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3.6.2　光源与光电元件（续2） 　　发射光功率与施加直流电流的关系如图3—93所示。发射光功率在开始时随电流的增加而线性增加，在这段内以自激发射为主。一旦到达足够光强，受激发射开始，发射光功率急剧增加，由图可见，其阈值电流与温度有关，通常激光二极管的阈值电流在20～200 mA之间。 3.6.2　光源与光电元件（续3） 　　目前二极管大部分是GaAs和AlGa．As器件。LED在室温下典型光谱宽度为30。40nm，比激光二极管的光谱宽度大一个数量级，因而增大了色散，与低数值孔径的光纤耦合 ≥效率也较低，但它具有结构简单，成本低以 森及温度对发射功率影响小的优点。激光二极 娶管相干性好，方向性强、发散角小，能量集 蠡中，是一种较好的光源，但受温度影响较明 蓍显。 3.6.2　光源与光电元件（续4） (2)光电元件 　　光纤传感器常用的光电元件是光电二极管、光电三极管，这在光电传感器一章中已作介绍，不再重复。这些元件中雪崩光．电二极管灵敏度极高、响应速度极快，受光直径在200。300 nm之间，很适于与光导纤维传感器配用，而PINPD线性较好，适于模拟技术中应用。 3.6.2　光源与光电元件（续5） 　　由光纤元件构成光纤传感系统时，互连是必不可少的。这种互连包括：①光源和光电元件与光纤的连接(通常要借助于光学透镜)；②光的分束与合并(由光纤耦合器实现)；③光纤之间的连接(可用光纤连接器作暂时性连接或用融熔式永久连接)。互连时必须考虑反射及插入损耗，并尽量减少损耗，以提高信噪比。 3.6.3　光纤元件的互连 　　化学传感器的机理比物理传感器复杂，目前这类传感器主要是利用敏感材料 与被测物质中分子、离子或生物物质相互接触时，引起材料表面势、电极电位、表面化学反应或生物体各种反应，并将此直接或间接地转换为电信号。现以半导体陶瓷气体传感器为例介绍化学传感器。 　　半导体陶瓷气体传感器是将待测气体成分和浓度转换成电信号输出的一类器件。粗略地讲，半导体陶瓷气体传感器的工作原理是当其氧化物半导体表面吸附有某种气体时，其电导率将发生改变。这类器件的导电机理较复杂，不在这里详细介绍。大致原理是当Sn0，和Zn0等N型半导体表面吸附还原性气体时，此还原性气体就将其电子给予半导体，而以正电荷与半导体吸附，使器件电阻减少。 3.7　化学传感器 图3—94半导体气敏元件的结构 　　以目前最常用的Sn02系列传感器为例，典型结构有烧结型、薄膜型、厚膜型，见图3—94。 3.7　化学传感器（续1） 图3—95 PGSl09气敏特性及应用线路 　　Sn02烧结型气敏元件烧结温度可高达l 400。C，故可用来控制燃烧过程，例如用于家用煤气灶上。一般煤气灶的温度在200—300。C。当传感器吸收不完全燃烧的C0时，将产生动作来控制燃烧过程(如关闭煤气灶)。图3—95是日本PGSl09型元件气敏特性与报警线路。 3.7　化学传感器（续2） 　　烧结型元件重现性较差，机械强度也不好，因此发展了薄膜型元件(图3—96 b)，Sn02薄膜型元件对c0和乙醇有较高灵敏度。且元件一致性较好，便于成批生产，加热温度为250～400 0C(图3—96)。 3.7　化学传感器（续3） 　　厚膜型元件是l977年发展起来的，它克服了烧结型元件的不足同时又比薄膜型更容易制造，成本更低。但是半导体陶瓷气体传感器在选择性等方面尚不尽如人意。目前人们又提出采用有机半导体制作气体传感器。 　　集成气敏元件是近年出现的一种必威体育精装版构成形式。它是在一块集成片子上同时实现热敏、湿敏及气敏的“复合敏感元件” 3.7　化学传感器（续4） 　　无论哪种形式(陶瓷体、薄膜、厚膜或集成片等)的气敏元件，其内均有加热丝。加热丝一方面用来烧灼元件表面油垢或污物，另一方面可起到加速被测量气体的吸脱过程的作用。加热温度一般为200。400℃。图3—97是加热电路与工作电路的典型例子。 　　陶瓷气敏元件为了提高灵敏度，一般元件都工作在200—400℃，有时加热至500℃。因此一开始人们就把注意力集中在热稳定性能极好的金属氧化物及其陶瓷材料 3.7　化学传感器（续5） 图3—96薄膜气敏元件基本测量线路 图3—97气敏元件的检测电路 3.7　化学传感器（续6） 　　半导体气敏元件；Rl～R4一固定电阻；S1一开关；E一电源电池；M一指示表；RE一继电器电路；ClL_按钮；s蜂鸣器；A报警灯；VR，一报警电平设定电阻；VR2一零点微调；馏3一零点粗调；VR4一灵敏度调整；VR5一传感器电压调整；S2一清除开关 3.7　化学传感器（续7） 　　近40年来，由于生物医学工程的迅速发展，出现了检测生物体内化学成分的各种生物传感器，先后出现利用酶的催化过程和催化的专一性构成具有灵敏度高、选择性强的酶传感器，