2被測(cè)量的獲取

1、第三章第三章被測(cè)量的獲取被測(cè)量的獲取本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1.1.了解傳感器的基本知識(shí)了解傳感器的基本知識(shí) 2.2.掌握常用傳感器測(cè)量原理掌握常用傳感器測(cè)量原理3.3.了解汽車常用傳感器測(cè)量了解汽車常用傳感器測(cè)量原理原理本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容傳感器概述傳感器概述電阻式傳感器電阻式傳感器電容式傳感器電容式傳感器電感式傳感器電感式傳感器壓電式傳感器壓電式傳感器磁電式傳感器磁電式傳感器熱電式傳感器熱電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器霍爾式傳感器霍爾式傳感器1 1、傳感器定義：、傳感器定義： 傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。換成

2、另一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。傳感器概述傳感器概述2 2、傳感器的構(gòu)成：、傳感器的構(gòu)成： 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后

3、續(xù)儀表接入。后續(xù)儀表接入。 dv傳感器概述傳感器概述3 3、傳感器的分類：、傳感器的分類：1)1)按被測(cè)物理量分類按被測(cè)物理量分類常見(jiàn)的被測(cè)物理量常見(jiàn)的被測(cè)物理量機(jī)械量機(jī)械量: :長(zhǎng)度長(zhǎng)度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角, ,轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)數(shù), ,質(zhì)量質(zhì)量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風(fēng)速風(fēng)速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場(chǎng)磁場(chǎng). .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩傳感器概述傳感

4、器概述機(jī)械式機(jī)械式, ,電氣式電氣式, ,光學(xué)式光學(xué)式, ,流體式等流體式等. .2)2)按工作的物理基礎(chǔ)分類按工作的物理基礎(chǔ)分類: :傳感器概述傳感器概述能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .3)3)按信號(hào)變換特征按信號(hào)變換特征: :能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .傳感器概述傳感

5、器概述4)4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換. .如如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型: :依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .傳感器概述傳感器概述電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器傳感器, ,按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱變阻器式、

6、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式敏式、光敏式、電敏式.1 1、變阻器式傳感器、變阻器式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器（1 1）等效電路分析）等效電路分析: :xll-l-變阻器總長(zhǎng)變阻器總長(zhǎng); ;x-x-電刷移動(dòng)量電刷移動(dòng)量. .r-r-總電阻總電阻; ; r rl l電刷電阻電刷電阻; ;ee1lx=rrl=ee1x=l*e1 / e電阻式傳感器電阻式傳感器x=l*e1 / e= k*e10 lee1x電阻式傳感器電阻式傳感器ee1v vrmrxr-rx1ee1= =xlrmr+ +lx()-電阻式傳感器電阻式傳感器負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng)1ee1= =xlrmr+ +lx()-0le(2) (2

7、) 變阻器式傳感器的性能參數(shù)變阻器式傳感器的性能參數(shù): : 1) 1)線性線性( (或曲線的一致性或曲線的一致性); 4); 4)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)角度范圍; ; 2) 2) 分辨率分辨率; 5); 5)電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù); ; 3) 3)整個(gè)電阻值的偏差整個(gè)電阻值的偏差; 6); 6)壽命壽命; ;(3)(3)變阻器式傳感器的分類變阻器式傳感器的分類按測(cè)量類型：按測(cè)量類型：?jiǎn)稳﹄娢黄鲉稳﹄娢黄鞫嗳﹄娢黄鞫嗳﹄娢黄髦本€滑動(dòng)式電位器直線滑動(dòng)式電位器電阻式傳感器電阻式傳感器按制作方式：按制作方式：線繞電位器線繞電位器導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底普通塑料基底導(dǎo)電導(dǎo)電材料粉

8、材料粉電阻式傳感器電阻式傳感器變阻器式傳感器產(chǎn)品變阻器式傳感器產(chǎn)品電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)重量的自動(dòng)檢測(cè)-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較比較重量設(shè)定原材料原材料原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：儲(chǔ)量檢測(cè)儲(chǔ)量檢測(cè)鋼絲鋼絲原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器 -電阻電阻電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ）原理：電機(jī)原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻電阻式傳感器電阻式傳感器2 2 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片 電阻應(yīng)變

9、片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形械變形( (伸長(zhǎng)或縮短伸長(zhǎng)或縮短) )的變化而發(fā)生變化。的變化而發(fā)生變化。 電阻式傳感器電阻式傳感器1) 1) 工作原理工作原理上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化, ,求導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)數(shù)金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻r r為為alr/=daldaaldladr+=2代入代入alr/=dradarldlrdr+=電阻式傳感器電阻式傳感器dadaldlrdr+=有：有：

10、金屬絲：金屬絲：2ra=drdrldlrdr+=2金屬絲體積不變：金屬絲體積不變：=ldlrdr電阻式傳感器電阻式傳感器有：有：drdr+=2對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：)21(+=rdr金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：電阻式傳感器電阻式傳感器應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)電阻式傳感器電阻式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)drdrldlrdr+=2簡(jiǎn)化為：簡(jiǎn)化為：drdr=e=優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大; ;體積小體積小; ;缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。電阻式傳感器電阻式傳感器3) 3) 應(yīng)變片的主要參數(shù)應(yīng)變片的主要參數(shù) 4

11、4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等） 1 1）幾何參數(shù)：表距）幾何參數(shù)：表距l(xiāng) l和絲柵寬度和絲柵寬度b b，制造廠常用，制造廠常用 b bl l表示。表示。2 2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 3 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。 電阻式傳感器電阻式傳感器3) 3) 應(yīng)變片測(cè)量電路應(yīng)變片測(cè)量電路ver1r2r3r4errrrrrrrv)(32413142+=電阻式傳感器電阻式傳感器

12、errrrrrrrv)(32413142+=令：令：rr =1drrr+=4rrr=32errdrrrrrdrrrv)()(+=rdre=4)21(+=rdr金屬絲應(yīng)變片：金屬絲應(yīng)變片：v v與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù)電阻應(yīng)變片的選擇、粘貼技術(shù) 1.1.目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕目測(cè)電阻應(yīng)變片有無(wú)折痕. .斷絲等斷絲等 缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。缺陷，有缺陷的應(yīng)變片不能粘貼。2.2.用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片電阻值大 小。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值小。同一電

13、橋中各應(yīng)變片之間阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5歐姆歐姆. .3.3.試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用試件表面處理：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無(wú)黑跡為止。4.4.應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片粘貼: :在應(yīng)變片基底上擠一小滴在應(yīng)變片基底上擠一小滴502502膠水，膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應(yīng)變貼片位置。電阻式傳感器電阻式傳感器5.5.焊線焊線: :用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。用電烙鐵將應(yīng)變片的引線焊接到導(dǎo)引線上。6.6.用兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng)用

14、兆歐表檢查應(yīng)變片與試件之間的絕緣組織，應(yīng) 大于大于500m500m歐。歐。7.7.應(yīng)變片保護(hù)：用應(yīng)變片保護(hù)：用704704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止 受潮。受潮。電阻式傳感器電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力電阻式傳感器電阻式傳感器標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。電阻式傳感器電阻式傳感器案例：沖床生產(chǎn)記數(shù)案例：沖床生產(chǎn)記數(shù) 和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)電阻式傳感器電阻式傳感器案例：機(jī)器人握力測(cè)量案例：機(jī)器人握力測(cè)量電阻式傳感器電阻式傳感器案例：

15、案例：振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器振動(dòng)式地音入侵探測(cè)器 適合于金庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器變換原理變換原理: :將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電兩平行極板組成的電容器容器, ,它的電容量為它的電容量為: :ac0=+ a 、a a或或發(fā)生變發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。電容的變化。電容式傳感器電容式傳感器a)a)極距極距變化型變化型+ac0=+電容式傳感器電容式傳感器駐極體電容傳聲器駐

16、極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 電容式傳感器電容式傳感器b)b)面積變化型面積變化型ac0=角位移型角位移型+電容式傳感器電容式傳感器ac0=平面線位移型平面線位移型電容式傳感器電容式傳感器柱面線位移型柱面線位移型. .ac0=電容式傳感器電容式傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品. .陶瓷電容壓力傳感器陶瓷電

17、容壓力傳感器 液體壓力液體壓力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生 位移。位移。 壓力變送器壓力變送器電容式傳感器電容式傳感器c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型ac0=電容式傳感器電容式傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品. .電容式液位傳感器（液位計(jì)電容式液位傳感器（液位計(jì)/ /料位計(jì)）料位計(jì)）電容式傳感器電容式傳感器電容式接近開(kāi)關(guān)電容式接近開(kāi)關(guān)振蕩電路振蕩電路被測(cè)物體被測(cè)物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測(cè)電容被測(cè)電容測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)

18、發(fā)生變化，使得和關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化生變化. .接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。緣的液體或粉狀物體。電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器3 3 測(cè)量電路測(cè)量電路a)a)電橋電路電橋電路 電容式傳感器電容式傳感器b) b) 諧振電路諧振電路 lcf210=電容式傳感器電容式傳感器d) d) 運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器電路 電容式傳感器電容式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化

19、為電感量的一種裝置。測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類分類: :電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型電感式傳感器電感式傳感器1 1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式可變導(dǎo)磁面積型可變導(dǎo)磁面積型差動(dòng)型差動(dòng)型2002anl =原理原理: :電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電感式傳感器電感式傳感器電感式接近傳感器（金屬）電感式接近傳感器（金屬）電感式傳感器電感式傳感器教學(xué)用低成本四線制無(wú)二次儀表傳感器教學(xué)用低成本四線制無(wú)二次儀表傳感器電感式傳感器電感式傳感器2 2 渦流式渦流式原理原理: :渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)電感式傳感器電感式傳感器原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗z z變化

20、：變化：),(zz =電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器產(chǎn)品：產(chǎn)品：電感式傳感器電感式傳感器案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量coiled tubeeddy sensor reference circle電感式傳感器電感式傳感器案例：無(wú)損探傷案例：無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測(cè)火車輪檢測(cè)油管檢測(cè)油管檢測(cè)電感式傳感器電感式傳感器2 2 互感型互感型-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器ww1w2esx-x工作原理工作原理: :互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.eweout電感式傳感器電感式傳感器單螺管線圈型單螺管線圈型螺管線圈差動(dòng)螺管線圈差動(dòng)雙螺管線圈差動(dòng)型雙螺管線圈差動(dòng)型傳

21、感器測(cè)量電路傳感器測(cè)量電路電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器測(cè)量電路測(cè)量電路電感式傳感器電感式傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器差動(dòng)變壓器位移傳感器電感式傳感器電感式傳感器案例：案例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 電感式傳感器電感式傳感器案例：案例：張力測(cè)量張力測(cè)量電感式傳感器電感式傳感器1.1.變換原理變換原理: :壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) +串聯(lián)串聯(lián)+并聯(lián)并聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到

22、原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。f+q=df壓電式傳感器壓電式傳感器2 2、測(cè)量電路、測(cè)量電路 壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過(guò)阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。過(guò)阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 壓電式傳感器壓電式傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品壓力變送器壓力變送器加速度計(jì)加速度計(jì)力傳感器力傳感器 壓電式傳感器壓電式傳感器案例：飛機(jī)模態(tài)分析案例：飛機(jī)模態(tài)分析壓電式傳感器壓電式傳感器案例：熱軋?jiān)O(shè)備診斷案例：熱軋?jiān)O(shè)備診斷壓電式傳感器壓電式傳感器1

23、.1.變換原理變換原理: : 磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。dtdwe=感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e e為為磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 cos=sb),(mdtdrb磁電式傳感器磁電式傳感器2 2 分類分類 磁磁電電式式動(dòng)圈式動(dòng)圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型n磁電式傳感器磁電式傳感器動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型 磁電式傳

24、感器磁電式傳感器角速度型角速度型測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)磁電式傳感器磁電式傳感器磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器磁電式傳感器磁電式傳感器n ns s案例：鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子斷細(xì)條檢測(cè)案例：鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子斷細(xì)條檢測(cè)磁電式傳感器磁電式傳感器sinibkvhh= 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(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生流過(guò)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)象稱為電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。 1 1 霍爾元件霍爾元件 霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖?；魻栐苫魻柶?、

25、四根引線和殼體組成，如圖。 霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾式傳感器霍爾式傳感器測(cè)轉(zhuǎn)角：測(cè)轉(zhuǎn)角：電流傳感器電流傳感器 當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電流流過(guò)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(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)磁場(chǎng)大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)。 鐵磁材料裂紋檢測(cè)鐵磁材料裂紋檢測(cè) ns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 案例：案例：汽車速度測(cè)量汽車速度測(cè)量: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

26、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 熱敏式傳感器熱敏式傳感器 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)，

27、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. .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(guò)程），雙金屬片發(fā)熱彎曲端極片得電，

28、擊穿惰性氣體而導(dǎo)電（輝光放電過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)始冷卻，經(jīng)過(guò)惰性氣體失去作用而不放電，雙金屬片開(kāi)始冷卻，經(jīng)過(guò)18秒的時(shí)間，雙秒的時(shí)間，雙金屬片收縮回原來(lái)狀態(tài)，啟輝器停止工作。金屬片收縮回原來(lái)狀態(tài)，啟輝器停止工作。2. 2. 熱電溫度計(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

29、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)。baabnnektteln)(=abtt0k 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和和b b的自由電子密度。的自由電子密度。baabnnektteln)(00=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)。

30、生熱電動(dòng)勢(shì)。tt02)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)。tt0v3)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：),(),(),(000ttettettecbacab=abtt0=

31、actt0cbtt0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 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)，隨溫度上升而阻值下降。值下降。 )11(00tterr=rt產(chǎn)品產(chǎn)品溫控器溫控器應(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)、

32、暖氣、電子體溫計(jì)等 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

33、敏三極管光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光光控?zé)艄饪責(zé)艄I(yè)控制工業(yè)控制光電式傳感器光電式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(jiàn)光作光源產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見(jiàn)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光電式傳感器光電式傳感器應(yīng)用應(yīng)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。基本形

34、式。 光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器案例：案例：光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利用ledled與光敏晶體管組合來(lái)與光敏晶體管組合來(lái) 測(cè)量位移。測(cè)量位移。光電式傳感器光電式傳感器亮度傳感器：亮度傳感器：通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比通過(guò)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。光電式傳感器光電式傳感器相機(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光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器光電式傳感器cc

35、d圖像傳感器又名電荷耦合器，英文名圖像傳感器又名電荷耦合器，英文名為為charge coupled device，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱ccd。20世紀(jì)世紀(jì)60年代美國(guó)貝爾電報(bào)電話公司的工年代美國(guó)貝爾電報(bào)電話公司的工程師發(fā)明程師發(fā)明它由以陣列方式（線陣、面陣）排列在襯它由以陣列方式（線陣、面陣）排列在襯底材料上的金屬氧化物半導(dǎo)體（底材料上的金屬氧化物半導(dǎo)體（metal oxide semiconductor，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱mos）電容）電容器件組成的。器件組成的。ccd圖像傳感器圖像傳感器 mos(metal oxide semiconductor) mos(metal oxide semiconductor

36、)光敏元的結(jié)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體構(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( (如二如二氧化硅氧化硅) )，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個(gè)金屬形成一個(gè)金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元（像素）半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元（像素）。 ccd圖像傳感器圖像傳感器 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結(jié)構(gòu)元，結(jié)構(gòu)元，如果照射在這些光敏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

37、電荷圖像。相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。ccd圖像傳感器圖像傳感器功能：光生電荷、積蓄和轉(zhuǎn)移電荷功能：光生電荷、積蓄和轉(zhuǎn)移電荷組成：組成：ccd芯片和芯片和ccd驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器ccd圖像傳感器圖像傳感器并聯(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，重量輕，容易與計(jì)算機(jī)連接；體積小，重量輕，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。 cc

38、d圖像傳感器圖像傳感器ccd圖像傳感器圖像傳感器應(yīng)用：應(yīng)用： 條碼閱讀器，可視電話，數(shù)碼攝像機(jī)，數(shù)碼照相機(jī)，傳條碼閱讀器，可視電話，數(shù)碼攝像機(jī)，數(shù)碼照相機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)真機(jī)，復(fù)印機(jī) 位移、位置、高度、速度、振動(dòng)等各類物理量的測(cè)量位移、位置、高度、速度、振動(dòng)等各類物理量的測(cè)量 工業(yè)領(lǐng)域的在線檢測(cè)，交通、指紋識(shí)別工業(yè)領(lǐng)域的在線檢測(cè)，交通、指紋識(shí)別 復(fù)雜物體的三維掃描復(fù)雜物體的三維掃描 寬度測(cè)量 外徑測(cè)量 主軸徑向跳動(dòng)測(cè)量.grey = red*0.299 + greeg*0.587 + blue*0.114 數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)ccd圖像傳感器圖像傳感器 傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、傳感器

39、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。智能傳感器智能傳感器嵌入式計(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)