傳感器工程傳感器技術基礎第1頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日一、光電效應二、電光效應三、磁光效應四、磁電效應五、熱電效應六、熱磁效應七、壓電效應八、壓阻效應九、壓磁效應十、約瑟夫遜效應十一、光相關效應十二、聲波相關效應十三、射線相關效應十四、擊波動態(tài)效應十五、半導體面效應十六、化學相關效應主要傳感器基于的物理效應及使用的材料第2頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日

檢測對象類型所利用的效應輸出信號傳感器或敏感元件舉例主要材料光量子型光電導效應電阻光敏電阻可見光：CdS，CdSe紅外：PbS，InSb光生伏特效應

電流、電壓光敏二極管、光敏三極管、光電池Si，Ge，lnSb(紅外)肖特基光敏二極管Pt-Si光電子發(fā)射效應電流光電管、光電倍增管Ag-O-Cs，Cs-Sb約瑟夫遜效應電壓紅外傳感器超導體熱型熱釋電效應電荷紅外傳感器、紅外攝像管BaTiO3主要傳感器基于的物理效應及使用的材料。第3頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日

機械量電阻式

電阻應變效應電阻金屬應變片康銅，卡瑪合金壓阻效應硅杯式擴散型壓力傳感器、半導體應變片Si，Ge，Gap，InSb壓電式

壓電效應電壓壓電元件石英，壓電陶瓷，PVDF正、逆壓電效應頻率聲表面波傳感器石英，ZnO十Si壓磁式壓磁效應感抗壓磁元件；力、扭矩、轉矩傳感器硅鋼片，鐵氧體，坡莫合金磁電式霍耳效應電壓霍耳元件；力、壓力、位移傳感器Si，Ge，GaAs，InAs光電式光電效應

各種光電器件；位移、振動、轉速傳感器(參見光傳感器)光彈性效應折射率壓力、振動傳感器件

第4頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日溫度熱電式

熱電效應電壓熱電偶Pt-PtRhl0NiCr·NiCuFe-NiCu約瑟夫遜效應噪聲電壓絕對溫度計超導體熱釋電效應電荷駐極體溫敏元件PbTi03，PVF2TGS，LiTaO壓電式正、逆壓電效應頻率聲表面波溫度傳感器石英熱型熱磁效應電場Nernst紅外探測器熱敏鐵氧體，磁鋼第5頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日磁磁電式霍耳效應電壓霍耳元件Si，Ge，GaAs，InAs霍耳IC、MOS霍耳Si磁阻效應電阻磁阻元件Ni—Co合金，InSbInAs電流pin二極管、磁敏晶體管Ge約瑟夫遜效應電流超導量子干涉器件(SQUID)Pb，Sn，Nb—Ti光電式磁光法拉第效應偏振光面偏轉光纖傳感器YIG，EuO，MnB磁光克爾效應MnBi放射線光電式放射線效應光強光纖射線傳感器加鈦石英量子型PN結光生伏特效應電脈沖射線敏二極管，pin二極管Si，Ge，滲Li的Ge，Si肖特基效應電流肖特基二極管Au—Si第6頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日一、光電效應photoelectriceffect——可制作各種光電器件，位移，振動，轉速傳感器

物質在光的作用下釋放電子的現(xiàn)象稱為光電效應。被釋放的電子稱為光電子，光電子在外電場中運動電流稱為光電流。

第7頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日外光電效應

externalphotoelectriceffect——可制作光電管、光電倍增管傳感器外光電效應是指在光的照射下，物體內的光電子逸出金屬表面的現(xiàn)象。1887年由德國人赫茲發(fā)現(xiàn)。光電流光強光電流光頻1122AB強光弱光第8頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日面效應

surfaceeffect指物質在光的作用下釋放光電子，光電子在金屬表面形成。體效應

bulkeffect指物質在光的作用下釋放光電子，光電子在金屬表面較深處形成。

第9頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日內光電效應internalphotoelectriceffect受光照物體電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動勢的效應叫內光電效應。第10頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日光（電）導效應photo-conductiveeffect——可制作光敏電阻（光電導管）傳感器物體受到光照時，其內部原子釋放的電子留在內部而使物體的導電性增加、電阻值下降的現(xiàn)象稱為光電導效應。絕大多數(shù)高電阻率半導體都具有光電導效應。禁帶價帶導帶真空能級能量第11頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日光生伏特效應

photoproductionvoltaeffect——可制作光電池、光敏二極管、光敏三極管和半導體位置敏感器件傳感器物體（如半導體）在光的照射下能產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應。殿巴效應光電磁效應Pn結效應貝克勒效應第12頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日側向光生伏特效應（殿巴效應）

laterogenephotoproductionvoltaeffect（Dembereffect）

——可制作半導體位置敏感器件（反轉光敏二極管）

當半導體光電器件的光靈敏面受光照不均勻時，由載流子濃度梯度而產(chǎn)生的光電效應稱為側向光生伏特效應。光照半導體光光V第13頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日光電磁效應（PME效應）opticmagnetoelectriceffect（PMEeffect）半導體受強光照射并在光照垂直方向外加磁場時，垂直于光和磁場的半導體兩端面間產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為光電磁效應。光照半導體B光BFF光VB第14頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日PN結光生伏特效應PNjunctionphotoproductionvoltaeffect可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器光照射到距表面很近的半導體PN結時，PN結及附近半導體吸收光能。若光子能量大于禁帶寬度，則價帶電子躍遷到導帶成為自由電子，價帶成為自由空穴。電子空穴對在PN結內部電場作用下，電子移向N區(qū)外側，空穴移向P區(qū)外側，結果P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，形成光電動勢。PN結光生電流與入射光照度成正比，光生伏特與照度對數(shù)成正比。第15頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日貝克勒效應

Becquereleffect——可制作感光電池傳感器當光照射浸在電解液中的兩個相同電極中的任一個電極時，在兩個電極間將產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象稱為貝克勒Becquerel效應。它是液體中的光生伏特效應。電極V電解液光第16頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日二、電光效應electro-opticaleffect——可制作光導纖維傳感器物質的光學特性（如折射率）受外電場影響而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電光效應。第17頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日線性電光效應（泡克爾斯效應）

linearelectro-opticeffect（Pockelseffect）

——可制作電光調制器、電光開關、光纖電壓、電場傳感器入射光異常光正常光V壓電晶體電極平面偏振光沿著處在外電場內的壓電晶體的光軸傳播時，發(fā)生雙折射現(xiàn)象（稱為電致雙折射），且兩個主折射率之差與外電場強度成正比，這種電光效應稱為線性電光效應，也稱泡克耳斯效應。它屬于對材料折射率進行調制的效應。第18頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日平方電光效應（電光克爾效應）quadraticelectro-opticeffect（electro-opticKerreffect）——可制作光導纖維傳感器光照射具有各向同性的透明物質（也可以是液體），在與入射光垂直的方向上加以高電壓將發(fā)生雙折射現(xiàn)象，即一束入射光變成正常（尋常）和異常（非常）兩束出射光，稱這種現(xiàn)象為電光克爾效應，亦稱平方電光效應。兩個主折射率之差與電場強度的平方成正比。入射光異常光正常光V各向同性物質電極第19頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日光彈性效應

photoelasticeffect——可制作壓力傳感器、振動傳感器、聲傳感器當外力或振動作用于彈性體產(chǎn)生應變時，彈性體的折射率發(fā)生變化，呈現(xiàn)雙折射性質，這種現(xiàn)象稱為光彈性效應。屬于對材料折射率進行調制的效應。第20頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日電致發(fā)光效應

electroluminescenceeffect——可制作發(fā)光二極管、半導體激光器傳感器某些固態(tài)晶體如高純度Ge、Si等化合物半導體在光和外加電場作用下發(fā)出冷光（指熒光和磷光）的現(xiàn)象，以及某些固態(tài)晶體如GaP、InP、GaAs等無需外加激發(fā)光而在外加電場作用下即可發(fā)光的現(xiàn)象統(tǒng)稱為電致發(fā)光效應。古亭—鮑魯(GuddenPonl)效應底歇(Dechene)效應底斯特里奧(Destriau)效應第21頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日古亭—鮑魯(GuddenPonl)效應及底歇(Dechene)效應

固態(tài)晶體在光線照射下的受激時間內可發(fā)出熒光，并且，其熒光強度受如圖所示的外加電場影響頗大。當閉合開關s將電壓v加在晶體兩側時，在電場作用下熒光被加強或被削弱，這種現(xiàn)象稱為電致發(fā)光現(xiàn)象。1920年古亭—鮑魯氏首先發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，故以其名命之。電光致發(fā)冷光有熒光及磷光兩種。熒光是在外部激發(fā)光存在時間內發(fā)出的光，磷光是外部激發(fā)光消失之后仍繼續(xù)發(fā)出的熒光。磷光發(fā)光機理比較復雜，它是在某種積蓄激發(fā)能量作用之下發(fā)光的現(xiàn)象。受電場影響熒光強度加強時稱古亭—鮑魯效應，減弱時稱底歇效應。電光致發(fā)光的機理是半導體內電子與空穴復合而釋放能量的過程。常見的電光致發(fā)光材料有純度極高的Ge、Si及GaAs等化合物半導體等。

s熒光激發(fā)光v第22頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日底斯特里奧(Destriau)效應

1936年底斯特里奧氏發(fā)現(xiàn)：硫化鋅粉末被銅激活之后，只要加強外加電場強度而無需外加照射激發(fā)光，材料即可發(fā)光。這種現(xiàn)象稱為底斯特里奧效應．顯然，底斯特里奧效應已屬電致發(fā)光。該效應的特點是發(fā)光母體材料內必須摻加某種少量雜質。此雜質起激活作用，故稱為激活劑。本例中的銅即為發(fā)光母體材料硫化鋅的激活劑。底斯特里奧效應以及其后的羅捷夫(Lossev)效應的共同特點是不需外加激發(fā)光，只需將電場加于固態(tài)晶體即可發(fā)光，因此統(tǒng)稱它們?yōu)殡?場)致發(fā)光現(xiàn)象或電致發(fā)光效應，簡稱為EL效應。用羅捷夫效應的原理已制成發(fā)光二極管和半導體激光器。與羅捷夫效應相比，底斯特里奧效應不需注入載流子即可發(fā)光，因此，更確切地說，應稱底斯特里奧效應的發(fā)光為本征發(fā)光。所以，一般稱El效應時，如不特殊說明，應是指底斯特里奧效應。金屬電極玻璃片透明導電膜ZnS-Cu發(fā)光第23頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日三、磁光效應

magneto-opticeffect——可制作光纖傳感器置于外磁場中的物體，在光和外磁場作用下，其光學特性（如吸光特性，折射率等）發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁光效應。第24頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日磁光法拉第效應

Faradayeffect——可制作光纖傳感器

平面偏振光（即直線偏振光）通過帶磁性的透光物體或通過在縱向磁場（磁場方向與光傳播方向平行）作用下的非旋光性物質時，其偏振光面發(fā)生偏轉的現(xiàn)象稱為磁光法拉第效應。它是由于磁場作用使直線偏振光分解成傳播速度各異的左旋和右旋兩圓偏振光，因此從物體端面出射的合成偏振光將發(fā)生偏轉。其中，偏振光面偏轉的角度與磁場強度、光在物體中通過的長度成正比。θ=Ve

LH

第25頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日磁光克爾效應

magneto-opticKerreffect——可制作光纖傳感器

平面偏振光垂直入射于拋光的強電磁鐵的磁極表面，所產(chǎn)生的反射光是一束橢圓偏振光，且偏振面偏轉角度隨磁場強度而變化，這種現(xiàn)象稱為磁光克爾效應。入射光ISN出射光IXXY第26頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日科頓-蒙頓效應Cotton-moutoneffect

當光線垂直于磁場的方向照射液體（如硝基苯等芳香族化合物）時，液體分子在外磁場的作用下形成一定規(guī)律的排列，而呈現(xiàn)雙折射特性，即一束入射光變?yōu)閷こ：头浅墒錾涔?，這種現(xiàn)象稱為科頓-蒙頓效應。它屬于磁致雙折射效應。其中，兩主折射率之差與光波波長與磁場強度的平方的積成正比。入射光異常光正常光硝基苯物質NS第27頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日四、磁電效應magnetoelectriceffect

將材質均勻的金屬或半導體通電并置于磁場中產(chǎn)生各種物理變化，這些變化統(tǒng)稱為磁電效應。第28頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日霍爾效應

Halleffect——可制作霍爾元件，接近開關，位置位移傳感器，轉速傳感器等傳感器

當電流垂直于外磁場方向通過導體或半導體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側表面之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，稱為霍耳效應。所產(chǎn)生的電位差稱為霍爾電勢，它是由于運動載流子受到洛侖茲力而在薄片兩側形成電子、正電荷的積累所致。

VH=KHIBCosθ

第29頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日磁阻效應

magnetoresistanceeffect——可制作磁阻傳感器，磁編碼器，角度傳感器

當通電流的半導體或金屬薄片置于與電流垂直或平行的外磁場中，其電阻隨外加磁場變化而變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應。物理磁阻效應

physicalmagneto-resistanceeffect與半導體自身材料性質有關的磁阻效應稱為物理磁阻效應。

形狀磁阻效應強制磁阻效應定向磁阻效應第30頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日形狀磁阻效應shape-relatedmagneto-resistanceeffect

與半導體形狀結構有關的磁阻效應稱為形狀磁阻效應。強制磁阻效應enforcedmagneto-resistanceeffect

在強磁場中，強磁性金屬的電阻率隨磁場增強而減小的物理現(xiàn)象稱為強制磁阻效應。第31頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日定向磁阻效應directionalmagneto-resistanceeffect

在弱磁場中，當磁場強度大于某一值時，強磁性金屬的電阻率與磁場強度的大小無關，只與磁場的方向和電流方向之間的夾角有關，即磁阻具有各向異性，稱為定向磁阻效應。Δρ/ρ=0.273Sin2θ(μHB)2

第32頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日耶秦古豪森效應

Ettinghauseneffect如圖，金屬片通以通以電流I，在與其相垂直的方向上加以磁場H，這時，與I、H成直角的方向上將產(chǎn)生?T/?y的溫度梯度。這種現(xiàn)象稱為耶秦古豪森效應。HI?T/?y

IHxyz?T/?y=pHI

第33頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日五、熱電效應

thermoelectriceffect——可制作熱電偶傳感器

是指溫差信號與電量信號之間相互轉換的各種物理效應的統(tǒng)稱。一般情況下，熱電效應通常指塞貝克Seebeck效應或溫差電效應。第34頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日珀爾帖效應

Peltiereffect——可制作用于控制半導體激光器溫度的制冷器傳感器

當電流流過兩種導體組成的閉合回路時，一結點處變熱（吸熱），另一結點處變冷（放熱），或當電流以不同方向通過金屬與半導體相接觸處時，其接觸處或發(fā)熱或吸熱，這種現(xiàn)象叫珀爾帖效應。第35頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日湯姆遜效應

Thomsoneffect同一種金屬組成閉合回路，保持回路兩側為一定溫度差，并通以電流時，回路的溫度轉折處將產(chǎn)生比例于溫度與電流之積的吸熱或發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱為湯姆遜效應。第36頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日塞貝克效應（溫差電效應）

Seebeckeffect(thermoelectriceffect)

——可制作熱電偶傳感器

兩種不同的金屬串接成閉合電路，當它們的兩個結點處于不同溫度時，則在回路內有電流產(chǎn)生，亦即兩結點間產(chǎn)生電動勢，這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克Seebeck效應（溫差電效應），一般習慣上也稱為熱電效應。第37頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日熱釋電效應

pyroelectriceffect——可制作紅外探測器、溫度傳感器、熱成像器件傳感器

電石、酒石酸鉀鈉（羅謝耳鹽）、鈦酸鋇等高介電常數(shù)晶體材料受熱產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自發(fā)極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應。產(chǎn)生的電荷量與晶體受熱表面積和溫度成正比。

第38頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日六、熱磁效應thermomagneticeffect

均勻材質的金屬兩端存在溫度差時，其間必然有熱量的流動（熱流），若在與熱流方向相垂直的方向上加以磁場則會產(chǎn)生出種種物理現(xiàn)象。統(tǒng)稱熱與磁間的諸現(xiàn)象為熱磁效應。第39頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日橫向能斯脫效應

transverseNeresteffect

若在x軸方向存在某熱流，并在太陽能傳感器軸方向加以磁場，則在y軸方向會有電場產(chǎn)生。因電場方向與熱流方向相垂直，故稱此現(xiàn)象為橫向能斯脫效應。電場強度大小等于橫向能斯脫系數(shù)乘磁場強度乘金屬溫度梯度（即熱流），方向相反。第40頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日縱向能斯脫效應（電氣縱向效應）longitudinalNeresteffect（longitudinalelectricaleffect）

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向加以磁場，則與熱流相同方向上將產(chǎn)生電場，因為電場與熱充方向一致，故稱其為縱向能斯脫效應或稱電氣縱向效應。電場強度大小等于縱向能斯脫系數(shù)乘磁場強度乘金屬溫度梯度（即熱流），方向相反。

第41頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日熱磁橫向效應（里紀-勒杜克效應）transversethermomagneticeffect（Righi-Leduceffect)

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向上加磁場，則y軸方向上將有溫度梯度（即熱流）發(fā)生，此現(xiàn)象即為熱磁橫向效應，也稱里紀—勒杜克效應。Y方向上溫度梯度的大小等于里紀-勒杜克系數(shù)乘磁場強度乘X方向上金屬溫度梯度（即熱流），方向相同。

第42頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日熱磁縱向效應longitudinalthermomagneticeffect

若在x軸方向上存在某一熱流，并在太陽能傳感器軸方向上加以磁場，如果在原有熱流方向產(chǎn)生新的熱流—溫度梯度，現(xiàn)象稱為熱磁縱向效應。它表明，與熱流方向相垂直的外磁場可以改變熱流大小。其中新產(chǎn)生的溫度梯度（熱流）等于熱磁縱向效應系數(shù)乘磁場強度乘X方向上金屬溫度梯度，方向相同。

第43頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日七、壓電效應

piezoelectriceffect——可制作力、壓力、振動、加速度傳感器，超聲波探頭、聲表面波（SAW）傳感器、陀螺傳感器它是指某些介質在施加外力造成本體變形而產(chǎn)生帶電狀態(tài)或施加電場而產(chǎn)生變形的雙向物理現(xiàn)象，是正壓電效應和逆壓電效應的總稱，一般習慣上壓電效應指正壓電效應。

第44頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日正壓電效應

positivepiezodielectriceffect——可制作壓電式力、壓力、振動、加速度傳感器，壓電超聲波探頭，壓電聲表面波SAW傳感器，壓電陀螺傳感器當某些電介質沿一定方向受外力作用而變形時，在其一定的兩個表面上產(chǎn)生異號電荷，當外力去掉后，又恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。其中電荷大小與外力大小成正比，極性取決于變形是壓縮還是伸長，比例系數(shù)為壓電常數(shù)，它與形變方向有關，固定材料的確定方向上為常量。它屬于將機械能轉化為電能的一種效應。

第45頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日縱向壓電效應

longitudinalpiezoelectriceffect正壓電效應中，如果所生成的電位差方向與壓力或拉力方向一致，即為縱向壓電效應。第46頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日橫向壓電效應transversepiezoelectriceffect正壓電效應中，如所生成的電位差方向與壓力或拉力方向垂直時，即為橫向壓電效應。第47頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日切向壓電效應tangentialpiezoelectriceffect在正壓電效應中，如果在一定的方向上施加的是切應力，而在某方向上會生成電位差，則稱為切向壓電效應。第48頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日逆壓電效應

reversepiezodielectriceffect——可制作超聲波發(fā)生器，聲發(fā)射傳感器，壓電揚聲器，晶振傳感器當在電介質的極化方向施加電場，某些電介質在一定方向上將產(chǎn)生機械變形或機械應力，當外電場撤去后，變形或應力也隨之消失，這種物理現(xiàn)象稱為逆壓電效應，其應變的大小與電場強度的大小成正比，方向隨電場方向變化而變化。它屬于將電能轉化為機械能的一種效應。

第49頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日八、壓阻效應

piezoresistiveeffect——可制作壓阻式壓力、加速度、重量、應變、拉力、流量、真空度傳感器半導體材料受到外力或應力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應。其中，電阻（或電阻率）的相對變化率等于沿某晶向的壓阻系數(shù)與沿該晶向應力的積，即等于壓阻系數(shù)乘應變乘材料的彈性模量。所以壓阻效應與材料類型，晶體取向，摻雜濃度及溫度直接相關。

第50頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日電致伸縮效應

electrostrictioneffect電介質在電場的作用下會由于極化的變化而引起形變，若形變與電場方向無關，這個現(xiàn)象就稱為電致效應，其應變的大小與電場強度的平方成正比，方向與電場方向無關。這種效應屬于將電量轉化為機械量的一種效應。

第51頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日磁致伸縮效應magnetostrictioneffect——可制作可制成電聲器件、超聲波發(fā)生器、光纖式傳感器是指某些鐵磁體、合金及鐵氧體，其磁場與機械變形相互轉換的種種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應。一般說磁致伸縮效應即指正向的磁致伸縮效應。

第52頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日正磁致伸縮效應（焦耳效應）

positivemagnetostriction(Jouleeffect)

——可制作電聲器件、超聲波發(fā)生器、光纖式傳感器（調制單模光纖長度）傳感器某些鐵磁體及其合金，以及某些鐵氧體在外磁場作用下產(chǎn)生機械變形的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應，即正向磁致伸縮效應，也稱焦耳效應，一般長度的變化發(fā)生在與外磁場相同的方向上，變化量不大。

第53頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日九、壓磁效應（逆磁致伸縮效應）

piezo-magneticeffect（reversemagnetostrictioneffect）

——可制作壓磁式力、壓力、力矩、重量傳感器磁致伸縮材料在外力（或應力、應變）作用下，引起內部發(fā)生形變，產(chǎn)生應力，使各磁疇之間的界限發(fā)生移動，磁疇磁化強度矢量轉動，從而使材料的磁化強度和磁導率發(fā)生相應的變化。這種由于應力使磁性材料性質變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應，也稱逆磁致伸縮效應。

第54頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日威德曼效應

Wiedemaneffect——可制作扭矩傳感器、力傳感器給鐵磁桿同時施加縱向磁場和環(huán)形磁場（即通以縱向電流時），桿件除長度發(fā)生變化外，還同時產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象稱為威德曼效應。它是磁致伸縮疚的一個特例。當給鐵磁桿通以縱向電流時（置于環(huán)狀磁場中），并使桿件拉伸、壓縮或扭曲，則會產(chǎn)生縱向磁化現(xiàn)象，在桿的圓周方向上的線圈內會有電流產(chǎn)生，此種由于桿件扭曲或受到縱向力而產(chǎn)生輸出電壓的現(xiàn)象稱為逆威德曼效應。

第55頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日逆威德曼效應

reverseWiedemaneffect——可制作扭矩、力傳感器當給鐵磁桿通以縱向電流（即置于環(huán)狀磁場中），并使其拉伸（或壓縮）或扭曲時，會產(chǎn)生縱向磁化的現(xiàn)象稱為逆威德曼效應。

第56頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日隧道效應

tunneleffect是指在兩金屬片之間夾有極度?。s為10毫微米）的絕緣層（如氧化膜），當兩端施加直流電壓時，回路就有電流產(chǎn)生，即有電流通過絕緣層，這種現(xiàn)象稱為隧道效應。

十、約瑟夫遜效應第57頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日超導體隧道效應（約瑟夫遜效應）

superconductertunneleffect（Josephsoneffect）

——可制作紅外傳感器，絕對溫度計，超導量子干涉器件SQUID傳感器約瑟夫效應是超導體的一種量子干涉效應。在兩塊超導體之間放置厚度極薄的絕緣層（10毫微米），組成約瑟夫結或稱超導隧道結。由于絕緣層厚度遠比超導電子相干長度（可達10微米)小得多，所以絕緣層兩側超導電子間就會發(fā)生耦合，呈現(xiàn)出超導電流的量子干涉現(xiàn)象，即約瑟夫遜效應。

第58頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日直流約瑟夫遜效應

DCJosephsoneffect——可制作超導量子干涉器件SQUID、測量如人體心臟和腦活動所產(chǎn)生的微小磁場變化傳感器約瑟夫遜結在不外加電壓或磁場時，有直流電流通過絕緣層，即超導電流能無阻地通過極度薄的絕緣層，這種現(xiàn)象稱為直流約瑟夫遜效應。

第59頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日交流約瑟夫遜效應

ACJosephsoneffect約瑟夫遜結能夠吸收和發(fā)射電磁波的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為交流約瑟夫遜效應?！又绷麟妷狠椛潆姶挪―Cvoltageappliedandelectromagneticwaveoutput--(可制作V—F變換器傳感器）給約瑟夫遜結加直流電壓時，約瑟夫遜結會產(chǎn)生頻率與所加電壓成正比的高頻超導電流（比例系數(shù)為2倍電子電荷量/普朗克常數(shù)），并向外輻射電磁波。

第60頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日——加交/直流電壓輸出直流信號AC/DCvoltageappliedandDCsignaloutput--(可制作量子型高精度高靈敏度（10E-19V）電壓傳感器、遠紅外高速高靈敏光傳感器、溫度傳感器）給約瑟夫遜結加直流電壓，并施加交流射頻電壓或用一定頻率的電磁波作用于結上，則當由直流電壓引起的高頻電波頻率與外加交流射頻電壓頻率相等，或與外加電磁波頻率相等，或是其整數(shù)倍時，有直流成分超導電流流過絕緣層，輸出直流電壓。直流電壓與外加電壓頻率或外作用電磁波頻率成正比，比例系數(shù)為普朗克常數(shù)除電子電荷的商的n/2倍。

第61頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日核磁共振

nuclearmagneticresonance—可制作磁傳感器，超精密溫度傳感器是一種與物質磁性和磁場有關的共振現(xiàn)象。磁性物質內具有磁矩的粒子在直流磁場的作用下，其能級將發(fā)生裂變，當能級間的能量差正好與外加交變磁場（垂直于直流磁場）的量子值相同時，物質將強烈吸收交變磁場的能量并產(chǎn)生共振，即磁共振，其本質也是一種能級間躍遷的量子效應。磁共振與物質磁性有密切關系，當磁矩來源于順磁物質原子中的原子核時，則稱這種磁共振為核磁共振。

第62頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日十一、光相關效應opticsrelatedeffect由光的各種特性變化引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為光相關效應。第63頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日光多普勒效應opticalDopplereffect——可制作速度、流速、流量傳感器，如光纖式血液流速傳感器、激光多普勒超低速（1cm/h）傳感器、超音測量傳感器當光波源和觀察者（光接收器）有相對運動時，觀察者所接收到的光波頻率不同于光波源的頻率，兩者相接近時，接收到的頻率增大，反之，則減小，這種現(xiàn)象稱為光的多普勒效應。由于多普勒效應而引起的頻率變化數(shù)值稱為多普勒頻移。其中，反射光頻率變化與運動物體的速度及入射光與物體運動方向的夾角的余弦值成正比，與媒質中光波長成反比，比例系數(shù)為2。

第64頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日薩古納克效應

Sagnaceffect——可制作環(huán)形激光陀螺、光纖陀螺傳感器同一光源同一光路，兩束對向傳播光之間的光程差或相位差與其光學系統(tǒng)相對于慣性空間旋轉的角速度成正比的現(xiàn)象，稱為薩古納克效應。這種效應與光的媒質無關。

第65頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日喇曼效應Ramaneffect若用非干涉的單色平行光源照射某些氣體、液體或固體時，可以觀察到原來光源所不包含的光譜，這一現(xiàn)象稱為喇曼效應。新生的光譜線為喇曼線。它是非干涉入射光源與光學量子相結合的產(chǎn)物。第66頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日派生喇曼效應derivedRamaneffect用干涉性強激光光源照射硝基苯等喇曼活性物質時，能夠產(chǎn)生出多種偏離原來入射光波長的激光，這種現(xiàn)象稱為派生喇曼效應。第67頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日布里淵效應

Brillouineffect用非干涉光（自然光）照射某些物質時，從該物質上散射出與入射光波偏離極小的非干涉光，這一現(xiàn)象稱為布里淵效應。第68頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日派生布里淵效應

derivedBrillouineffect用大功率激光照射丙酮、四氯化碳等物質時，將會從這些物質散射出與入射激光波長偏離極小的激光，這種現(xiàn)象稱為派生布里淵效應。第69頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日十二、聲波相關效應acousticwaverelatedeffect這里將由聲波的各種特性變化引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為聲波相關效應

第70頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日聲多普勒效應

acousticDopplereffect——可制作超聲流速計傳感器當聲源和觀察者（或聲接收器）在連續(xù)介質中有相對運動時，觀察者接收到的聲波頻率與聲源發(fā)生的頻率不同，兩者靠近時頻率升高，遠離時頻率降低，這種現(xiàn)象稱為聲音的多普勒效應。

第71頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日聲電效應

acousto-electriceffect—可制作超聲信號放大器、聲電振蕩器傳感器在半導體中，超聲（或聲子）與自由載流子（電子或空穴）相互作用所產(chǎn)生的多種物理效應，如聲波的衰減或放大（聲子的吸收或發(fā)射），大振幅超聲對半導體電壓電流特性的影響等，統(tǒng)稱為聲電效應。

第72頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日聲光效應

acousto-opticeffect——可制作聲光偏轉器、光調制器、聲光Q開關、光纖式聲傳感器某些介質在聲波作用下，其光學特性（如折射率）發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為聲光效應。其中超聲波的聲光效應尤為顯著，當光通過處在超聲波作用下的透明物質時會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，光束發(fā)生偏轉、頻移和強度變化。當超聲波頻率較低時時，會產(chǎn)生多級衍射光譜，即喇曼-納斯（Raman-Nath）衍射。外加超聲波頻率較高時，會產(chǎn)生強的一級衍射光。

第73頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日聲磁效應（磁聲效應）acousto-magneticeffect（magneto-acousticeffect）當存在外磁時，金屬對于超聲波的吸收系數(shù)大幅度增加，這種現(xiàn)象稱為聲磁效應或磁聲效應。

第74頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日德.哈斯-板.阿爾芬效應DeHaass-VanAlpheneffect在外磁場作用下，金屬吸收電磁波，由于磁場作用下的電子密度將被束縛而量子化，故其在費米能級上的數(shù)量將因磁場強度的不同而產(chǎn)生周而復始的增減。為此，金屬對于超聲波的吸收系數(shù)必然表現(xiàn)出周期性變化的規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為德.哈斯-板.阿爾芬效應

第75頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日碰撞-阻尼效應impact-dampingeffect當超聲波在金屬內通過的時候，金屬內的電子能量狀態(tài)不再是晶格靜止時的費米分布狀態(tài)，而是電子隨時都力圖偏離該時刻的離子速度的費米分布，這種現(xiàn)象稱為碰撞-阻尼效應。碰撞-阻尼效應是金屬吸收超聲波時呈現(xiàn)的效應之一，金屬的電導率越高，吸收聲波的能力越強，效果越好。

第76頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日ΔE效應ΔEeffect將強磁體置于磁場中，當磁疇壁產(chǎn)生移動時，其楊氏模量較磁疇壁不發(fā)生移動時減少，這種現(xiàn)象稱為ΔE效應。

第77頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日遮掩效應

blanketingeffect當同時存在強度相異的兩種聲響時，弱音被強音所遮掩的現(xiàn)象稱為遮掩效應，其原因是雜音減低人耳靈敏度所致。實驗表明，被遮掩信號頻率越接近遮掩信號頻率，則遮掩效應越明顯。同時低于遮掩信號頻率的被測信號易于產(chǎn)生遮掩效應。

第78頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日衍射效應diffractioneffect當有壓力敏元器件置于具有特定聲壓的聲場時，聲壓會因這些物體的存在而改變，這種現(xiàn)象為聲音的衍射效應。改變后的聲壓正比于衍射系數(shù)和原聲壓的積。其中衍射系數(shù)與敏感器件的形狀、大小、聲波方向有關。

第79頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日十三、射線相關效應rayrelatedeffect——可制作光纖放射線傳感器物質被放射線照射后，其某些特性（如折射率）發(fā)生變化的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為放射線效應。

第80頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日俄歇效應Augereffect當氣體（如惰性氣體）受到放射線（如X射線、γ射線）照射時，由一個氣體原子可以發(fā)射幾個電子，而且這些電子的動能與入射的射線頻率（也即能量）無關，僅與被照射氣體的原子種類有關，這種現(xiàn)象稱為俄歇效應。俄歇效應所發(fā)射的電子稱為俄歇電子。

第81頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日吸收效應Absorptioneffect某些能吸收高能電子束的物質，當用高能電子束聚集照射時，在放射出特性X射線（物質所特有的X射線或稱為熒光X射線）的同時，自身還吸收這些特性X射線，其吸收量的大小取決于同時存在的元素種類、濃度、入射電子束能量以及特性X射線的射出角度等因素，這種現(xiàn)象稱為吸收效應。

第82頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日原子序號效應atomicnumbereffect某些物質能把入射的電子束能量轉換成X射線能量并發(fā)射出去，而且這種能量轉換的比例取決于物質原子序號和電子束能量，這種物理現(xiàn)象稱為原子序號效應。

第83頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日強化效應由于放射線照射而產(chǎn)生某些物質嚴重晶格缺陷的現(xiàn)象稱為強化效應。強化效應對于核反應堆結構材料、核燃料以及被覆材料有較大的破壞性影響，故應盡量避免和設法減弱它。第84頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日緯度效應latitudeeffect宇宙線強度因緯度不同而有所變化，且距赤道越近其強度越低。稱此現(xiàn)象為宇宙線緯度效應。此效應為1927年荷人古列依氏發(fā)現(xiàn)。

第85頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日γ射線光電效應

γ-rayphotoelectriceffect某些物質在γ射線照射下，物質中原子與γ射線的光子相互作用，使原子的某一束縛電子被發(fā)射出去，所發(fā)射的電子稱為光電子，這種現(xiàn)象稱為γ射線的光電效應。這種效應截面隨光子能量增大而減小，隨吸收物質原子序數(shù)增大而迅速增大。

第86頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日康普頓效應ComptoneffectX射線、γ射線等短波長的電磁輻射通過原子序數(shù)較低的元素時，被元素散射的射線波長除一部分保持原值外，還有一部分將發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應，或稱康普頓散射。原子序數(shù)小于10的各種元素以及重元素用高能量光子入射時康普頓效應明顯。其中，所改變的波長的大小與入射射線的波長無關，只取決于入射角。

第87頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日十四、擊波動態(tài)效應attackwavedymaticeffect擊波（如沖擊波）通過某些物質時所引起的物理現(xiàn)象統(tǒng)稱為擊波動態(tài)效應。

第88頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日動態(tài)電學效應dynamicelectricseffect——可制作瞬態(tài)壓力傳感器擊波在物質中通過時引起物質的電導率改變，或引起某些電介質的極化（即相對面上產(chǎn)生電荷），或退極化（如極化了的鐵電體放出電荷），這種現(xiàn)象稱為動態(tài)電學效應。

第89頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日動態(tài)光學效應dynamicopticeffect擊波通過介質時所引起的介質光學特性（如光譜吸收、折射率、雙折射、透明度等）變化的現(xiàn)象稱為動態(tài)光學效應。產(chǎn)生這種現(xiàn)像的原因包括：擊波會使介質密度增加，或使吸收光譜改變，或引起化學反應產(chǎn)生透明物，或在介質中產(chǎn)生高溫導致光發(fā)射等。

第90頁，共105頁，2023年，2月20日，星期日動態(tài)磁學效應dynamicmagneticeffect擊波通過介質時，使其居里點改變的現(xiàn)象稱為動態(tài)磁學效應。因為擊波會使介質產(chǎn)生高溫高壓，而居