- 光敏电阻
光生伏特效器件:
- 光电池、光敏二极管、三极管
侧向光电效应器件:
- 敏感器件半导体光电位置
10 内光电效应的定义和分类
定义:
- 当光照射在物体上时,物体的电阻率ρ变化或产生光生电势的现象
分类:
- 光生伏特效分为光电导效应和光生伏特效,分为势垒效应和侧向光电效应
11 简要介绍了光电器件的主要性能及其定义
伏安特性:
- 在一定的光照下,光电器件阴极加电压与阳极产生的电流之间的关系
光照特性:
- 当光电器件的阳极和阴极之间的电压一定时,光通量与光电流之间的关系
光谱特性:
- 保持光通量与阴极电压不变,阳极电流与光波长的关系
响应时间:
- 未知
峰值探测率:
- 未知
温度特性:
- 光电器件的性能受温度的影响
12 光敏电阻、光敏二极管和光电池三个光电器件工作时如何增加偏压(正电压或负电压)?分别阐述了这三个时期的光电感应过程。
光电感应过程:当光照射在光电导体上时,如果光电导体是本征半导体材料,光辐射能量足够强,光导材料价格带上的电子会刺激导带,从而增加导带电子和价格带的空穴,增加光导体的电导率,降低电阻
- 光敏二极管通常在电路中反向工作,因此加载负电压
光电感应过程:受光照射时,PN接近光子轰击,吸收能量,产生电子空穴对,大大提高了P区和N区的少数载流子浓度。因此,在反向偏压和内电场的作用下,P少数载流子穿过阻挡层进入P区,使其通过PN结的反向电流大大增加,形成光电流。
- 光电池没有偏压,电池上的偏压会改变PN结之间的场分布,若偏压过大,则会击穿PN结
光电感应过程:当光照到PN结区时,如果光子能量足够大,将在结区附近激发出电子-空穴对,在N区聚积负电荷,P区聚积正电荷,这样N区和P区之间出现电位差