第六讲 磁电式传感器(下)

三、霍尔效应传感器 (一)霍尔效应(如图4-13)。在磁场H(安培/米)中以速度v运动的电荷将受到一个机械力这是一个矢量方程,(vH)为矢量积,其大小为vH sin H,其方向垂直于v及H组成的平面,且按右螺旋规则。如果单位体积有n个电荷,则电流I=nqvad安,由于力则得:(a,d′、l为片子尺寸,q为电荷的电量) 式中R=μ_0/nq称为霍尔系数,其单位为亨利·米~2/库仑。另外我们令M为迁移率M=v/E(米~2/伏秒)(E为电场强度,E=v/l)。代入得 即     

YbBi··YIG磁光电流传感器性能研究

采用高温助熔剂熔盐生长出了复合掺杂 Yb Bi:YIG磁光石榴石单晶 ,并应用于磁光光纤电流传感器研制 .此单晶的比法拉弟旋转为 - 40 4deg/ cm,磁光优值为 2 5 .8deg/ d B,饱和磁化场为 140 0 Oe,温度系数为 4.2× 10 - 4 K- 1(室温 ,λ=1.5 5μm ) .与纯 YIG相比具有较好的磁光性能 ,有更高的比法拉弟旋转角和磁光优值以及较小的温度依赖性 .用此单晶作为法拉弟转子材料 ,建立了单光路结构的磁光光纤电流传感器的实验原型 ,测试了它在测量5 0 Hz交变电流时的性能 ,测试结果表明传感系统具有较高的精度和灵敏度并有较好的线性关系     

知识介绍

微波加热物体能量关系式的推导利用微波能对介质进行加热已得到广泛的应用。这里就人们常用的能量关系式作一推导,以帮助人们正确的应用它。对于非完纯介质中可能存在的损耗用其导磁率和介质常数来表示: μ=μ′-iμ″,(1) ε=ε′-iε″,(2)一般介质情况下可以忽略μ″。假若介质中还存在欧姆损耗,则损耗电流密度为 =σ (3)σ是介质的电导率。时谐场的平面电磁波可写作 = e~(((iω)-r()) (4)其中_0和_0是起始时电场幅值,γ是传播常数γ=(iωμ(σ iωε))~(1/2) (5)令γ=α iβ,并考虑(1)、(2)及(3)可得α=ω((μe′)~(1/2))/2 ((1 ((σ (ωε)″)/(ωe)′)~2-1)~(1/2))~(1/2) (6) β=ω((μe′)~(1/2))/2 ((1 ((σ (ωε)″)/(ωe)′)~2 1)~(1/2))~(1/2) (7)α,β值可用来确定有损耗介绍中电磁波的渗透和衰减。另外,波印亭能流密度矢量为 =× (8)对于通过封闭面S的总能流为∮_s··ds (9)式中是表面的单位法矢量。利用奥高定理∮_s·ds=∫_F▽·dV及▽·(×)=·▽×-▽×,并考虑▽×=-()/(t),▽×=J ()/(t),=μ及=ε则可以推得     

传感器讲座 第三讲 阻抗式传感器(下)

一、电容式传感器 (一)工作原理电容式传感器是将被测的物理量变化转换为电容器的电容量变化,以平行板式电容器为例来分析其工作原理。如图2-16所示为平行板式电容器,设两极板的有效复盖面积为A(厘米~2),两极板间的距离为d(毫米),极板间充满介电系数为ε的电介质,ε=ε_0ε_r,ε_0为真空的介电常数,其值为0.08859微微法/厘米,ε_r为相对介电常数。在忽略极板边缘影响的条件下,它的电容量(微微法)可用下式表示: 由上式可知,在ε、A、d三个参数中,任意保持其中两个参数不变,使另外一个参数改变,则电容量就产     

YbBi：YIG磁光电流传感器性能研究

采用高温助熔剂熔盐生长出了复合掺杂YbBi∶YIG磁光石榴石单晶,并应用于磁光光纤电流传感器研制.此单晶的比法拉弟旋转为-404deg/cm,磁光优值为25.8deg/dB,饱和磁化场为1400Oe,温度系数为4.2×10-4K-1(室温,λ=1.55μm).与纯YIG相比具有较好的磁光性能,有更高的比法拉弟旋转角和磁光优值以及较小的温度依赖性.用此单晶作为法拉弟转子材料,建立了单光路结构的磁光光纤电流传感器的实验原型,测试了它在测量50Hz交变电流时的性能,测试结果表明传感系统具有较高的精度和灵敏度并有较好的线性关系.     

YbBi∶YIG磁光电流传感器性能研究

采用高温助熔剂熔盐生长出了复合掺杂YbBi∶YIG磁光石榴石单晶,并应用于磁光光纤电流传感器研制.此单晶的比法拉弟旋转为-404deg/cm,磁光优值为25.8deg/dB,饱和磁化场为1400Oe,温度系数为4.2×10-4K-1(室温,λ=1.55μm).与纯YIG相比具有较好的磁光性能,有更高的比法拉弟旋转角和磁光优值以及较小的温度依赖性.用此单晶作为法拉弟转子材料,建立了单光路结构的磁光光纤电流传感器的实验原型,测试了它在测量50Hz交变电流时的性能,测试结果表明传感系统具有较高的精度和灵敏度并有较好的线性关系.     

YbBi∶YIG磁光电流传感器性能研究

采用高温助熔剂熔盐生长出了复合掺杂YbBi∶YIG磁光石榴石单晶,并应用于磁光光纤电流传感器研制.此单晶的比法拉弟旋转为-404deg/cm,磁光优值为25.8deg/dB,饱和磁化场为1400Oe,温度系数为4.2×10-4K-1(室温,λ=1.55μm).与纯YIG相比具有较好的磁光性能,有更高的比法拉弟旋转角和磁光优值以及较小的温度依赖性.用此单晶作为法拉弟转子材料,建立了单光路结构的磁光光纤电流传感器的实验原型,测试了它在测量50Hz交变电流时的性能,测试结果表明传感系统具有较高的精度和灵敏度并有较好的线性关系.     

单向二次谐波输出

一、基本装置和原理图1所示装置是洛克希德导弹和空间公司研制成的用于由Nd:YAG激光器的内腔倍频获得单频单向二次谐波输出。就图中几何形状和边界条件而言,对1.6和0.53微米辐射的无限平面波的非线性互作用研究结果表明,单向二次谐波总功率取决于下式:P_2 (l_c)∝4B~2l_c~2sinc~2(ΔKl_c/2)×cos~2(ΔKl_c/2+φ_2/2-φ_1)(1)式中sin CX=sin X/X,B=μ_0ω_2~2E_1~2/     

Cr~(3+):LiNbO_3晶体的光谱特性

分别用分光光度计和激光感生荧光技术测量了Cr~(3+):LiNbO_3晶体的吸收谱和荧光谱。测得晶体的晶场参数D_q/B=2.49,~4T_2与~5E能级的能量差⊿=114cm~(-1),~4T_2-~4A_2跃迁的发射截面σ_(?)=6.58×10~(-20)cm~2,荧光寿命τ_f=2μs。最后从理论上阐明了Cr~(3+)在LiNbO_3晶体中的能级结构。     

探讨边电极红外脉冲激β-BaB_2O_4热释电晶体能量计输出电压特性

将β-BaB_2O_4晶体沿c轴方向制成薄细长条状,光脉冲H(x,t)垂直入射晶片中央。晶体宽、厚两方向的温度梯度可忽略,于是可用一维热传导方程求解。当t-τ_0≥3/8(l/π)~2c_v/K,0≤τ_0≤A,在T(xt)级数表示中取n=0的项,得T=T_0 8αHA/9π~2c_vdsinπ/lxexp-K/c_v(π/l)~2(t-τ_0),(1)其中d是晶片厚度;S是晶片截面积;l是晶片长度;H是光入射功率;α是吸收系数;K是     

钛替换锰锌铁氧体的导磁率及电导率

研究了在各种锰锌亚铁铁氧体上,用钛替换对导磁率温度曲线形状的影响。在尖晶石晶格中的八面体位置上,用 Ti~(4+)+Fe~(2+)替换 2FE~(3+)对磁各向异性产生一强烈依赖于温度的正贡献。与正常锰锌铁氧体比较,电导率的激活能在120°K 以下时从0.017eV 增至0.08eV 在更高温度时则从0.055eV 增至0.14eV。同时用 Ti~(4+)+Fe~(2+)及 Ti~(4+)+Me~(2+)(Me=Mn,Zn)替换 Fe~(3+),可以控制μ-T 曲线形状,例如在-40℃～140℃之间为一直线,20℃导磁率为2400,损耗系数在100千赫为 tan(δ/μ)=1.8×10~(-6)。     

人体唾液葡萄糖生物传感器

通过戊二醛交联法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在二茂铁(Fc)修饰的薄膜金电极上,制备了一种可用于检测人体唾液中葡萄糖含量的生物传感器。研究了不同扫描速度下二茂铁的电化学行为,以及工作电压、戊二醛浓度和酶固定量对传感器响应特性的影响。结果表明,利用戊二醛交联法制备的传感器检出限低、检测范围宽。在0~2 200μmol/L的葡萄糖标准浓度范围内,传感器灵敏度为21.45nA.μmol-1.cm-2(相关系数r=0.991 2),检出限为1μmol/L,响应时间5s。该结果可实现对唾液葡萄糖的检测,进而有望实现对血糖的检测。     

B位Ta/Zr共掺对无铅BNKT-ST-Ta_xZr_y陶瓷的储能特性和电性能的影响

采用固相合成法制备了B位Ta/Zr共掺杂的0.96[Bi_(1/2)(Na_(0.84)K_(0.16))_(1/2)(Ti_(1–x–y)Ta_xZr_y)O_3]-0.04Sr TiO_3(简称BNKT-ST-Ta_xZr_y)(x=0~0.025,y=0~0.20)无铅陶瓷。研究了B位Ta/Zr共掺对BNKT-ST-Ta_xZr_y无铅三元陶瓷微观结构、电性能和储能密度的影响。结果表明:随着Ta和Zr含量的增加,陶瓷的压电常数d_(33)减小,陶瓷向先兆性压电体转变;饱和极化强度、剩余极化和矫顽场降低,陶瓷的弛豫特性增加;储能密度先增加后降低,并且储能密度在x=0.01,y=0.05时达到最大值(1.005 J/cm~3),储能效率持续增加。     

一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法

提出了一种用于干涉型光纤传感器动态相移测量的J0-J1法,实现了无源零差检测,而且信号解调算法简单,检测频带宽。详细介绍了该方法的基本检测原理,并对解调误差进行了理论分析与仿真,得出了系统能够检测的最大动态相移幅度与干涉仪的工作点允许变化的范围相互制约的结论。编写了实时的信号采集、处理程序,对某一干涉型光纤水听器探头的声压灵敏度进行了测量。在频带20~1300Hz上,平均声压灵敏度为-162dB(0dB=1rad/μPa),波动<±1.0dB,单频点500Hz的灵敏度变化<±0.5dB,与采用相位载波(PGC)调制解调法测量的结果基本一致,验证了J0-J1法的可行性。     

基于石墨烯/PDMS介质层的柔性压力传感器

提出了一种以石墨烯/PDMS为介质层的柔性压力传感器,主要介绍了石墨烯/PDMS介质层和柔性压力传感器的制备方法,研究了石墨烯浓度和石墨烯/PDMS介质层厚度对传感器灵敏度的影响。利用压力机和阻抗分析仪对柔性压力传感器进行了测试,结果表明柔性压力传感器有大的工作范围(0～20 kPa)和高的灵敏度(在0～3 kPa的灵敏度为0.3 kPa~(-1),3～8 kPa的灵敏度为0.06 kPa~(-1),8～20 k Pa的灵敏度为0.017 kPa~(-1));同时传感器的可恢复性和重复性能良好,可灵敏地检测手指的弯曲,在机器人皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

基于磁弹性生物传感器检测癌胚抗原

基于磁致伸缩材料将巯基十一烷酸自组装于磁弹性芯片,经N-羟基丁二酰亚胺(NHS)和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化后固载癌胚抗原抗体(AntiCEA),设计构建了一种新型且低成本的磁弹性生物传感器,基于抗原-抗体特异性识别以及传感器质量增加其共振频率降低的机理,实现对癌胚抗原(CEA)的检测。采用荧光显微镜对异硫氰酸荧光素标记的癌胚抗原抗体(FITC/Anti-CEA)功能化浓度进行了优化,采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对裸金层、自组装膜(SAM)、Anti-CEA负载以及CEA检测进行了表征。实验结果表明,Anti-CEA最佳修饰质量浓度为50μg/mL,CEA线性响应范围为200～1 000 ng/mL,检测下限为200 ng/mL。该磁弹性生物传感器有望实现高灵敏快速癌症标志物CEA的检测。     

扇形分裂漏CMOS磁敏传感器集成电路

介绍了扇形分裂漏磁敏传感器集成电路的设计,并由0．6μm CMOS工艺实现。该集成电路以扇形分裂漏磁敏MOS管作为磁敏传感单元,并包含两次工作模式的开关阵列预处理电路、相关二次取样电路(CDS)和数字控制电路。该传感器集成电路实现了测量磁场的功能,并实现了在屏蔽磁场的工作模式下对噪声信号进行校正的功能,有效地消除了磁敏传感器及其信号处理电路的噪声影响。在工作频率为10 kHz时,磁敏传感器的灵敏度为2．62 V/T。     

超导磁传感器

日本夏普公司已开发钇系陶瓷超导传感器「M 型传感器」,并在1 mA 的电流下可检测10~(-4) 高斯的磁场。1987年发现钇系超导体在低磁场区域会有极大的电阻变化,继而指出高灵敏度超导磁传感器的可能性。根据喷射热解法,用厚膜形成技术和划片机,把厚膜制成锯齿状。采用把电流通路制成长形的器件形状,与以前的磁传感器相比,灵敏度提高10万倍(实验室水平提高100万倍)。超导磁传感器正向实用化方向前进。今后,采用光刻的薄膜形成技术,确立把电流通路制得更长的锯齿状制作技术,并探索含有铋系超导材料,全力开发10~(-7) 以上和SQUID 同等程度的高灵敏度超导传感器。     

PbTe/PbSnTe异质结红外探测器

本文用液相外延方法制备异质n/p结构n-PbTe/p-PbSnTe/p~ -PbSnTe外延片。衬底为汽相法生长的PbSnTe,晶向为(100),外延生长温度为520°～550℃。在纯净氢气氛下长出平整无沾铅的外延片。用台面二极管工艺制备红外探测器,在77K下,十元线列的平均性能分别为D_(10μm)~*=1.94×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),R_(bb)~*=1.2×10~3V/W,R_0A=0.25Ωcm~2,λ_0=11.6±0.1μm。小光点试验和电学测量表明:电学和光学串音可忽略不计。单元器件D_λ~*最大达2.91×10~(10)cmHz(1/2)W~(-1),R_0A最大达3.4Ωcm~2。噪声频谱测试表明:1/f拐点处的频率可低达30～40Hz。     

长波大面积HgCdTe光导红外探测器的研究

研制的长波大面积HgCdTe光导红外探测器的面积为2.1×2.1mm~2,在80K时探测率D_p~*=1.86×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),响应率R_p=386VW~(-1),长波限λ_(co)(50%)>18μm.还研制了带有低温聚光器组合件结构的新型探测器,D_p~*=7.3×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),λ_(co)(50%)>16μm.