信號(hào)分析與應(yīng)用7

1、長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 信號(hào)分析與應(yīng)用信號(hào)分析與應(yīng)用7 7 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 sinIBKV HH 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流 流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生 電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 1 1 霍爾元件霍爾元件 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示?；魻栐苫魻柶?、四根引線

2、和殼體組成，如圖示。 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 測(cè)轉(zhuǎn)角：測(cè)轉(zhuǎn)角： 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)磁場(chǎng)大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng) 可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢 測(cè)。測(cè)。 3

3、.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 鐵磁材料裂紋檢測(cè)鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器 應(yīng)用應(yīng)用 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 案例：案例：汽車速度測(cè)量汽車速度測(cè)量: 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 2 2 磁電阻元件磁電阻元件 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng) )1 ( )1 ( cos/ 22 0 2 0 2 0 BR R RR

4、 - + l w x 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 特點(diǎn)特點(diǎn) 電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比；電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比； 與磁場(chǎng)的正負(fù)無關(guān)；與磁場(chǎng)的正負(fù)無關(guān)； 溫度系數(shù)影響大；溫度系數(shù)影響大； 磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。 應(yīng)用應(yīng)用 磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3 3 磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類 霍爾元件霍爾元件 磁電阻元件磁電阻元件 磁敏二極管磁敏二極管 磁晶體管磁晶體管 磁半導(dǎo)

5、體開關(guān)磁半導(dǎo)體開關(guān) 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 產(chǎn)品產(chǎn)品 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量 3.7 3.7 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 1.1.雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì) 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起 制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變 化

6、轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化?；D(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 牢固牢固 可靠可靠 防爆防爆 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 熒光燈啟輝器熒光燈啟輝器 零線零線 火線火線 當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電，當(dāng)電路接通，啟輝器兩端極片得電， 擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電），擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電）， 雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形雙金屬片發(fā)熱彎曲而與靜觸板接通形 成閉合電路。電路中電流突然中斷，成閉合電路。電路中電流突然中斷， 使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)比電源電

7、壓高使鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個(gè)比電源電壓高 得多的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，得多的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用在強(qiáng)電場(chǎng)的作用 下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光 放電放電. . 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 熒光燈啟輝器熒光燈啟輝器 啟輝器由玻璃管制成的輝光放電管與小電容器并聯(lián)而成輝光放電管內(nèi)啟輝器由玻璃管制成的輝光放電管與小電容器并聯(lián)而成輝光放電管內(nèi) 有一個(gè)有一個(gè)U形雙金屬片，一個(gè)固定靜止觸極電板，稱為靜觸板或靜觸極，玻形雙金屬片，一個(gè)固定靜止觸極電板，稱為靜觸板或靜觸極，玻 璃管內(nèi)充有氖氣或氬氣，或氖氬混合的惰性氣體。當(dāng)電路接通，啟

8、輝器兩璃管內(nèi)充有氖氣或氬氣，或氖氬混合的惰性氣體。當(dāng)電路接通，啟輝器兩 端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電過程），雙金屬片發(fā)熱彎曲端極片得電，擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電過程），雙金屬片發(fā)熱彎曲 而與靜觸板接通形成閉合電路。此時(shí)電流直接經(jīng)過雙金屬片與靜觸板流通，而與靜觸板接通形成閉合電路。此時(shí)電流直接經(jīng)過雙金屬片與靜觸板流通， 惰性氣體失去作用而不放電，雙金屬片開始冷卻，經(jīng)過惰性氣體失去作用而不放電，雙金屬片開始冷卻，經(jīng)過18秒的時(shí)間，雙秒的時(shí)間，雙 金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。金屬片收縮回原來狀態(tài)，啟輝器停止工作。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 2. 2. 熱電溫

9、度計(jì)熱電溫度計(jì)( (熱電偶熱電偶) ) 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體將兩種不同材料的導(dǎo)體A A和和B B串接成一個(gè)閉合串接成一個(gè)閉合 回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn) 生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。生熱電勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 B A AB N N e kT TEln)( A B TT0 k k玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)， e e電子電荷量，電子電荷量， T T接觸處的溫度接觸處的溫度 NANA，NBNB分別為導(dǎo)體分別為導(dǎo)體A A和

10、和B B的自由電子密度。的自由電子密度。 B A AB N N e kT TEln)( 0 0 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 熱電偶測(cè)溫基本定律熱電偶測(cè)溫基本定律 1)1)均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo) 體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn) 生熱電動(dòng)勢(shì)。生熱電動(dòng)勢(shì)。 TT0 2)中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只 要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響要其兩端的溫

11、度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響 熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。 T T0V 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3)3)參考電極定律參考電極定律 兩種導(dǎo)體兩種導(dǎo)體A,BA,B分別與參考電極分別與參考電極C C組成熱電偶，如組成熱電偶，如 果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A A和和B B兩極配對(duì)后兩極配對(duì)后 的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得： ),(),(),( 000 TTETTETTE CBACAB A B TT0= A C TT0 C B T T0 由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑

12、作為參考電極由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3 3 熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、 鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半 導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升

13、而阻 值下降。值下降。 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 ) 11 ( 0 0 TT eRR R T 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 產(chǎn)品產(chǎn)品 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 溫控器溫控器 3.8 3.8 熱敏傳感器熱敏傳感器 應(yīng)用應(yīng)用 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器 水溫感應(yīng)塞水溫感應(yīng)塞 還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等 長(zhǎng)安大學(xué)工

14、程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3 傳感器原理傳感器原理 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢 測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段， 氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.80.81.15 ml/L1.15 ml/L 時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。還 有易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)。有易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)。 煙霧

15、報(bào)警器煙霧報(bào)警器酒精傳感器酒精傳感器 二氧化碳傳感器二氧化碳傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、 氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇 等時(shí)，電阻發(fā)生變化。等時(shí)，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被從而使氣敏元件電阻值隨被 測(cè)氣體的濃度改變而變化。測(cè)氣體的濃度改變而變化。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院

16、 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 實(shí)驗(yàn)室中的傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 燃?xì)鈭?bào)警器燃?xì)鈭?bào)警器 煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 酒精傳感器酒精傳感器 3.9 3.9 氣敏電阻傳感器氣敏電阻傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 3. 傳感器原理傳感器原理 1)1)聲波及其分類聲波及其分類 (1)(1)次聲波，振動(dòng)頻率低

17、于次聲波，振動(dòng)頻率低于l6Hzl6Hz的機(jī)械波。的機(jī)械波。 (2)(2)聲波聲波: :振動(dòng)頻率在振動(dòng)頻率在16Hz20KHz16Hz20KHz之間的機(jī)械波。之間的機(jī)械波。 (3)(3)超聲波超聲波: :高于高于20KHz20KHz的機(jī)械波。的機(jī)械波。 2 2）超聲波的物理性質(zhì)）超聲波的物理性質(zhì) 超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有 束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.

18、10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 聲壓聲壓 所謂聲壓，是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓所謂聲壓，是指某點(diǎn)上各瞬間的壓力與大氣壓 力之差值，單位為力之差值，單位為PaPa，1Pa =1N/m1Pa =1N/m2 2。 。 聲強(qiáng)聲強(qiáng) 聲強(qiáng)是聲波在傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)通過單聲強(qiáng)是聲波在傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)通過單 位面積的能量，單位為位面積的能量，單位為W/m2W/m2。 聲功率聲功率 聲功率聲功率( (W W) )是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能 量，單位是量，單位是W W。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 超聲波傳感器原理超聲波傳感器原理 超聲波

19、發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，超聲波發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中， 產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。 接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使 磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 超聲波傳感器對(duì)超聲波傳感器對(duì) 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 超聲波傳感器應(yīng)用超聲波傳感器應(yīng)用 超聲波探傷超聲波探傷/測(cè)距測(cè)距/測(cè)物測(cè)

20、物 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 案例：輸油管檢測(cè)檢測(cè)機(jī)器人 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 倒車?yán)走_(dá)倒車?yán)走_(dá) 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 魚群探測(cè)器魚群探測(cè)器 3.10 3.10 超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3. 傳感器原理傳感器原理 3.11 3.11 光電傳感器光電傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線

21、到紅外 線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。 其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)空穴對(duì), , 使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)使其導(dǎo)電性能增強(qiáng), ,光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種 光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象, ,稱為稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 。 光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3. 傳感器原理傳感器原理 長(zhǎng)安

22、大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3. 傳感器原理傳感器原理 照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光 光控?zé)艄饪責(zé)?工業(yè)控制工業(yè)控制 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 光電池光電池 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-NP-N結(jié)受到光照后結(jié)受到光照后 產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源 的光電池是常用的光生伏特型器件。的光電池是常用的光生伏特型器件。 + + + - - - PN 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 應(yīng)用應(yīng)

23、用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射 式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四種、吸收式、遮光式、反射式、四種 基本形式?；拘问?。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 案例：案例：光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利

24、用LEDLED與光敏晶體管組合來與光敏晶體管組合來 測(cè)量位移。測(cè)量位移。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 亮度傳感器：亮度傳感器： 通過檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比通過檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比 較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線， 達(dá)到節(jié)約電能的目的。達(dá)到節(jié)約電能的目的。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.7

25、 半導(dǎo)體敏感元件傳感器半導(dǎo)體敏感元件傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.12 3.12 光纖傳感器光纖傳感器 物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化 的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。 1 1）物性型光纖傳感器）物性型光纖傳感器 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 光纖流速傳感器光纖流速傳感器 3.12 3.12 光纖傳感器光纖傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件

26、與光纖 傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光 纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱為傳光型或非 功能型光纖傳感器。功能型光纖傳感器。 2 2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器 3.12 3.12 光纖傳感器光纖傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 光纖檢測(cè)型光電傳感器光纖檢測(cè)型光電傳感器 作業(yè)件檢測(cè)作業(yè)件檢測(cè) 顏色檢測(cè)顏色檢測(cè) 3.12 3.12 光纖傳感器光纖傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.13 CCD3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Oxi

27、de Semiconductor) MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的光敏元的 結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體(P(P型硅型硅) )基片上形成一種氧化物基片上形成一種氧化物 ( (如二氧化硅如二氧化硅) )，在氧化物上再沉積一層金屬電極，在氧化物上再沉積一層金屬電極， 以此形成一個(gè)金屬以此形成一個(gè)金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元 (MOS)(MOS)。 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列MOSMOS單元，單元， 如果照射在這些光敏

28、元上的是一幅明暗起伏的圖如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖 像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度像，則這些光敏元上就會(huì)感生出一幅與光照強(qiáng)度 相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。 3.13 CCD3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 0 1 1 1 1 1 0 0 光敏管光敏管 陣列陣列 并 聯(lián) 串 聯(lián) 轉(zhuǎn) 換 器 運(yùn)算電路 顯示電路 結(jié)束信號(hào) 驅(qū)動(dòng)脈沖 CCD 3.13 CCD3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 特點(diǎn)特點(diǎn): (1) 非接觸檢測(cè)非接觸檢測(cè); (2) 響應(yīng)快響

29、應(yīng)快; (3) 可靠性高可靠性高,為修簡(jiǎn)便為修簡(jiǎn)便; (4) 測(cè)量精度高測(cè)量精度高; (5) 體積小體積小,重量輕重量輕; 容易與計(jì)算機(jī)連接容易與計(jì)算機(jī)連接 (6) 對(duì)被測(cè)物體需要強(qiáng)光照射對(duì)被測(cè)物體需要強(qiáng)光照射; (7) 受被測(cè)物體以外的光的影響受被測(cè)物體以外的光的影響. 應(yīng)用: (1) 寬度測(cè)量; (2) 外徑測(cè)量; (3) 主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量. 3.13 CCD3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 條形碼掃描器條形碼掃描器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 GREY = RED*0.299 + GREEG*0.587 + BLUE*0.114 數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī) 3.13 CC

30、D3.13 CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 3.14 3.14 其它類型的傳感器其它類型的傳感器 1 1、熱輻射檢測(cè)傳感器、熱輻射檢測(cè)傳感器 絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依 賴于物體溫度賴于物體溫度(K)(K)，根據(jù)普朗克輻射定律有以下，根據(jù)普朗克輻射定律有以下 表達(dá)式：表達(dá)式： 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 應(yīng)用：應(yīng)用： 冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過 程中都涉及到動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問題。程中都涉及到動(dòng)態(tài)溫度

31、場(chǎng)的檢測(cè)問題。 3.14 3.14 其它類型的傳感器其它類型的傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 2 2、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器 材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂， 以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱聲發(fā)射。各種以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱聲發(fā)射。各種 材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超聲。材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超聲。 多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。 3.14 3.14 其它類型的傳感器其它類型的傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 案例：材料斷

32、裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè) 3.14 其它類型的傳感器其它類型的傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.15 3.15 生物傳感器生物傳感器 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 熱熱/ /光光電量電量 微生物微生物/酶等酶等 敏感元件敏感元件 生物傳感器與其它傳感器是檢測(cè)對(duì)象中含生命生物傳感器與其它傳感器是檢測(cè)對(duì)象中含生命 物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同, ,生物傳感器分酶?jìng)鞲衅?、生物傳感器分酶?jìng)鞲衅鳌?微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免 疫傳感器等。疫傳感器等。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程

33、機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 2 2、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè) 3.3.醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 1 1、發(fā)酵工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)( (食品食品) ) 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 血糖乳酸測(cè)定流程血糖乳酸測(cè)定流程 體育上耐力訓(xùn)練體育上耐力訓(xùn)練 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水BODBOD分析儀分析儀 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(glucose)

34、(glucose)分析儀分析儀 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 工廠發(fā)酵車間化驗(yàn)工廠發(fā)酵車間化驗(yàn) 員正在分析樣品員正在分析樣品 發(fā)酵工廠谷氨酸發(fā)酵工廠谷氨酸- -葡萄糖分析葡萄糖分析 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 3.16 3.16 智能傳感器智能傳感器 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、 光、磁等）、化學(xué)量（如濃度、光、磁等）、化學(xué)量（如濃度、PHPH值等）、生物值等）、生物 量（如細(xì)菌等）等的信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電量（如細(xì)菌等）等的信

35、息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電 信息的裝置。信息的裝置。 智能傳感器是將傳感器與微型計(jì)算機(jī)集成在智能傳感器是將傳感器與微型計(jì)算機(jī)集成在 一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處 理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還 具有認(rèn)知能力。具有認(rèn)知能力。 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感器測(cè)量原理 嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī) 智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器 IC總線數(shù)字溫度傳感器總線數(shù)字溫度傳感器 長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院 第三章、傳感器測(cè)量原理第三章、傳感