8、传感器与换能器知识详解

传感器与换能器知识详解

1. 电流测量与校准

在电流测量中，霍尔效应器件（HED）会受到均匀磁场的作用。该磁场由待测量的直流电流 $I_{DC}$ 通过缠绕在带间隙的环形铁氧体上的线圈产生，霍尔效应晶圆就置于此间隙中。若要测量非常小的电流，可能需要让环形导线绕上若干圈（$n$ 圈），此时整体增益会乘以 $n$。

校准过程如下：
1. 先将 $P1$（输出电压 $v_o$ 的一部分）设置为零。
2. 再调整 $P2$（改变接地电平）。通常，输出电压 $v_o$ 为 $0.1V$ 时，对应的测量电流为 $1A$。

在图 3.21b 中，电流源由一个固定偏置的晶体管提供。HED 两端的电压降 $\Delta v$ 输入到一个带有失调调整电位器 $P1$ 的常规差分放大器中，$P1$ 用直线偏移（虚线）表示放大器校准；增益调整由校准曲线的斜率（实线）$P2$ 表示，$P2$ 通常以伏特/安培为单位。电位器 $P1$ 将一部分输出电压作为反馈提供给同相输入端，而电位器 $P2$ 则改变接地电平。

2. 光电倍增管和图像增强器

如今使用的信号电平可能非常小且速度极快，只有精密的传感器才适合测量这些变量。光电倍增管就是这样一种精密传感器，可用于测量此类微小的超快事件。它测量的是光子撞击碱金属光敏阴极电子时产生的影响。其工作原理是，光电倍增管通过在一系列被称为打拿极的表面上加速电子来放大微弱电流，从而使这些表面释放出新的电子。

如图 3.22 所示的光电倍增管是一种低噪声倍增器。通常在相邻打拿极之间施加 $100V$ 电压，每一级可获得约 10 倍的增益，经过多级放大后，总增益可达 $10^6$。阳极收集的电流相