项目七 环境检测

项目背景

在快节奏生活的今天，环境污染越来越严重，环境问题已成为人们关注的焦点。环境量主要包括气体浓度、湿度、光照度等物理量。

在日常生活和生产活动中，经常接触到的各种各样的气体直接关系到人们的生命和财产安全，对有害气体或可燃性气体进行有效的检测和控制尤其重要。例如，化工生产中气体成分的检测与控制，煤矿瓦斯浓度的检测与报警，环境污染情况的监测，煤气泄漏、火灾报警、燃烧情况的检测与控制等。

在冬天，我国北方采用火炉或暖气取暖，室内空气被加热会导致室内相对湿度降低。在这种环境中居住，人易患呼吸道疾病和出现口干、唇裂、流鼻血等现象。相对湿度过低，还会导致木材水分散失，引起家具或木质地板变形、开裂和损坏；钢琴、提琴等对湿度要求高的乐器不能正常使用；文物、档案和图书脆化、变形。相对湿度过高，又易使室内家具、衣物、地毯等织物生霉，铁器生锈，电子器件短路，地毯、壁纸发生静电现象，对人体有刺激，甚至诱发火灾。由此可见， 湿度检测越来越重要。

光能是最近几年发展起来的一种新型的能源，伴随着社会的发展，太阳能源也逐渐成熟，我们现在用的太阳能热水器、光电池等都用到了光电式传感器。此外，光照射在物体上会产生一系列的物理或化学效应。例如，植物的光合作用，取暖时的光热效应，化学反应中的催化作用，光电器件的光电效应等。 光照度检测也具有非常实用的价值。

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项目小结

环境量中包括气体浓度、湿度、光照度等物理量，本项目通过三个工作任务的驱动，主要介绍了气敏传感器、湿敏传感器和光电传感器的工作原理及其应用。

气敏传感器是能感知环境中某种气体及其浓度的一种器件，它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号。根据气敏元件的不同又分为电阻型半导体气敏传感器和非电阻型气敏传感器。电阻型半导体气敏传感器是利用气体在金属氧化物半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化的原理来工作的。非电阻型气敏传感器主要包括利用MOS二极管的电容-电压特性变化的MOS二极管型气敏传感器和利用MOS场效应管的阀值电压变化的MOS场效应管型气敏传感器，气敏传感器主要用于各类易燃、易爆、有毒、有害气体的检测，在工厂、矿山、家庭、娱乐等场所有着广泛的应用。

湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。常用的湿敏传感器又分湿敏电阻和湿敏电容两大类。湿敏电阻是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，如金属氧化物湿敏电阻、硅湿敏电阻、碳湿敏电阻、氯化锂湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻、高分子湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容是基于当环境湿度发生改变时，湿敏电容极间介质的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化的原理而工作的。按照极间介质的不同，湿敏电容分为有机高分子和陶瓷材料两大类。

光电传感器是将光信号转换成电信号的敏感器件，可用于检测直接引起光强变化的非电量，如光强、辐射测温、气体成分分析等。根据产生电效应的不同物理现象，光电效应分为外光电效应和内光电效应。常见的光电元件有：光电管、光敏电阻、光敏管和光电池等。