--半导体式传感器课件

9.1 9.1 气敏传感器气敏传感器 9.29.2 热热敏传感器敏传感器 9.39.3 湿敏传感器湿敏传感器 9.49.4 色敏传感器色敏传感器 9.59.5半导体式传感器的应用半导体式传感器的应用 第九章第九章 半导体传感器半导体传感器7/21/20241 气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，气敏传感器是用来检测气体浓度和成份的器，由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能由于气体种类很多，性质各不相同，不可能 用同用同用同用同一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：一种气体传感器测量所有气体，如：l l 工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；l l 环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；环境保护，有害、有毒气体监测；l l 酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。酒后驾车，乙醇浓度检测。9.1 气敏传感器气敏传感器 7/21/202429.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：反应，导致敏感元件阻值变化，如：l l氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型氧化型氧化型氧化型气体气体气体气体电子接收性气体；电子接收性气体；电子接收性气体；电子接收性气体；l l氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为体，被称为体，被称为体，被称为还原型气体还原型气体还原型气体还原型气体电子供给性气体。电子供给性气体。电子供给性气体。电子供给性气体。7/21/20243l l当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到N N N N型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；半导体的载流子减少，电阻率上升；l l当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到当氧化型气体吸附到P P P P型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；l l当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到N N N N型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；半导体的载流子增多，电阻率下降；l l当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到当还原型气体吸附到P P P P型半导体上，型半导体上，型半导体上，型半导体上，半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升半导体的载流子减少，电阻率上升；N N型半导体与气体接触型半导体与气体接触时的氧化还原反映时的氧化还原反映9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 7/21/202449.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理组成组成组成组成：敏感元件、加热器、外壳；：敏感元件、加热器、外壳；：敏感元件、加热器、外壳；：敏感元件、加热器、外壳；制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。制造工艺：烧结型、薄膜型、厚膜型。气敏电阻的材料气敏电阻的材料气敏电阻的材料气敏电阻的材料是金属氧化物，合成时加敏感材是金属氧化物，合成时加敏感材是金属氧化物，合成时加敏感材是金属氧化物，合成时加敏感材 料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘料和催化剂烧结，这些金属氧化物在常温下是绝缘 的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。的，制成半导体后显示气敏特性。金属氧化物有：金属氧化物有：金属氧化物有：金属氧化物有：N N N N型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：SnO2 Fe2O3 SnO2 Fe2O3 SnO2 Fe2O3 SnO2 Fe2O3 ZnOZnOZnOZnO TiOTiOTiOTiO P P P P型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：型半导体，如：CoO2 CoO2 CoO2 CoO2 PbOPbOPbOPbO MnO2 CrO3 MnO2 CrO3 MnO2 CrO3 MnO2 CrO3 7/21/20245通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中通常器件工作在空气中 由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（由于氧化的作用，空气中的氧被半导体（N N N N型半型半型半型半导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材导体）材料的电子吸附负电荷，结果半导体材料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高料的传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；阻状态；阻状态；阻状态；当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发当气敏元件与被测气体接触时会与吸附的氧发生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面生反应，将束缚的电子释放出来，敏感膜表面电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。电导增加，使元件电阻减小。9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理半导体气敏传感器工作原理 7/21/202469.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器高阻状态高阻状态高阻状态高阻状态 空气中空气中空气中空气中氧化作用氧化作用氧化作用氧化作用电子被氧吸附电子被氧吸附电子被氧吸附电子被氧吸附电子减少电子减少电子减少电子减少 电阻减小电阻减小电阻减小电阻减小 气体接触气体接触气体接触气体接触吸附氧发生反应吸附氧发生反应吸附氧发生反应吸附氧发生反应释放电子释放电子释放电子释放电子电导增电导增电导增电导增加加加加 v电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：电阻型半导体气敏传感器导电机理用一句话描述：利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种变化，根据这一特性，从阻值的变化测出气体的种类和浓度。类和浓度。类和浓度。类和浓度。7/21/20247(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器;加热时间加热时间加热时间加热时间23232323分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为分钟，加热电源一般为5V;5V;5V;5V;加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。加热方式分为内热式和旁热式。气敏传感器测量电路气敏传感器测量电路7/21/20248 例例如如,用用氧氧化化锡锡制制成成的的气气敏敏元元件件,在在常常温温下下吸吸附附某某种种气气体体后后,其其电电导导率率变变化化不不大大,若若保保持持这这种种气气体体浓浓度度不不变变,该该器器件件的的电电导导率率随随器器件件本本身身温温度度的的升升高高而而增增加加,尤尤其其在在100100300300范范围围内内电电导导率率变变化化很很大大。显显然然,半半导导体体电电导导率率的的增增加是由于多数载流子浓度增加的结果。加是由于多数载流子浓度增加的结果。氧化锡、氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图如图9-19-1（b b）所示。所示。由上述分析可以看出由上述分析可以看出,气敏元件工作时需要本身的温气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此度比环境温度高很多。因此,气敏元件结构上气敏元件结构上,有电阻丝有电阻丝加热加热,结构如图结构如图9-29-2所示所示,1,1和和2 2是加热电极是加热电极,3,3和和4 4是气敏是气敏电电阻的一对电极。阻的一对电极。7/21/202497/21/2024107/21/202411(1)(1)(1)(1)电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器v电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工电阻型气敏元件通常工作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元作在高温状态，气敏元件的件的件的件的加热作用：加热作用：加热作用：加热作用：为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述为加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；灵敏度和响应速度；另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的另外使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。油雾、尘埃烧掉。7/21/2024129.1.2 9.1.2 9.1.2 9.1.2 半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构半导体气敏传感器类型及结构(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：非电阻型气半导体敏传感器主要类型：利用利用利用利用MOSMOSMOSMOS二极管的电容二极管的电容二极管的电容二极管的电容电压特性变化；电压特性变化；电压特性变化；电压特性变化；利用利用利用利用MOSMOSMOSMOS场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；场效应管的阈值电压的变化；利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化 等进行气体检测。等进行气体检测。等进行气体检测。等进行气体检测。7/21/202413(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器 1 1 1 1）MOSMOSMOSMOS二极管气敏元件二极管气敏元件二极管气敏元件二极管气敏元件 在在在在P P P P型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（型硅氧化层上蒸发一层钯（PdPdPdPd）金属膜作电极。）金属膜作电极。）金属膜作电极。）金属膜作电极。氧化层（氧化层（氧化层（氧化层（SiO2SiO2SiO2SiO2）电容）电容）电容）电容CaCaCaCa固定不变。总电容固定不变。总电容固定不变。总电容固定不变。总电容C C C C也是偏压也是偏压也是偏压也是偏压的函数。的函数。的函数。的函数。MOSMOSMOSMOS二极管的等效电容二极管的等效电容二极管的等效电容二极管的等效电容C C C C随电压随电压随电压随电压U U U U变化。变化。变化。变化。金属钯（金属钯（金属钯（金属钯（PdPdPdPd）对氢气（）对氢气（）对氢气（）对氢气（H2H2H2H2）特别敏感。当）特别敏感。当）特别敏感。当）特别敏感。当PdPdPdPd吸附以吸附以吸附以吸附以后，使后，使后，使后，使PdPdPdPd的功函数下降，使的功函数下降，使的功函数下降，使的功函数下降，使MOSMOSMOSMOS管管管管CUCUCUCU特性向左平移，特性向左平移，特性向左平移，特性向左平移，利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。利用这一特性用于测定氢气的浓度。7/21/202414(2)(2)(2)(2)非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器非电阻型半导体气敏传感器MOSMOS二极管气敏元件结构和等效电路二极管气敏元件结构和等效电路7/21/202415 2 2）MOSFETMOSFET气敏元件气敏元件 PdPd对对H2H2吸附性很强，吸附性很强，H2H2吸附在吸附在PdPd栅上引起的栅上引起的Pd Pd 功函数降低。当栅极（功函数降低。当栅极（G G）源极（）源极（S S）间加正向偏）间加正向偏 压压UGSUTUGSUT阀值时，栅极氧化层下的硅从阀值时，栅极氧化层下的硅从P P变为变为N N型，型，N N型区将型区将S S（源）和（源）和 D D（漏）连接起来，（漏）连接起来，形成导电通道（形成导电通道（N N型型 沟道）此时沟道）此时MOSFET MOSFET 进入工作状态。进入工作状态。钯钯P Pd d M MO OS SF FE ET T管管结结构构7/21/202416 在在S DS D间加电压间加电压U UDSDS，S DS D间有电流间有电流I IDS DS 流过，流过，I IDSDS随随U UDSDS、U UGSGS变化。当变化。当U UGSGSUUT T时，沟时，沟 道没形成，无漏源电流道没形成，无漏源电流I IDS DS=0=0。U UT T（阀值）电压大小与金属与半导体间的功（阀值）电压大小与金属与半导体间的功 函数有关。函数有关。Pd MOSFETPd MOSFET器件就是利用器件就是利用H H2 2在钯栅极吸附在钯栅极吸附 后改变功函数使后改变功函数使U UT T下降，检测下降，检测H H2 2浓度。浓度。7/21/2024173 3）肖特基二极管）肖特基二极管 金属和半导体接触的界面形成肖金属和半导体接触的界面形成肖特基势垒，构成金属半导体二极管。特基势垒，构成金属半导体二极管。管子加正偏压，半导体金属的电子管子加正偏压，半导体金属的电子流增加，加负偏压，几乎无电流。流增加，加负偏压，几乎无电流。当金属与半导体界面有气体时，势当金属与半导体界面有气体时，势垒降低，电流变化。垒降低，电流变化。非电阻型半导体气敏传感器主要非电阻型半导体气敏传感器主要用于氢气浓度测量。用于氢气浓度测量。7/21/202418接触燃烧式气敏元件的检测电路接触燃烧式气敏元件的检测电路F1F1是气敏元件，是气敏元件，F2F2是补偿元件，当是补偿元件，当F1F1与气体接触时，产生氧与气体接触时，产生氧化作用，释放热量，使气敏元件温度上升，电阻增大，电桥化作用，释放热量，使气敏元件温度上升，电阻增大，电桥不再平衡，不再平衡，A A、B B间产生电位差间产生电位差E E。7/21/2024199.1 9.1 气敏传感器气敏传感器气敏传感器气敏传感器9.1.3 9.1.3 9.1.3 9.1.3 半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用半导体气敏传感器应用 气体浓度检测气体浓度检测7/21/202420防酒后驾车汽车点火电路防酒后驾车汽车点火电路7/21/202421一些常用的气体传感器一些常用的气体传感器7/21/202422 金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。金属热电阻、半导体热敏电阻统称热电阻。热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：热敏电阻传感器主要有两大类：金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻 半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻 q广泛用于测量广泛用于测量广泛用于测量广泛用于测量 -200-200+850+850，少数可测，少数可测，少数可测，少数可测10001000。9.2 热敏电阻热敏电阻贴片式贴片式薄膜式薄膜式 大功率大功率 7/21/202423金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于金属热电阻一般用于-200-200+500+500温度测量；温度测量；温度测量；温度测量；材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母材料多为纯铂金属丝，也有铜、镍，绕制在云母板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。板、玻璃或陶瓷线圈架上，构成热电阻。铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：铂热电阻阻值与温度变化之间的关系近似为：9.2.1 9.2.1 金属热电阻金属热电阻-200-200OO +0+0850850 式中：式中：为温度为温度 和和 时的电阻值。时的电阻值。温度温度 时，时，的公称值是的公称值是。7/21/202424铂测温电阻元件的电阻的温度特性铂测温电阻元件的电阻的温度特性铂测温电阻元件的电阻的温度特性铂测温电阻元件的电阻的温度特性 7/21/202425带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件带保护管的铂测温电阻元件 7/21/202426近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处近年来，几乎所有的家用电器产品都装有微处理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器理器，温度控制完全智能化，这些温度传感器几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。几乎都使用热敏电阻。热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成热敏电阻用半导体材料氧化复合烧结而成 主要材料有：主要材料有：主要材料有：主要材料有：MnMnMnMn、CoCoCoCo、NiNiNiNi、CuCuCuCu、FeFeFeFe氧化物，氧化物，氧化物，氧化物，结构分为：二端、三端、结构分为：二端、三端、结构分为：二端、三端、结构分为：二端、三端、四端、直热式、旁热式。四端、直热式、旁热式。四端、直热式、旁热式。四端、直热式、旁热式。9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻符号热敏电阻符号 7/21/202427热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻温度特性温度特性温度特性温度特性 PTC PTC 正温度系数型；正温度系数型；NTC NTC 负温度系数型负温度系数型；负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：负温度系数热敏电阻的特性曲线用经验公式表示：9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻负温度系数型热敏电阻特性曲线负温度系数型热敏电阻特性曲线 A A，与材料和形状有关；与材料和形状有关；B B，常数；常数；，温度为温度为T T时的电阻值；时的电阻值；7/21/202428vv多多多多数数数数热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻具具具具有有有有负负负负温温温温度度度度系系系系数数数数，温温温温度度度度升升升升高高高高电电电电阻阻阻阻下下下下降降降降，同同同同时时时时灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度下下下下降降降降，所所所所以以以以热热热热电电电电阻阻阻阻限限限限制制制制了了了了它它它它在在在在高高高高温温温温下下下下使使使使用用用用。目目目目前前前前，热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻温温温温度度度度上上上上限约限约限约限约300300300300 。vv vv热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻最最最最大大大大的的的的缺缺缺缺点点点点是是是是，产产产产品品品品一一一一致致致致性性性性差差差差，互互互互换换换换性性性性不不不不好好好好，因因因因此此此此一一一一般般般般不不不不在在在在石石石石油油油油、钢钢钢钢铁铁铁铁、制制制制造造造造业上使用。业上使用。业上使用。业上使用。9.2.2 9.2.2 9.2.2 9.2.2 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻7/21/2024299.2.3 9.2.3 9.2.3 9.2.3 热敏电阻的应用热敏电阻的应用热敏电阻的应用热敏电阻的应用图是一恒温电路，图是一恒温电路，A A为比较为比较器，当环境温度达到器，当环境温度达到TT时，时，输出信号实现自动调温控制。输出信号实现自动调温控制。同相端输入有同相端输入有RP1RP1、R2R2、R3R3分压确定作比较电平，分压确定作比较电平，RPRP可调可调节比较器的比较电平，从而调节比较器的比较电平，从而调节所需控制温度。节所需控制温度。热敏电阻的恒温控制电路热敏电阻的恒温控制电路7/21/2024309.3 湿敏传感器湿敏传感器 湿度：空气中水汽的含量湿度：空气中水汽的含量应用领域：应用领域：工农业工农业 气象气象 环保环保 国防国防 科研科研 航空航天航空航天7/21/202431绝对湿度绝对湿度(Absolute humidity)(Absolute humidity)绝对湿度是指单位体积的湿空气中所包含的绝对湿度是指单位体积的湿空气中所包含的水蒸汽的质量，也就是空气中水蒸汽的密度。水蒸汽的质量，也就是空气中水蒸汽的密度。一般用一般用kg/m3kg/m3或或g/m3g/m3作单位，即一立方米湿空气作单位，即一立方米湿空气中所含水蒸汽的千克数或克数。中所含水蒸汽的千克数或克数。基本概念基本概念:干空气与湿空气：干空气与湿空气：（Dry air and Wet airDry air and Wet air）通常把不包含水汽的空气称为干空气，把包通常把不包含水汽的空气称为干空气，把包含干空气与水蒸汽的混合气体称为湿空气。含干空气与水蒸汽的混合气体称为湿空气。7/21/202432道尔顿部分压力定律道尔顿部分压力定律(Daltons partial pressure law)(Daltons partial pressure law)在常温常压下，一定体积混合气体的压力，在常温常压下，一定体积混合气体的压力，等于其各组成成分分别单独在相同体积内产生等于其各组成成分分别单独在相同体积内产生的部分压力之和。的部分压力之和。饱和蒸汽压饱和蒸汽压（Saturation pressure of water vaporSaturation pressure of water vapor）由饱和蒸汽产生的部分压力，称为该温度下由饱和蒸汽产生的部分压力，称为该温度下的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压仅与空气的温度有的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压仅与空气的温度有关，不受压力影响关，不受压力影响.7/21/202433饱和蒸汽压计算的经验公式饱和蒸汽压计算的经验公式 7/21/2024347/21/202435露点与霜点露点与霜点:（Dew Point and Frost PointDew Point and Frost Point）湿空气在气压不变条件下使其所含水蒸汽达湿空气在气压不变条件下使其所含水蒸汽达到饱和状态时所必须冷却到的温度称为露点温到饱和状态时所必须冷却到的温度称为露点温度或露点。若露点温度低于度或露点。若露点温度低于00，水汽实际将凝，水汽实际将凝结成霜，结成霜，称为霜点温度或霜点。称为霜点温度或霜点。湿度计湿度计（HygrometerHygrometer）:湿度计是用来测量湿度的仪器或装置。由于湿度计是用来测量湿度的仪器或装置。由于湿度受温度的影响很大，湿度的测量常常伴随湿度受温度的影响很大，湿度的测量常常伴随着对温度的测量。同时测量温度和湿度的装置着对温度的测量。同时测量温度和湿度的装置叫温湿度计。叫温湿度计。7/21/202436 最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 为什么要测量湿度为什么要测量湿度?温温湿度变送器湿度变送器h,Tx室室 内内 空空 气气 质质 量量 100%rH贮贮 存存 /催催 熟熟生生 产产 空空 气气 质质 量量烘烘 干干 过过 程程-耗耗费最低的能量最低的能量-达到达到/保持成品的最佳品质保持成品的最佳品质-让设备高效率地高效率地进行生行生产-更舒适更舒适-更高的工作效率更高的工作效率-使产品或原材料达到最佳品质使产品或原材料达到最佳品质7/21/202437 LiClLiCl是易吸潮的物质，吸潮后电阻变小，在干燥是易吸潮的物质，吸潮后电阻变小，在干燥环境中又会脱潮而电阻增大。利用这一特性，用两根环境中又会脱潮而电阻增大。利用这一特性，用两根钯丝作为电极按相等间距平行绕在聚苯乙烯筒上，钯丝作为电极按相等间距平行绕在聚苯乙烯筒上，再以水溶液与皂化聚乙烯醋酸涂敷后制成敏感元件。再以水溶液与皂化聚乙烯醋酸涂敷后制成敏感元件。不同浓度的不同浓度的LiClLiCl涂料适合不同的相对湿度范围，如涂料适合不同的相对湿度范围，如图所示。多个这样的湿敏元件依次切换，便可扩大相图所示。多个这样的湿敏元件依次切换，便可扩大相对湿度的测量范围、对湿度的测量范围、这种测湿原理是这种测湿原理是19381938年由年由顿蒙顿蒙(DunmonDunmon)发明的，故有顿蒙传感器之称。发明的，故有顿蒙传感器之称。9.3.1 9.3.1 9.3.1 9.3.1 氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻7/21/202438RH030%60%90%R/0.010.11100.25%0.5%2.2%1%LiClLiCl 湿敏元件特性湿敏元件特性 后来出现玻璃基板后来出现玻璃基板(多孔无碱破璃多孔无碱破璃)两端嵌以金箔，再两端嵌以金箔，再浸以浸以Lic1Lic1溶液，干燥后成为湿敏元件。这种传感器误差可溶液，干燥后成为湿敏元件。这种传感器误差可在在+5 5以内。以内。7/21/202439氯化锂湿敏电阻属电解质湿敏电阻，利用物质吸收氯化锂湿敏电阻属电解质湿敏电阻，利用物质吸收水分子而导电率发生变化检测湿度。水分子而导电率发生变化检测湿度。在氯化锂（在氯化锂（LiClLiCl）溶液中，）溶液中，LiLi和和ClCl以正负离子的形以正负离子的形式存在，锂离子（式存在，锂离子（Li+Li+）对水分子的吸收力强，离）对水分子的吸收力强，离子水合成度高，溶液中的离子导电能力与溶液的离子水合成度高，溶液中的离子导电能力与溶液的离子数目成正比，当溶液置于一定湿度场中，若环境子数目成正比，当溶液置于一定湿度场中，若环境RHRH上升，溶液吸收水分子使导电上升，溶液吸收水分子使导电离子数目离子数目增多，电增多，电阻率阻率下降。反之环境下降。反之环境RHRH下降，电阻率下降，电阻率上升。上升。7/21/202440 v氯化锂湿敏元件的优点是滞后小氯化锂湿敏元件的优点是滞后小,不受测试环境风速影响不受测试环境风速影响,检测精度高达检测精度高达%,%,但其耐热性差但其耐热性差,不能用于不能用于露点露点以下测以下测量量,否则否则LiclLicl会流失。会流失。器件性能的重复性不理想器件性能的重复性不理想,使用寿命使用寿命短。短。vLiclLicl元件的电源必须用交流电，以免出现极化。应防尘防油元件的电源必须用交流电，以免出现极化。应防尘防油污。污。氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻7/21/2024419.3.2 9.3.2 9.3.2 9.3.2 半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属 氧化物氧化物半导体烧结成多孔陶瓷，材料有正半导体烧结成多孔陶瓷，材料有正湿湿度度 系数和负系数和负湿湿度系数两种。度系数两种。陶瓷的化学稳定性最好且耐高温，便于陶瓷的化学稳定性最好且耐高温，便于采用加热法去除油污。多孔陶瓷的表面面积大，采用加热法去除油污。多孔陶瓷的表面面积大，易于吸湿和去湿，响应时间短。易于吸湿和去湿，响应时间短。7/21/2024421.1.负特性湿敏半导瓷负特性湿敏半导瓷负湿敏特性负湿敏特性半导体瓷湿敏半导体瓷湿敏电阻，电阻随湿度增加而电阻，电阻随湿度增加而下降。由于水分子中氢原下降。由于水分子中氢原子具有很强的正电场，当子具有很强的正电场，当水分子在半导体瓷表面吸水分子在半导体瓷表面吸附时可能从半导体瓷表面附时可能从半导体瓷表面俘获电子，使半导体表面俘获电子，使半导体表面带负电，相当于表面电势带负电，相当于表面电势变负，电阻率随湿度增加变负，电阻率随湿度增加而下降。而下降。7/21/202443 正湿敏特性正湿敏特性半导体半导体陶陶瓷湿瓷湿敏电阻（例：敏电阻（例：FeFe3 3O O4 4），材料），材料结构、电子能量状态与负特结构、电子能量状态与负特性不同，性不同，电阻值升高没有负电阻值升高没有负特性湿敏电阻阻值下降的明特性湿敏电阻阻值下降的明显。显。2.2.正特性湿敏半导瓷的导电机理正特性湿敏半导瓷的导电机理7/21/2024443.3.典型半导瓷湿敏元件典型半导瓷湿敏元件（1 1）MgCr2O4-TiO2MgCr2O4-TiO2湿敏元件：湿敏元件：氧化镁复合氧化物氧化镁复合氧化物-二氧化钛二氧化钛湿敏材湿敏材料通常制成多孔陶瓷型料通常制成多孔陶瓷型“湿湿-电电”转换器转换器件件,它是负特性半导瓷它是负特性半导瓷,MgCr2O4,MgCr2O4为型为型半导体半导体,它的电阻率低它的电阻率低,阻值温度特性好阻值温度特性好,结构如图结构如图9-79-7所示所示,在在MgCr2O4-TiO2MgCr2O4-TiO2陶陶瓷片的两面涂覆有多孔金电极。瓷片的两面涂覆有多孔金电极。7/21/2024457/21/2024467/21/202447（2 2）ZnO-Cr2O3ZnO-Cr2O3陶瓷湿敏元件陶瓷湿敏元件 ZnO-Cr2O3ZnO-Cr2O3湿敏元件的结构是将多孔材料湿敏元件的结构是将多孔材料的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上,并并焊上铂引线焊上铂引线,然后将敏感元件装入有网眼过然后将敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定而做成的，滤的方形塑料盒中用树脂固定而做成的，其其结构如图结构如图9-99-9所示。所示。ZnO-Cr2O3ZnO-Cr2O3传感器传感器能连续稳定地测量湿度能连续稳定地测量湿度,而无需加热除污装置而无需加热除污装置,因此功耗低于因此功耗低于0.5 0.5,体积小体积小,成本低成本低,是一种常用测湿传感器。是一种常用测湿传感器。7/21/2024487/21/2024499.4 9.4 色色 敏敏 传传 感感 器器 半半导导体体色色敏敏传传感感器器是是半半导导体体光光敏敏感感器器件件中中的的一一种种。它它是是基基于于内内光光电电效效应应将将光光信信号号转转换换为为电电信信号号的的光光辐辐射射探探测测器器件件。但但不不管管是是光光电电导导器器件件还还是是光光生生伏伏特特效效应应器器件件，它它们们检检测测的的都都是是在在一一定定波波长长范范围围内内光光的的强强度度,或或者者说说光光子子的的数数目目。而而半半导导体体色色敏敏器器件件则则可可用用来来直直接接测测量量从从可可见见光光到到近近红红外外波波段段内内单单色色辐辐射射的的波波长长。这这是是近近年年来来出出现现的的一一种种新新型型光光敏敏器器件件。一、一、半导体色敏传感器的基本原理半导体色敏传感器的基本原理 半半导导体体色色敏敏传传感感器器相相当当于于两两只只结结构构不不同同的的光光电电二二极极管管的的组组合合,故故又又称称光光电电双双结结二二极极管管。其其结结构构原原理理及及等等效效电电路路如如图图9 9-1010所所示示。为为了了说说明明色色敏敏传传感感器器的的工工作作原原理理,有有必必要要了解光电二极管的工作机理。了解光电二极管的工作机理。7/21/2024507/21/202451 1.光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理 对对于于用用半半导导体体硅硅制制造造的的光光电电二二极极管管,在在受受光光照照射射时时,若若入入射射光光子子的的能能量量h大大于于硅硅的的禁禁带带宽宽度度Eg,则则光光子子就就激激发发价价带带中的电子跃迁到导带而产生一对电子中的电子跃迁到导带而产生一对电子-空穴。空穴。这这些些由由光光子子激激发发而而产产生生的的电电子子空空穴穴统统称称为为光光生生载载流流子子。光光电电二二极极管管的的基基本本部部分分是是一一个个-结结,产产生生的的光光生生载载流流子子只只要要能能扩扩散散到到势势垒垒区区的的边边界界,其其中中少少数数载载流流子子（专专指指P区区中中的的电电子子和和N区区的的空空穴穴）就就受受势势垒垒区区强强电电场场的的吸吸引引而而被被拉拉向向对对面面区区域域,这这部部分分少少数数载载流流子子对对电电流流作作出出贡贡献献。多多数数载载流流子子（P区区中中的的空空穴穴或或N区区中中的的电电子子）则则受受势势垒垒区区电电场场的的排排斥斥而而留留在在势势垒区的边缘。垒区的边缘。7/21/202452 在在势势垒垒区区内内产产生生的的光光生生电电子子和和光光生生空空穴穴,则则分分别别被被电电场场扫扫向向N区区和和P区区,它它们们对对电电流流也也有有贡贡献献。用用能能带带图图来来表表示示上上述述过过程程如如图图9-11（a）所所示示。图图中中Ec表表示示导导带带底底能能量量;Ev表表示示价价带带顶顶能能量量。“”表表示示带带正正电电荷荷的的空空穴穴;“”表表示示电电子子。IL表表示示光光电电流流,它它由由势势垒垒区区两两边边能能运运动动到到势势垒垒边边缘缘的的少少数数载载流流子子和和势势垒垒区区中中产产生生的的电电子子-空空穴穴对对构构成成,其其方方向向是是由由N区区流流向向P区区,即即与与无无光光照照射射P-N结结的的反反向向饱饱和和电电流流方方向向相相同同。当当P-N结结外外电电路路短短路路时时,这这个个光光电电流流将将全全部部流流过过短短接接回回路路,即即从从P区区和和势势垒垒区区流流入入N区区的的光光生生电电子子将将通通过过外外短短接接回回路路全全部部流流到到P区区电电极极处处,与与P区区流流出出的的光光生生空空穴穴复复合合。因因此此,短短接接时时外外回回路路中中的的电电流流是是L,方方向向由由P端端经经外外接接回回路路流流向向N端端。7/21/2024537/21/202454 这这时时,P-N结结中中的的载载流流子子浓浓度度保保持持平平衡衡值值,势势垒垒高高度度（图图9-11（a）中的中的q(UD-U)）亦无变化。亦无变化。当当P-N结结开开路路或或接接有有负负载载时时,势势垒垒区区电电场场收收集集的的光光生生载载流流子子便便要要在在势势垒垒区区两两边边积积累累,从从而而使使P区区电电位位升升高高,N区区电电位位降降低低,造造成成一一个个光光生生电电动动势势,如如图图9-11（b）所所示示。该该电电动动势势使使原原P-N结结的的势势垒垒高高度度下下降降为为q（U-U）。其其中中V即即光光生生电电动动势势,它它相相当当于于在在P-N结结上上加加了了正正向向偏偏压压。只只不不过过这这是是光光照照形形成成的的,而而不不是是电电源源馈馈送送的的,这这称称为为光光生生电电压压,这这种种现现象象就就是是光光生生伏伏特特效效应应。7/21/202455 光光在在半半导导体体中中传传播播时时的的衰衰减减是是由由于于价价带带电电子子吸吸收收光光子子而而从从价价带带跃跃迁迁到到导导带带的的结结果果,这这种种吸吸收收光光子子的的过过程程称称为为本本征征吸吸收收。硅硅的的本本征征吸吸收收系系数数随随入入射射光光波波长长变变化化的的曲曲线线如如图图9-12所所示示。由由图图可可见见,在在红红外外部部分分吸吸收收系系数数小小,紫紫外外部部分分吸吸收收系系数数大大。这这就就表表明明,波波长长短短的的光光子子衰衰减减快快,穿穿透透深深度度较较浅浅,而而波波长长长长的的光光子则能进入硅的较深区域。子则能进入硅的较深区域。对对于于光光电电器器件件而而言言,还还常常用用量量子子效效率率来来表表征征光光生生电电子子流流与与入入射射光光子子流流的的比比值值大大小小。其其物物理理意意义义是是指指单单位位时时间间内内每每入入射射一一个个光光子子所所引引起起的的流流动动电电子子数数。根根据据理理论论计计算算可可以以得得到到,P区区在在不不同同结结深深时时量量子子效效率率随随波波长长变变化化的的曲曲线线如如图图9-13所所示示。图图中中xj即即表表示示结结深深。浅浅的的P-N结结有有较较好好的的蓝蓝紫紫光光灵灵敏敏度度,深深的的P-N结结则则有有利利于于红红外外灵灵敏敏度度的的提提高高,半半导导体体色色敏敏器器件件正正是是利利用用了了这这一特性。一特性。7/21/2024567/21/2024577/21/202458 2.半导体色敏传感器工作原理半导体色敏传感器工作原理 在在图图9-10中中所所表表示示的的P-N-P不不是是晶晶体体管管,而而是是结结深深不不同同的的两两个个P-N结结二二极极管管,浅浅结结的的二二极极管管是是P-N结结;深深结结的的二二极极管管是是P-N结结。当当有有入入射射光光照照射射时时,P、N、P三三个个区区域域及及其其间间的的势势垒垒区区中中都都有有光光子子吸吸收收,但但效效果果不不同同。如如上上所所述述,紫紫外外光光部部分分吸吸收收系系数数大大,经经过过很很短短距距离离已已基基本本吸吸收收完完毕毕。在在此此,浅浅结结的的即即是是光光电电二二极极管管对对紫紫外外光光的的灵灵敏敏度度高高,而而红红外外部部分分吸吸收收系系数数较较小小,这这类类波波长长的的光光子子则则主主要要在在深深结结区区被被吸吸收收。因因此此,深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。7/21/202459 这这就就是是说说,在在半半导导体体中中不不同同的的区区域域对对不不同同的的波波长长分分别别具具有有不不同同的的灵灵敏敏度度。这这一一特特性性给给我我们们提提供供了了将将这这种种器器件件用用于于颜颜色色识识别别的的可可能能性性,也也就就是是可可以以用用来来测测量量入入射射光光的的波波长长。将将两两只只结结深深不不同同的的光光电电二二极极管管组组合合,图图 9-14硅硅色色敏敏管管中中VD和和VD的的光光谱谱响响应应曲曲线线就就构构成成了了可可以以测测定定波波长长的的半半导导体体色色敏敏传传感感器器。在在具具体体应应用用时时,应应先先对对该该色色敏敏器器件件进进行行标标定定。也也就就是是说说，测测定定不不同同波波长长的的光光照照射射下下,该该器器件件中中两两只只光光电电二二极极管管短短路路电电流流的的比比值值SD2SD1,SD1是浅结二极管的短路电流是浅结二极管的短路电流,它在短波区较大。它在短波区较大。SD2是是深深结结二二极极管管的的短短路路电电流流,它它在在长长波波区区较较大大,因因而而二二者者的的比比值值与与入入射射单单色色光光波波长长的的关关系系就就可可以以确确定定。根根据据标标定定的的曲曲线线,实实测测出出某某一一单单色色光光时时的的短短路路电电流流比比值值,即即可可确确定定该该单单色色光光的波长。的波长。图图9-14表表示示了了不不同同结结深深二二极极管管的的光光谱谱响响应应曲曲线线。图图中中VD代表浅结二极管代表浅结二极管,VD代表深结二极管。代表深结二极管。7/21/2024607/21/202461 二、二、半导体色敏传感器的基本特征半导体色敏传感器的基本特征 1.光谱特性光谱特性 半半导导体体色色敏敏器器件件的的光光谱谱特特性性是是表表示示它它所所能能检检测测的的波波长长范范围围,不不同同型型号号之之间间略略有有差差别别。图图9-15（a）给给出出了了国国产产CS型型半半导导体体色色敏敏器器件件的的光光谱谱特特性性,其其波波长长范范围围是是4001000 nm。2.短路电流比短路电流比波长特性波长特性 短短路路电电流流比比波波长长特特性性是是表表征征半半导导体体色色敏敏器器件件对对波波长长的的识识别别能能力力,是是赖赖以以确确定定被被测测波波长长的的基基本本特特性性。图图9-15（b）表表示示上上述述CS-型型半半导导体体色色敏敏器器件件的的短短路路电电流流比比波波长长特特性性曲曲线线。3.温度特性温度特性 由由于于半半导导体体色色敏敏器器件件测测定定的的是是两两只只光光电电二二极极管管短短路路电电流流之之比比,而而这这两两只只光光电电二二极极管管是是做做在在同同一一块块材材料料上上的的,具具有有相相同同的的温温度度系系数数,这这种种内内部部补补偿偿作作用用使使半半导导体体色色敏敏器器件件的的短短路路电电流流比对温度不十分敏感比对温度不十分敏感,所以通常可不考虑温度的影响。所以通常可不考虑温度的影响。7/21/2024627/21/2024639.4 半导体式传感器的应用 一、一、实用酒精测试仪实用酒精测试仪 图图9-16 所所示示为为实实用用酒酒精精测测试试仪仪的的电电路路。该该测测试试仪仪只只要要被被试试者者向向传传感感器器吹吹一一口口气气,便便可可显显示示出出醉醉酒酒的的程程度度,确确定定被被试试者者是是否否还还适适宜宜驾驾驶驶车车辆辆。气气体体传传感感器器选选用用二二氧氧化化锡锡气气敏敏元元件件。当当气气体体传传感感器器探探测测不不到到酒酒精精时时,加加在在A5脚脚的的电电平平为为低低电电平平;当当气气体体传传感感器器探探测测到到酒酒精精时时,其其内内阻阻变变低低,从从而而使使A5脚脚电电平平变变高高。A为为显显示示推推动动器器,它它共共有有10个个输输出出端端,每每个个输输出出端端可可以以驱驱动动一一个个发发光光二二极极管管,显显示示推推动动器器A根根据据第第5脚脚电电压压高高低低来来确确定定依依次次点点亮亮发发光光二二极极管管的的级级数数,酒酒精精含含量量越越高高则则点点亮亮二二极极管管的的级级数数越越大大。上上5个个发发光光二二极极管管为为红红色色,表表示示超超过过安安全全水水平平。下下5个个发发光光二二极极管管为为绿绿色色,代代表表安安全全水水平平,酒酒精精含含量量不不超超过过0.05%。7/21/2024647/21/202465 二、二、直读式湿度计直读式湿度计 图图9-17 是是直直读读式式湿湿度度计计电电路路,其其中中RH为为氯氯化化锂锂湿湿度度传传感感器器。由由VT1、VT2、T1等等组组成成测测湿湿电电桥桥的的电电源源,其其振振荡荡频频率率为为2501000 Hz。电电桥桥输输出出级级变变压压器器T2,C3耦耦合合到到VT3,经经VT3放放大大后后的的信信号号,由由VD1VD4桥桥式式整整流流后后,输输入入给给微微安安表表,指指示示出出由由于于相相对对湿湿度度的的变变化化引引起起电电流流的的改改变变,经经标标定定并并把把湿湿度度刻刻划划在在微微安安表表盘盘上上,就就成成为为一一个个简简单单而而实实用用的的直直读读式式湿湿度度计了。计了。三、三、彩色信号处理电路彩色信号处理电路 图图9-18 所所示示为为检检测测光光波波长长（即即颜颜色色）处处理理电电路路。它它由色敏半导体传感器、由色敏半导体传感器、两路对数电路及运算放大器两路对数电路及运算放大器OP3构成。构成。7/21/2024667/21/2024677/21/202468 识识别别色色彩彩,必必须须获获得得两两个个光光电电二二极极管管的的短短路路电电流流比比。故故采采用用对对数数放放大大器器电电路路,在在电电流流比比较较小小的的时时候候,二二极极管管两两端端加加上上的的电电压压和和流流过过电电流流之之间间存存在在近近似似对对数数关关系系,即即OP1、OP2输输出出分分别别跟跟lnISD1、lnISD2成成比比例例,OP3取取出出它它们们的的差差。输输出出为为Uo=C（ln ISD2-lnISD1）=C ln(ISD2/ISD1),其其正正比比于于短短路路电电流流比比ISD2/ISD1的的对对数数。其其中中c为为比比例例常常数数。将将电电路路输输出出电电压压经经A/D变变换换,处处理理后后即即可可判判断断出出与与电电平平相相对对应应的的波波长（即颜色）。长（即颜色）。7/21/202469