1、第3章 安全檢測常用傳感器 3.1 傳感器的作用及分類 3.2 結構型傳感器 3.3 物性傳感器 3.4 其他類型傳感器 3.5 傳感器的選用原則 3.1 傳感器的作用及分類 3.1.1傳感器的作用傳感器是實現檢測與自動控制(包括遙感、遙測、遙控)的首要環節，而傳感技術是衡量科學技術現代化程度的重要標志。如果沒有傳感器對原始信息進行準確可靠的捕獲與轉換，一切準確的檢測與控制將無法實現。 目前，傳感器的應用已經滲透到各個學科領域，從高新技術直到每個家庭日常生活。如空間技術、海洋開發、資源探測、生物工程、人體科學等高技術領域中許多新的進展和突破，都是以實驗檢測為基礎并與傳感器技術的發展密切相關的；

2、。3.1.2傳感器的分類1. 按輸入量（被測對象）分類輸入量即被測對象，按此方法分類，傳感器可分為物理量傳感器、 化學量傳感器和生物量傳感器三大類。 其中， 物理量傳感器又可分為溫度傳感器、 壓力傳感器、 位移傳感器等等。 這種分類方法給使用者提供了方便，容易根據被測對象選擇所需要的傳感器。 物理量傳感器化學氣體傳感器生物傳感器2. 按轉換原理分類從傳感器的轉換原理來說， 通常分為結構型、 物性型兩大類。 結構型傳感器是利用機械構件（如金屬膜片等）在動力場或電磁場的作用下產生變形或位移，將外界被測參數轉換成相應的電阻、電感、電容等物理量，它是利用物理學運動定律或電磁定律實現轉換的。 物性型傳感

3、器是利用材料的固態物理特性及其各種物理、化學效應（即物質定律， 如虎克定律、歐姆定律等）實現非電量的轉換。它是以半導體、電介質、鐵電體等作為敏感材料的固態器件。 金屬膜片3. 按能量轉換的方式分類按轉換元件的能量轉換方式，傳感器可分為有源型和無源型兩類。有源型也稱能量轉換型或發電型，它把非電量直接變成電壓量、 電流量、電荷量等(如磁電式、壓電式、光電池、熱電偶等)；無源型也稱能量控制型或參數型， 它把非電量變成電阻、 電容、 電感等量。 4. 按輸出信號的形式分類按輸出信號的形式， 傳感器可分為開關式、模擬式和數字式。 5. 按輸入和輸出的特性分類按輸入、 輸出特性， 傳感器可分為線性和非線性

4、兩類。 3.2 結構型傳感器 3.2.1 電阻式傳感器 1. 電阻式傳感器原理 金屬體都有一定的電阻， 電阻值因金屬的種類而異。 同樣的材料， 越細或越薄，則電阻值越大。當加有外力時， 金屬若變細變長，則阻值增加； 若變粗變短，則阻值減小。 如果發生應變的物體上安裝有（通常是粘貼）金屬電阻， 當物體伸縮時，金屬體也按某一比例發生伸縮，因而電阻值產生相應的變化。 設有一根長度為l，截面積為A，電阻率為的金屬絲，則它的電阻值R可用下式表示： （3-1） 從上式可見，若導體的三個參數（電阻率、長度和截面積）中的一個或數個發生變化，則電阻值隨著變化，因此可利用此原理來構成傳感器。例如，若改變長度l，則

5、可形成電位器式傳感器；改變l、A和則可做成電阻應變片；改變，則可形成熱敏電阻、光導性光檢測器等。 2.電位器式傳感器電位器式傳感器通過滑動觸點把位移轉換為電阻絲的長度變化，從而改變電阻值大小，進而再將這種變化值轉換成電壓或電流的變化值。電位器式傳感器分為線繞式和非線繞式兩大類。線繞電位器是最基本的電位器式傳感器；非線繞式電阻傳感器則是在線繞電位器的基礎上，在電阻元件的形式和工作方式上有所發展，包括薄膜電位器、導電塑料電位器和光電電位器等。電位器式傳感器圖3-1線繞電位器式傳感器原理圖 工作時，在電阻元件的兩端，即Ui端加上固定的直流工作電壓，從Uo端就有電壓輸出，并且，這個輸出電壓的大小與電刷

6、所處的位置相關。當電刷臂隨著被測量產生位移x時，輸出電壓也發生相應的變化，這是精密電位器的基本工作原理。易見 （3-2） 圖3-2線繞電位器式傳感器的組成 (a)直線位移型；(b)角位移型；(c)非線性型 3.電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器由彈性敏感元件和電阻應變片組成。當彈性敏感元件受到被測量作用時，將產生位移、應力和應變，則粘貼在彈性敏感元件上的電阻應變片將應變轉換成電阻的變化。這樣，通過測量電阻應變片的電阻值變化，從而確定被測量的大小。電阻應變式傳感器是應用最廣泛的傳感器之一，它可用于不同的彈性敏感元件形式，構成測量位移、加速度、壓力等各種參數的電阻應變式傳感器。它的主要優點是：（1）

7、由于電阻應變片尺寸小、重量輕，因而具有良好的動態特性。而且應變片粘貼在試件上對其工作狀態和應力分布基本上沒有影響，適用于靜態和動態測量； （2）測量應變的靈敏度和精度高，可測量12m應變，誤差小于1%2%；（3）測量范圍上，既可測量彈性變形，也可測量塑性變形，變形范圍從1%20%；（4）能適應各種環境，可在高（低）溫、超低壓、高壓、水下、強磁場以及輻射和化學腐蝕等惡劣環境下使用。電阻應變式傳感器缺點是輸出信號微弱，在大應變狀態下具有較明顯的非線性等。 1）工作原理及結構參數電阻應變片的工作原理如圖3-3所示。它是基于導體和半導體材料的“電阻應變效應”和“壓阻效應”。電阻應變效應是指電阻材料的電

8、阻值隨機械變形而變化的物理現象；壓阻效應是指電阻材料受到載荷作用而產生應力時，其電阻率發生變化的物理現象。下面以單根電阻絲為例說明電阻應變片的工作原理。 圖3-3電阻應變片原理圖 設電阻絲的長度為l，截面積為A，電阻率為，其初始電阻值為當電阻絲受到拉伸或壓縮時，其幾何尺寸和電阻值同時發生變化，對式兩邊取對數后再微分，即可求得電阻的相對變化為 （3-3） 上式中:R為電阻值（）；l為電阻絲的長度（m）；A為電阻絲的截面積（mm2）；為電阻絲的電阻率（mm2/m）。如果對整條電阻絲長度作用均勻應力，由于l、A、的變化而引起電阻的變化，可通過對式（3-3）的全微分求得 （3-4） 相對變化量 （3-

9、5） 假設電阻絲是圓截面，則A2r，其中r為電阻絲的半徑，微分后可得： 則 （3-6） 令電阻絲軸向相對伸長，即軸向應變為 電阻絲徑向相對伸長，即徑向應變為dr/r，由材料力學獲知，在彈性范圍內，金屬絲沿長度方向伸長或縮短時，軸向應變和徑向應變的關系如下: （3-7） 式中:為金屬材料的泊松系數，即徑向應變和軸向應變的比例系數。負號表示方向相反，所以 經整理后得 （3-8） 定義金屬絲的靈敏系數為 （3-9） 它的物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化。可知，受兩個因素影響，一個是受力后材料的幾何尺寸變化所引起的，即（1+2）項；另一個是受力后材料的電阻率發生變化而引起，即d/項。對于確定的材

10、料，（1+2）項是常數，其數值約為12之間，并且由實驗證明d/也是一個常數，因此靈敏系數k為常數，則得 （3-10） 上式表示金屬電阻絲的電阻相對變化與軸向應變成正比。 導體或半導體材料在外界作用下（如壓力等）產生機械變形，其阻值將發生變化，這種現象稱為“應變效應”。把依據這種效應制成的應變片粘貼于被測材料上，則被測材料受外界作用所產生的應變就會傳送到應變片上，從而使應變片上電阻絲的阻值發生變化，通過測量阻值的變化量，就可反映出外界作用的大小。 2）電阻應變片的分類和結構.電阻應變片的分類電阻應變片的種類繁多，分類方法也各異。按所選用的敏感材料可分為：金屬應變片和半導體應變片。按敏感柵結構可分

11、為：單軸應變片和多軸應變片。按基底材料可分為：紙質應變片、膠基應變片、金屬基底應變片、浸膠基應變片。按制柵工藝可分為：絲繞式應變片、短接式應變片、箔式應變片、薄膜式應變片。按使用溫度可分為：低溫應變片(-30以下)、常溫應變片(-3060)、中溫應變片（60350）、高溫應變片（350以上）。 按安裝方式可分為：粘貼式應變片、焊接式應變片、噴涂式應變片、埋入式應變片。按用途可分為：一般用途應變片、特殊用途應變片（水、疲勞壽命、抗磁感應、裂縫擴展等）。按制造工藝可分為：體型半導體應變片、擴散（含外延）型半導體應變片、薄膜型半導體應變片、N-P元件半導體型應變片。 .電阻應變片的結構電阻應變片(簡

12、稱應變片）的種類繁多，但基本構造大體相同，都是由敏感柵、基底、覆蓋層、引線和粘合劑構成，如圖3-4所示。 圖3-4電阻應變片的基本結構 3.2.2電容式傳感器1.電容式傳感器的工作原理和結構電容式傳感器常用的是平板電容器和圓筒形電容器。1）平板電容器平板電容器由兩個金屬平行板組成，通常以空氣為介質，如圖3-6所示。 圖3-6平行板電容器 在忽略邊緣效應時，平行板電容器的電容為 （3-18） (3-19) 式中:C電容量（F）；0真空介電常數；r極板間介質的相對介電常數；A極板的有效面積（m2）；d兩平行極板間的距離（m）。 2)圓筒形電容器圓筒形電容器由內外兩個金屬圓筒組成，設動極筒的外半徑為

13、r，定極筒的內半徑為R，動極筒伸進定極筒的長度為l，如圖3-7所示。則圓筒形電容器的電容為 （3-20） 當被測非電量使得式（3-18）中的A、d或發生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數不變而僅僅改變另一個參數，就可把被測參數的變化轉換為電容量的變化。因此，電容量變化的大小與被測參數的大小成比例。這樣，電容式傳感器可依此劃分為三種類型，即變間隙型（d變化）、變面積型（A變化）和變介質型（變化）。 圖3-7圓筒形電容器2.變極距型電容傳感器變極距型電容傳感器如圖3-8所示，它有一個固定極板和可動極板，其間為空氣介質。當傳感器的0和A為常數、初始極距為d時，其初始電容量為 （3-21

14、） 一般地，取C=20300pF，d=0.0251mm。 圖3-8變極距型電容傳感器 (a)移動型；(b)感應型；(c)差動型 當動極板因被測量變化而向上移動使d減小d時，電容量增大C，則有 等式兩邊同時除以C，有 （3-22） 如果滿足d/d1時，則式（3-22）可用泰勒級數展開成 （3-23） 略去高次非線性項，則可得近似線性關系和靈敏度Kc，其關系式分別為 （3-24） （3-25） 圖3-9變極距型電容傳感器的特性曲線 Kc稱為電容傳感器的靈敏系數。其物理意義是單位位移引起電容量相對變化的大小。其輸出特性曲線如圖3-9所示。如果考慮式（3-23）的前兩項，則 （3-26） 其非線性誤差

15、為 （3-27） 此部分內容為了解 4.電容式傳感器測量電路 電容式傳感器將被測量轉換成電容量的變化，但由于電容及其變化量均很小（pF級），因此必須借助測量電路檢測出這一微小電容及增量，并將其轉換成電壓、電流或頻率，以便于顯示、記錄或傳輸。電容式傳感器的測量電路種類很多，除前面介紹的電橋電路外，還可采用運算放大器電路、調頻電路和差動脈沖寬度調制電路等。 1）運算放大器電路為克服電容式傳感器極距的變化呈非線性關系缺點，最方便、簡單的辦法就是把變極距型電容傳感器作為比例運算放大器的反饋環節，如圖3-12所示。圖中，運算放大器的輸入端為電容C0，其反饋環節為變極距式電容傳感器Cx，亦為電容，根據比例

16、放大的運算關系 （3-35） 故可得 （3-36） 上式表明，若激勵電壓Ui與輸入電容C0保持不變，則輸出電壓Uo與極距成線性關系。此電路常用于位移測量傳感器。 3.2.3電感式傳感器電感式傳感器有如下幾個特點：（）結構簡單，無活動電觸點，工作可靠，壽命較長；（）靈敏度和分辨率高，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數百毫伏的輸出；（）線性度和重復性比較好，在一定位移（如幾十微米至幾毫米）內，傳感器非線性誤差可做到0.050.1，并且穩定性好。 1.自感式電感傳感器1）自感式電感傳感器原理自感式電感傳感器主要用來測量位移或者是可以轉換成位移的被測量，如振動、厚度、壓力、流量等。工作時，銜鐵通過測桿與

17、被測物體相接觸，被測物體的位移將引起線圈電感量的變化，當傳感器線圈接入測量轉換電路后，電感的變化將被轉換成電壓、電流或頻率的變化，從而完成非電量到電量的轉換。 由電工知識可知，線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產生的磁鏈數，即線圈的自感系數L=/I=N/I（H）。=N為磁鏈，為磁通（I為流過線圈的電流，N為線圈匝數。根據磁路歐姆定律：=NIS/l，為磁導率，S為磁路截面積，l為磁路總長度。令Rm=l/S為磁路的磁阻，可得線圈的電感量為 （3-41） 磁路的總長度包括鐵芯長度li1、銜鐵長度li2和兩個空氣間隙l0的長度。因鐵芯和銜鐵均為導磁材料，磁阻可忽略不計，則式（3-41）可改寫為 （3

18、-42） 2）變氣隙長度式電感傳感器變氣隙長度式電感傳感器的結構如圖3-17（a）所示。由式（3-41）可知，若S為常數，則L=f（l），即電感L是氣隙厚度l的函數，故稱這種傳感器為變氣隙截面式電感傳感器。由于電感量L與氣隙厚度l成反比，故輸入/輸出是非線性關系，輸出特性如圖3-18（a）所示。 圖3-17自感式電感傳感器結構示意圖（a）變氣隙長度式;（b）變氣隙截面式;（c）螺管式 圖3-18電感式傳感器的輸出特性（a）變氣隙長度式輸出特性；（b）變氣隙截面式輸出特性 可見，l越小，靈敏度越高。為提高靈敏度，保證一定的線性度，變這種傳感器適用于較小位移的測量，測量范圍約在0.0011mm左右

19、。由于行程小，而且銜鐵在運行方向上受鐵芯限制，制造裝配困難，所以近年來較少使用該類傳感器。 3）變氣隙截面式電感傳感器變氣隙截面式電感傳感器的結構如圖3-17（b）所示。由式（3-41）可知，若保持氣隙厚度l為常數，則L=f（S），即電感L是氣隙截面積S的函數，故稱這種傳感器為變截面式電感傳感器。但是，由于漏感等原因，變截面式電感傳感器在S=0時，仍有一定的電感，所以其線性區較小，為了提高靈敏度，常將l做得很小。變截面式傳感器靈敏度比變間隙型小，但線性較好，量程也比變間隙式大，使用比較廣泛。輸出特性如圖圖3-18（b）所示。 4）螺管式電感傳感器螺管式電感傳感器的結構如圖3-17（c）所示。螺

20、管型電感式傳感器結構由一柱型銜鐵插入螺管圈內構成。其銜鐵隨被測對象移動，線圈磁力線路徑上的磁阻發生變化，線圈電感量也因此而變化。線圈電感量的大小與銜鐵插入深度有關。理論上，電感相對變化量與銜鐵位移相對變化量成正比，但由于線圈內磁場強度沿軸線分布不均勻。所以實際上它的輸出仍有非線性。設線圈長度為l、線圈的平均半徑為r、線圈的匝數為n、銜鐵進入線圈的長度為la、銜鐵的半徑為ra、鐵芯的有效磁導率為m，則線圈的電感量L與銜鐵進入線圈的長度la的關系為 （3-43） 由上式可知，螺管型電感式傳感器的靈敏度較低，但由于其量程大且結構簡單，易于制作和批量生產，因此它是使用最廣泛的一種電感式傳感器。 5）差

21、動電感傳感器以上三種類型的傳感器，由于線圈中流過負載的電流不等于零，存在起始電流，非線性較大，而且有電磁吸力作用于活動銜鐵；易受外界干擾的影響，如電源電壓和頻率的波動、溫度變化等都將使輸出產生誤差，所以不適用于精密測量，只用在一些繼電信號裝置。在實際應用中，廣泛采用的是將兩個電感式傳感器組合在一起，形成差動式傳感器。 圖3-19差動E型自感傳感器結構原理 2.互感式電感傳感器互感式電感傳感器是利用線圈的互感作用將位移轉換成感應電勢的變化。互感式電感傳感器實際上是一個具有可動鐵芯和兩個次級線圈的變壓器。變壓器初級線圈接入交流電源時，次級線圈因互感作用產生感應電動勢，當互感變化時，輸出電勢亦發生變

22、化。由于它的兩個次級線圈常接成差動的形式，故又稱為差動變壓器式電感傳感器，簡稱差動變壓器。差動變壓器的結構形式較多，下面介紹目前廣泛采用的螺管式差動變壓器。 1）工作原理螺管式差動變壓器主要由線圈框架A、繞在框架上的一組初級線圈W和兩個完全相同的次級線圈W1、2及插入線圈中心的圓柱形鐵芯B組成，如圖3-20（a）所示。 圖3-20差動變壓器（a）結構原理;（b）等效電路;(c）輸出特性 當初級線圈W加上一定的交流電壓時，次級線圈W1和W2由于電磁感應分別產生感應電勢e1和e2，其大小與鐵芯在線圈中的位置有關。把感應電勢e1和e2反極性串聯，則輸出電勢為 次級線圈產生的感應電勢為 （3-44）

23、式中:M初級線圈與次級線圈之間的互感；i流過初級線圈的激磁電流。 以上分析表明，差動變壓器輸出電壓的大小反映了鐵芯位移的大小，輸出電壓的極性反映了鐵芯運動的方向。從特性曲線看出，差動變壓器輸出特性的非線性得到很大的改善。實際上，當鐵芯位于中間位置時，差動變壓器輸出電壓eo并不等于零，把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓。零點殘余電壓產生的原因主要是傳感器在制作時兩個次級線圈的電氣參數與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的，零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下。在實際應用時，應設法減小零點殘余電壓，否則將會影響傳感器的測量結果。 2）測量電路差動變壓器的輸出是一個調幅波，且存在

24、一定的零點殘余電壓，因此為了判別鐵芯移動的大小和方向，必須進行解調和濾波。另外，為消除零點殘余電壓的影響，差動變壓器的后接電路常采用差動整流電路和相敏檢波電路。差動整流電路就是把差動變壓器的兩個次級線圈的感應電動勢分別整流，然后將整流后的兩個電壓或電流的差值作為輸出。現以電壓輸出型全波差動整流電路為例來說明其工作原理，電路連接如圖3-21（a）所示。 圖3-21差動變壓器測量電路及波形（a）電路圖;（b）波形圖 由圖3-21（a）可見，無論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓極性如何，流過兩個電阻R的電流總是從a到b，從d到c，故整流電路的輸出電壓 （3-45） 其波形圖如圖3-21（b）所示，當鐵芯在

25、零位時，uo=0，鐵芯在零位以上或零位以下時，輸出電壓的極性相反，于是零點殘余電壓會自動抵消。差動變壓器具有測量精度高、線性范圍大（100mm）、靈敏度高、穩定性好和結構簡單等優點，被廣泛用于直線位移的測量。 3.2.4磁電式傳感器1.磁電感應式傳感器磁電感應式傳感器是利用導體和磁場發生相對運動而在導體兩端輸出感應電動勢，是一種機-電能量轉換型傳感器，不需要供電電源，電路簡單，性能穩定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率范圍（一般為101000Hz），適應于振動、轉速、扭矩等測量。根據法拉第電磁感應定律，N匝線圈在磁場中作切割磁力線運動或穿過線圈的磁通量變化時，線圈中產生的感應電動勢e與磁通的變化率

26、有如下關系： （3-46） 在電磁感應現象中，磁通量的變化是關鍵。進入線圈的磁通量越大，d也越大，如果相對運動速度越快，即v或越大，相當于dt越小，就越大。感應電動勢e還與線圈匝數N成正比。不同類型的磁電感應式傳感器，實現磁通量變化的方法不同，有恒磁通的動圈式與動鐵式磁電感應式傳感器，有變磁通的（變磁阻）的開磁路式或閉磁路式磁電感應式傳感器。 磁電感應式傳感器的直接應用是測量線速度v和角速度，如圖3-22所示。其中圖（a）為測線速度v，圖（b）為測角速度。當線圈垂直于磁場方向運動時，磁電式傳感器是利用電磁感應原理，將輸入量轉換成線圈中的感應電勢輸出的一種傳感器。由于不需要輔助電源，所以是一種有

27、源傳感器，也被稱為感應式傳感器或電動式傳感器。 圖3-22磁電感應式傳感器 若線圈在恒定磁場中作直線運動，并切割磁力線時，則線圈兩端產生的感應電勢e為 （3-47） 式中：B磁場的磁感應強度；x線圈與磁場相對運動的位移；線圈與磁場相對運動的速度；線圈運動方向與磁場方向之間的夾角；N線圈的有效匝數；l每匝線圈的平均長度。 當90（線圈垂直切割磁力線）時，式（3-47）可寫成 若線圈相對磁場作旋轉運動切割磁力線，則線圈的感應電勢為 （3-49） （3-48） 式中：旋轉運動的相對角速度，；S每匝線圈的截面積；線圈平面的法線方向與磁場方向的夾角。 當時，式（3-49）可寫成 （3-50） 由式（3-

28、48）和式（3-50）可知，當傳感器的結構確定后，B、S、N、l均為定值，因此，感應電勢與相對速度（或）成正比。從磁電感應式傳感器的工作原理可知，它只適宜于動態測量。如果在其測量電路中接入積分電路，輸出的感應電勢就會與位移成正比；如果接入微分電路，輸出的感應電勢就與加速度成正比。因此，磁電感應式傳感器還可用來測位移和加速度。 2.變磁阻式磁電式傳感器1）開磁路變磁阻式轉速傳感器傳感器由永久磁鐵、感應線圈、軟鐵、齒輪組成，如圖3-23所示。齒輪安裝在被測轉軸上，與轉軸一起旋轉。當齒輪旋轉時，由齒輪的凹凸引起磁阻變化，以使磁通發生變化，因而在線圈中感應出交變電勢，其頻率等于齒輪的齒數z和轉速n的乘

29、積，即 （3-51） 式中：z齒輪的齒數；n被測軸轉速(rpm)；f感應電勢頻率(-1)。 圖3-23開磁路變磁阻式轉速傳感器 2）閉磁路變磁阻式轉速傳感器閉磁路變磁阻式轉速傳感器的結構如圖3-24所示。它是由安裝在轉軸上的內齒輪和永久磁鐵、外齒輪及線圈構成的。內、外齒輪的齒數相等。測量時，轉軸與被測軸相連，當旋轉時，內、外齒的相對運動使磁路氣隙發生變化，從而磁阻發生變化，并使貫穿于線圈的磁通量變化，在線圈中感應出電勢。與開磁路相同，也可通過感應電勢頻率測量轉速。 圖3-24閉磁路變磁阻式轉速傳感器 能源與水利學院3.3 物性傳感器 3.3.1壓電式傳感器 某些電介質，當沿著一定方向對其施力而

30、使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態，這種現象稱為壓電效應。當作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。逆向壓電效應是指當某晶體沿一定方向受到電場作用時，相應地在一定的晶軸方向將產生機械變形或機械應力，又稱電致伸縮效應。當外加電場撤去后，晶體內部的應力或變形也隨之消失。 能源與水利學院1.壓電效應石英是典型的壓電晶體，其化學成分是二氧化硅（SiO2），壓電系數較低，d112.310-12C/N。它的壓電效應在幾百度的溫度范圍內不隨溫度而變化，但到573時，完全喪失壓電性質，這是它的居里點。石英具有很大的機械強度，在研磨質量好時，

31、可以承受7001000Ncm2的壓力，并且機械性質也較穩定。 能源與水利學院圖3-25石英晶體的理想外形及坐標系 光軸電軸機械軸縱向壓電效應橫向壓電效應不產生壓電效應能源與水利學院圖3-26壓電效應原理圖 能源與水利學院當壓電晶片受到沿x軸方向的力Fx時，就在與x軸垂直的平面上產生電荷Qx為 （3-52） 式中：d11為壓電系數，而石英晶體d112.310-12C/N。若在同一壓電晶片上的作用力是沿y軸方向，電荷仍在與x軸垂直的平面上出現，電荷大小為 （3-53） 能源與水利學院2.壓電材料1）壓電晶體石英是典型的壓電晶體，其化學成分是二氧化硅（SiO2），壓電系數較低，d112.31012C

32、N。它在幾百度的溫度范圍內不隨溫度而變，但到573時，完全喪失壓電性質，這是它的居里點。石英具有很大的機械強度，在研磨質量好時，可以承受7001000kgmm2的壓力，并且機械性質也較穩定。除天然石英和人造石英晶體外，近年來鈮酸鋰LiNbO3、鉭酸鋰LiTaO3、鍺酸鋰LiGeO3等許多壓電單晶在傳感技術中也獲得廣泛應用。 能源與水利學院具有壓電效應的材料能源與水利學院2）多晶壓電陶瓷多晶壓電陶瓷是一種經極化處理后的人工多晶體，主要有極化的鐵電陶瓷（鈦酸鋇）、鋯鈦酸鉛等。鈦酸鋇是使用最早的壓電陶瓷，它具有較高的壓電常數，約為石英晶體的50倍。但它的居里點低，約為120，機械強度和溫度穩定性都不

33、如石英晶體。鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT），隨配方和摻雜的變化可獲得不同的性能。它的壓電常數很高，約為（200500）10-12，居里點約為310，溫度穩定性比較好，是目前使用最多的壓電陶瓷。由于壓電陶瓷的壓電常數大，靈敏度高，價格低廉，在一般情況下，都采用它作為壓電式傳感器的壓電元件。 能源與水利學院多晶壓電陶瓷能源與水利學院3）新型壓電材料新型壓電材料主要有有機壓電薄膜和壓電半導體等。有機壓電薄膜是由某些高分子聚合物，經延展拉伸和電場極化后形成的具有壓電特性的薄膜，如聚仿氟乙烯、聚氟乙烯等。有機壓電薄膜具有柔軟、不易破碎、面積大等優點，可制成大面積陣列傳感器和機器人觸覺傳感器。能源與水利學

34、院3.壓電傳感器等效電路當壓電晶片受力時，在它的兩個電極上會產生極性相反、電量相等的電荷。這樣可以把壓電傳感器看成一個靜電發生器。兩個極板上聚集電荷，中間為絕緣體，它又可以看成一個電容器，如圖3-27（a）所示。其電容量為 （3-54） 式中：S極板面積；d壓電晶片厚度；介質介電常數； 能源與水利學院0真空介電常數（0=8.8510-12F/m）；r壓電材料的相對介電常數（石英晶體為4.85）。由于電容器上的開路電壓Ua電荷量Q與電容Ca三者之間存在以下關系： 可見壓電式傳感器可以等效為一個電壓源Ua和一個電容Ca的串聯電路，如圖3-27（b）所示。也可以等效為一個電流源I和一個電容Ca的并聯

35、電路，如圖3-27（c）所示。 能源與水利學院圖3-27壓電傳感器（a）壓電元件;（b）電壓等效電路;（c）電荷等效電路 能源與水利學院由等效電路可知，只有在外電路負載無窮大，內部信號電荷無“漏損”時，壓電傳感器受力后產生的電壓或電荷才能長期保存下來。但事實上，傳感器內部不可能沒有泄漏，外電路負載也不可能無窮大，只有外力以較高頻率不斷地作用，傳感器的電荷能得以補充時才適于使用，因此壓電晶片不適合于靜態測量。 能源與水利學院3.3.2半導體敏感元件1.半導體熱敏電阻1）分類及特性半導體熱敏電阻按半導體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型，即負電阻溫度系數熱敏電阻（NTC）、正電阻溫度系數熱敏電阻

36、（PTC）和在某一特性溫度下電阻值會發生突變的臨界溫度電阻（CTR）。它們的特性曲線如圖3-32所示。由圖可見，使用CTR組成熱控制開關是十分理想的，但在溫度測量中，則主要采用NTC，其溫度特性如下式所示 （3-61） 能源與水利學院圖3-32三種類型熱敏電阻的典型特性能源與水利學院若定義熱敏電阻的溫度系數為 （3-62） 則由式(361)有 能源與水利學院2）使用時的注意事項.熱敏電阻溫度特性的非線性由式3-61可知，熱敏電阻隨溫度變化呈指數規律，也就是說，其非線性是十分嚴重的。當需要進行線性轉換時，就應考慮其線性化處理。常用的線性化方法如下：(1)線性化網絡。利用包含有熱敏電阻的電阻網絡（

37、常稱線性化網絡）來代替單個的熱敏電阻。 能源與水利學院圖3-33溫度-頻率轉換電路 能源與水利學院(2)利用電子裝置中其他部件的特性進行綜合修正。圖3-33是一個溫度-頻率轉換電路。它實際是一個三角波-方波變換器，電容C的充電特性是非線性特性。適當地選取線路中的電阻r和R加上Rt可以在一定的溫度范圍內，得到近似于線性的溫度-頻率轉換特性。 （3-63） 能源與水利學院(3)計算修正法。.熱敏電阻器特性的穩定性和老化問題現在已研制出精度優于熱電偶，并具有互換性的熱敏電阻，而且還能制造出300以下可忽略老化影響的產品。但不同廠家產品質量差異還比較大，使用時仍應認真選擇。一般地說，正溫度系數熱敏電阻

38、器和臨界溫度熱敏電阻器特性的均勻性要差于負溫度系數熱敏電阻器。在輻射熱檢測器中，人們采用薄膜式金屬電阻和熱敏電阻薄膜，構成熱量型檢測器，將輻射熱轉換成電阻的變化。 能源與水利學院3）應用舉例電動機過熱保護裝置組成電路原理如圖3-34所示。把三只特性相同的負溫度系數熱敏電阻（如RRC6型，經過測試，阻值在20時為10k；100時為1k；110時為0.6k)放置在電動機內繞組旁，緊靠繞組，每相各放置一只，用萬能膠固定。當電動機正常運轉時，溫度較低，熱敏電阻阻值較高，三極管V1截止，繼電器K不動作。當電動機過負荷，或斷相，或一相通地時，電動機溫度急劇上升，熱敏電阻阻值急劇減小，小到一定值，使三極管V

39、1完全導通，繼電器K動作，使S閉合，紅燈亮，起到報警保護作用。 能源與水利學院圖3-34電動機過熱保護裝置組成電路原理 能源與水利學院 2.氣敏電阻 氣敏電阻是由金屬氧化物燒結而成的半導體電阻元件，當環境中氣體的成分或濃度發生變化時，導致氣敏電阻的阻值發生變化，其變化范圍在103105數量級之間。氣敏電阻半導體材料亦分為N型半導體與P型半導體兩種。N型材料如SnO2、ZnO、CdO、W2O3、Mn02、ThO2、TiO2等；P型材料如MoO2、NiO、CoO、Cu2O、Cr2O3等，均為金屬氧化物。 能源與水利學院圖3-35氣敏電阻 可燃性氣體： 遇見N型材料時，內阻減小； 遇見P型材料時，內

40、阻增加。能源與水利學院圖3-36氣敏傳感器在各種氣體濃度q下電路輸出電壓U的曲線 能源與水利學院車用酒精氣體報警器能源與水利學院光電報警器光電傳感器能源與水利學院3.3.3光電傳感器1.光的特性（1）光的電磁說。光是一種電磁波，由電磁理論可知，光是電磁波譜中的一員，不同波長光的分布如圖3-27所示。這些光的頻率（波長）各不相同，但都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等特性。可見光只是電磁波譜中的一小部分，波長在380780nm之間，紅光頻率最低，紫光頻率最高。光的頻率越高，攜帶的能量越大。 能源與水利學院圖3-37電磁波頻譜圖 X射線無線電波能源與水利學院（2）光的量子說。光是一種帶有能量

41、的粒子（稱為光子）所形成的粒子流。由光的粒子說可知，光又是由具有一定能量、動量和質量的粒子所組成，這種粒子稱為光子。（3-64） 式中：h為普朗克常數，h =6.626 10-34Js；v為光子的頻率（s-1）；c為光速，c=3108m/s；為光的波長（m）。能源與水利學院1）外光電效應在光的作用下，物體內的電子逸出物體表面、向外發射的現象叫外光電效應。物體中的電子吸收的入射光子能量若足以克服逸出功，電子就逸出物體表面，產生光電發射。如果逸出電子的能量為mv2/2，m為電子質量，v為逸出速度。則有 （3-65） 式（3-65）稱為愛因斯坦光電效應方程式，為逸出功。可見,只有當光子能量大于逸出功

42、，即h時，才有電子發射出來;當光子的能量等于逸出功，即h時，逸出的電子初速度為零，此時光子的頻率為該物質產生外光電效應的最低頻率，稱為紅限頻率。 能源與水利學院2）光電導效應在光的作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，引起物體電阻率的變化，這種現象稱為光電導效應。由于這里沒有電子從物體向外發射，僅改變物體內部的電阻或電導，與外光電效應對照，有時也稱為內光電效應。光電導效應是由于在光線的照射下，半導體中的原子受激發成為自由電子或空穴，它們參加導電使半導體的電導率增加了。與外光電效應一樣，要產生光電導效應，也要受到紅限頻率限制。利用光電導效應可制成半導體光敏電阻。 能源與水利學院3）光

43、生伏特效應在光的作用下，能夠使物體內部產生一定方向的電動勢的現象叫光生伏特效應。利用光生伏特效應制成的光電器件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等。 價電子吸收能量能源與水利學院2.光電器件的基本特性各種光電器件的基本特性包括以下幾方面。1）光電流光敏元件的兩端加上一定偏置電壓后，在某種光源的特定照度下產生或增加的電流稱為光電流。 有光照！能源與水利學院2）暗電流光敏元件在無光照時，兩端加電壓后產生的電流稱為暗電流。暗電流在電路設計中被認為是一種噪聲電流。在高照度情況下，由于光電流與暗電流的比值大，還不會產生問題；但在低照度時，因光電流與暗電流的比值較小，如果電路各級間沒有耦合電容隔斷直流電流，

44、則容易使線路產生誤動作。因此，暗電流對測量微弱光強及精密測量的影響很大。在選擇時，應選擇暗電流小的光電器件。 無光照！能源與水利學院3）光照特性當光敏元件加一定電壓時，光電流與光敏元件上光照度之間的關系，稱為光照特性。一般可表示為I=f(E)。4）光譜特性當光敏元件加一定電壓時，如果照射在光敏元件上的是一單色光，且入射光功率不變，光電流隨入射光波長變化而變化的關系，稱為光譜特性。光譜特性對選擇光電器件和光源有重要意義。當光電器件的光譜特性與光源的光譜分布協調一致時，光電傳感器的性能較好，效率也高。在檢測中，應選擇最大靈敏度在需要測量的光譜范圍內的光敏元件，才有可能獲得最高靈敏度。能源與水利學院

45、5）伏安特性在一定照度下，光電流與光敏元件兩端的電壓的關系I=f(U)稱為伏安特性。同晶體管的伏安特性一樣，光敏元件的伏安特性可以用來確定光敏元件的負載電阻，設計應用電路。6）頻率特性在相同的電壓和相同幅值的光強度下，當入射光受不同的正弦交變頻率調制時，光敏元件輸出的光電流和靈敏度隨調制頻率變化的關系I=f1(f)，K=f2(f)稱為頻率特性。 能源與水利學院7）溫度特性環境溫度變化后，光敏元件的光學性質也將隨之改變，這種現象稱為溫度特性。溫度升高時，電子熱運動增強，引起光敏元件的光電流及光譜特性等變化。溫度超過一定值時，光電器件的性質會有顯著地改變。光電器件都有極限工作條件，正常使用時都不允

46、許超過這些指標，否則會影響光電器件的正常工作，甚至使器件損壞。通常各種光電器件都規定了工作電壓、工作電流、工作溫度等的允許范圍，使用時要注意。 能源與水利學院3.光電管）結構和工作原理典型的光電管有真空光電管和充氣光電管兩類，兩者結構相似，圖3-38（a）所示為光電管的結構示意圖，它由一個陰極和一個陽極構成，它們一起裝在一個被抽成真空的玻璃泡內，陰極裝在光電管玻璃泡內壁或特殊的薄片上，光線通過玻璃泡的透明部分投射到陰極。要求陰極鍍有光電發射材料，并有足夠的面積來接受光的照射。陽極要既能有效地收集陰極所發射的電子，而又不妨礙光線照到陰極上，因此是用一細長的金屬絲彎成圓形或矩形制成，放在玻璃管的中

47、心。 能源與水利學院光電管的連接電路圖如圖3-38（b）所示。光電管的陰極K和電源的負極相連，陽極A通過負載電阻RL接電源正極，當陰極受到光線照射時，電子從陰極逸出，在電場作用下被陽極收集，形成光電流I，該電流及負載電阻RL上的電壓將隨光照的強弱而改變，達到把光信號變化轉換為電信號變化的目的。 圖3-38光電管結構示意圖和連接電路 充氣光電管的結構基本與真空光電管相同，只是管內充以少量的惰性氣體，如氖氣等。當光電管陰極被光線照射產生電子后，在趨向陽極的過程中，由于電子對氣體分子的撞擊，將使惰性氣體分子電離，從而得到正離子和更多的自由電子，使電流增加，提高了光電管的靈敏度。但充氣光電管的頻率特性

48、較差，溫度影響大，伏安特性為非線性等，所以在自動檢測儀表中多采用真空光電管。 ）主要特性.光電管的伏安特性在一定的光照下，對光電管陰極所加電壓與陽極所產生的電流之間的關系稱為光電管的伏安特性。真空光電管和充氣光電管的伏安特性分別如圖3-39（a）、（b）所示，它們是光電傳感器的主要參數依據，充氣光電管的靈敏度更高。 圖3-39光電管的伏安特性（a）真空光電管;（b）充氣光電管 .光電管的光照特性當光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時，光通量與光電流之間的關系稱為光照特性。圖3-40為光電管的光照特性，曲線1是氧銫陰極光電管的特性，光電流I與光通量呈線性關系；曲線2是銻銫陰極光電管的光照特性，呈

49、非線性關系。光照特性曲線的斜率（光電流與入射光光通量之比）稱為光電管的靈敏度。 圖3-40光電管的光照特性 圖3-41光電管的光譜特性 .光電管的光譜特性一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率0，因此，它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率0，并且強度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發射的光電子的數量還會不同，即同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光電管的光譜特性。所以，對各種不同波長區域的光，應選用不同材料的光電陰極。圖3-41為光電管的光譜特性。國產GD-4型的光電管，陰極是用銻銫材料制成的，其紅限為7000nm，它對可見光

50、范圍的入射光靈敏度比較高，轉換效率可達2530%。 這種管子適用于白光光源，因而被廣泛地應用于各種光電式自動檢測儀表中。對紅外光源，常用銀氧銫陰極，構成紅外傳感器。對紫外光源，常用銻銫陰極和鎂鍋陰極。另外，銻、鉀、鈉、銫陰極的光譜范圍較寬，為30008500nm，靈敏度也較高，與人的視覺光譜特性很接近，是一種新型的光電陰極。但也有些光電管的光譜特性和人的視覺光譜特性有很大差異，因而在測量和控制技術中，這些光電管可以擔負人眼所不能勝任的工作，如坦克和裝甲車的夜視鏡等。 4.光電倍增管當入射光很微弱時，普通光電管產生的光電流很小，只有零點幾個微安，很不容易探測。這時,常用光電倍增管對電流進行放大，

51、圖3-42是光電倍增管的外形和工作原理圖。 圖3-42光電倍增管的外形和工作原理圖 1）光電倍增管的結構光電倍增管由光陰極、次陰極（倍增電極）以及陽極三部分組成。光電倍增管由光電陰極K、倍增電極D以及陽極A組成，倍增電極上涂有電子轟擊下能發射更多電子的材料，其形狀和位置設計得正好使前一級發射的電子繼續轟擊下一級，倍增級多的可達30級，通常為1214級。光陰極是由半導體光電材料銻銫做成，次陰極是在鎳或銅一被的襯底上涂上銻銫材料而形成的。陽極是最后用來收集電子的，它輸出的是電壓脈沖。 2）工作原理光電倍增管除光電陰極外，還有若干個倍增電極。使用時在各個倍增電極上均勻加上電壓。陰極電位最低，從陰極開

52、始，各個倍增電極的電位依次升高，陽極電位最高。同時這些倍增電極用次陰極發射材料制成，這種材料在具有一定能量的電子轟擊下，能夠產生更多的“次級電子”。由于相鄰兩個倍增電極之間有電位差，因此存在加速電場，對電子加速。從陰極發出的光電子，在電場的加速下，打到第一個倍增電極上，引起二次電子發射。每個電子能從這個倍增電極上打出36倍個次級電子；被打出來的次級電子再經過電場的加速后，打在第二個倍增電極上，電子數又增加36倍，如此不斷倍增，陽極最后收集到的電子數將達到陰極發射電子數的105106倍。即光電倍增管的放大倍數可達幾萬倍到幾百萬倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬倍到幾百萬。 3）主要參數.

53、倍增系數M倍增系數M等于各倍增電極的二次電子發射系數i的乘積。如果n個倍增電極的i相等，則，陽極電流I為，式中，i是光電陰極的光電流。光電倍增管的電流放大系數為 （3-66） 倍增系數M與所加電壓有關，一般陽極和陰極之間的電壓為10002500V，兩個相鄰倍增電極的電位差為50100V。 .光電特性圖3-43（a）是光電倍增管的光電特性，當光通量不大時，陽極電流I和光通量之間有良好的線性關系，但當光通量很大時（0.01lm時，出現嚴重的非線性。光電倍增管的光譜特性與相同材料的光電管的光譜特性相似。 圖3-43光電倍增管的特性曲線（a）光電特性；（b）光譜特性；（c）伏安特性 .光譜特性圖3-4

54、3（b）是銻鉀銫光電陰極的光電倍增管的光譜特性。.伏安特性光電倍增管的陽極電流與最后一級倍增極和陽極電壓的關系，稱為光電倍增管的伏安特性。圖3-43（c）為光電倍增管的伏安特性，此時其余各電極的電壓保持恒定。由圖可見，實際照到光電陰極上的光通量愈大，相應地達到飽和時的陽極電流也愈大。使用時，應工作在特性曲線的飽和區。 .靈敏度一個光子在陰極上能夠打出的平均電子數叫做光電陰極的靈敏度。而一個光子在陽極上產生的平均電子數叫光電倍增管的總靈敏度。光電倍增管的靈敏度高，頻率特性好，頻率可達10Hz，甚至更高，但它需要高壓直流電源，價格貴、體積大，經不起機械沖擊。 .暗電流光電倍增管由于環境溫度、熱輻射

55、等因素的影響，即使沒有光信號輸入，加上電壓后仍有電流，這種電流稱為暗電流。光電倍增管的暗電流對于測量微弱的光強和確定管子靈敏度的影響很大，產生暗電流的主要原因是光電陰極和倍增極的熱電子發射，它隨溫度增加而增加。一般在使用光電倍增管時，必須將其放在暗室里避光使用，只對入射光起作用。這種暗電流通常可以用補償電路加以消除。表3-1為常見光電倍增管的特性參數。 表3-1常見光電倍增管的特性參數 5.光敏電阻1）結構和原理光敏電阻又稱為光導管。光敏電阻幾乎都是用半導體材料制成。光敏電阻的結構較簡單，如圖3-44所示。在玻璃底板上均勻地涂上薄薄的一層半導體物質，半導體的兩端裝上金屬電極，使電極與半導體層可

56、靠地電接觸，然后，將它們壓入塑料封裝體內。為了防止周圍介質的污染，在半導體光敏層上覆蓋一層漆膜，漆膜成分的選擇應該使它在光敏層最敏感的波長范圍內透射率最大。如果把光敏電阻連接到外電路中，在外加電壓的作用下，用光照射就能改變電路中電流的大小，如圖3-45所示為接線電路。 圖3-44光敏電阻結構 圖3-45光敏電阻接線電路 半導體的導電能力完全取決于半導體導帶內載流子數目的多少。當光敏電阻受到光照時，若光子能量大于該半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產生空穴，電子空穴對的出現使電阻率變小。光照愈強，光生電子空穴對就越多，阻值就愈低。入射光消失，電子空穴

57、對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值。光敏電阻在受到光的照射時，由于內光電效應使其導電性能增強，電阻R下降，所以流過負載電阻R的電流及其兩端的電壓也隨之變化。光線越強，電流越大。當光照停止時，光電效應消失，電阻恢復原值，因而可將光信號轉換為電信號。 2）光敏電阻種類 光敏電阻是一個純電阻性兩端器件，適用于交、直流電路，因而應用廣泛，種類很多。對光照敏感的半導體光敏元件都可以制成光敏電阻，目前人類已開發應用的光波頻譜范圍為0.1lO21Hz，相應的波長為3109m0.3pm。半導體光敏元件的敏感光波長為納米波，按其最佳工作波長范圍可分為三類。 .對紫外光敏感元件紫外光是指紫外線（波長=10380nm）

58、的內側光波，波長約300-380nm。對這類光敏感的材料有氧化鋅（Zn0）、硫化鋅（ZnS）、硫化鎘（CdS）、硒化鎬（CdSe）等，這類敏感元件適于作、射線檢測及光電控制電路。 .對可見光敏感元件可見光波長范圍約（波長=380760nm），對這類光敏感的材料有硒（Se）、硅（Si）、鍺（Ge）及硫化鉈（TlS）、硫化鎘（CdS）等，尤其是TlS光敏元件，它既適用于可見光，也適用于紅外光。這類敏感元件適用于光電計數、光電耦合、光電控制等場合。.對紅外光敏感元件紅外光是紅外線（波長=760106nm）的內側光波，波長約7606000nm。對這類光敏感的材料有硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PbSe）、

59、銻化銦（InSb）等，這類敏感元件主要用來探測不可見目標。 3）光敏電阻的特性.暗電阻、亮電阻與光電流光敏電阻在未受到光照射時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流;在受到光照射時的電阻稱為亮電阻，此時的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差稱為光電流。一般暗電阻越大，亮電阻越小，光敏電阻的靈敏度越高。光敏電阻的暗電阻的阻值一般在兆歐數量級，亮電阻在幾千歐以下。暗電阻與亮電阻之比一般在102106之間，這個數值是相當可觀的。 .光敏電阻的伏安特性一般光敏電阻如硫化鉛、硫化鉈的伏安特性曲線如圖3-46所示。由曲線可知，所加的電壓越高，光電流越大，而且沒有飽和現象。在給定的電壓下，光電流的數值將隨

60、光照增強而增大。 .光敏電阻的光照特性光敏電阻的光照特性用于描述光電流I和光照強度之間的關系，絕大多數光敏電阻光照特性曲線是非線性的，如圖3-47所示。不同光敏電阻的光照特性是不相同的。光敏電阻不宜作線性測量元件，一般用做開關式的光電轉換器。 圖3-46光敏電阻的伏安特性 圖3-47光敏電阻的光照特性 .光敏電阻的光譜特性幾種常用光敏電阻材料的光譜特性，如圖3-48所示。對于不同波長的光，光敏電阻的靈敏度是不同的。從圖中看出，硫化鎘的峰值在可見光區域，而硫化鉛的峰值在紅外區域。因此，在選用光敏電阻時，應當把元件和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的結果。 .光敏電阻的溫度特性隨著溫度不斷升高