機(jī)械工程測(cè)試信息信號(hào)分析(第三版)5ppt

1、18:011MEASUREMENTINFORMATION SIGNAL ANALYSIS IN MECHANICAL ENGINEERING 機(jī)械工程測(cè)試機(jī)械工程測(cè)試信息信息信號(hào)分析信號(hào)分析 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 機(jī)械電子信息工程系機(jī)械電子信息工程系李錫文李錫文 軒建平軒建平 18:012課件資料下載：郵箱地址： “機(jī)械工程測(cè)試機(jī)械工程測(cè)試”每個(gè)字拼音的第一個(gè)字母每個(gè)字拼音的第一個(gè)字母 密碼：111111注意下載時(shí)不要?jiǎng)h除原始文件 18:013第四章 信息轉(zhuǎn)換與傳輸q主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、信息轉(zhuǎn)換一、信息轉(zhuǎn)換-傳感器，非電量傳感器，非電量電量電量 二、傳感器的標(biāo)定和選擇二、傳感

2、器的標(biāo)定和選擇 三、信息傳輸三、信息傳輸 Shannon信道容量關(guān)系式信道容量關(guān)系式 信息信息-能量傳輸?shù)淖罴疡詈蠗l件能量傳輸?shù)淖罴疡詈蠗l件 信道頻率特性與波形失真信道頻率特性與波形失真 信道頻率特性與信息熵?fù)p失信道頻率特性與信息熵?fù)p失 四、信息傳輸過程中的干擾和噪聲四、信息傳輸過程中的干擾和噪聲 噪聲物理根源與耦合方式噪聲物理根源與耦合方式 噪聲模型及其傳輸特性噪聲模型及其傳輸特性18:014第四章 信息轉(zhuǎn)換與傳輸 4-1 信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換一、信息探測(cè)工程與智能傳感器一、信息探測(cè)工程與智能傳感器 1. 人類認(rèn)識(shí)事物的信息過程人類認(rèn)識(shí)事物的信息過程18:015敏感元件顯示信息信息探測(cè)工程2.

3、人類感官獲取信息的局限性人類感官獲取信息的局限性3. 傳感系統(tǒng)的一般模型傳感系統(tǒng)的一般模型(a)(b)18:016信息探測(cè)工程4. 傳感技術(shù)的發(fā)展傳感技術(shù)的發(fā)展 (1) 擴(kuò)展頻域擴(kuò)展頻域 視覺與光傳感器視覺與光傳感器 聽覺與聲傳感器聽覺與聲傳感器 觸覺與溫度、壓力傳感器觸覺與溫度、壓力傳感器 嗅覺傳感器嗅覺傳感器 (2) 智能化智能化 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量 遠(yuǎn)距離、非接觸測(cè)量遠(yuǎn)距離、非接觸測(cè)量 特殊環(huán)境下測(cè)量特殊環(huán)境下測(cè)量 微觀分析微觀分析 實(shí)時(shí)在線實(shí)時(shí)在線18:017智能傳感器智能傳感器 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、

4、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18:018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)字溫度傳感器智能傳感器18:019振動(dòng)網(wǎng)

5、絡(luò)傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傳感器18:0110GSM/SMS智能傳感器18:0111工程中的傳感器二、工程中的傳感器二、工程中的傳感器18:0112工程中的傳感器18:0113工程中的傳感器18:01141 聲壓傳感器-動(dòng)圈式q動(dòng)圈式聲壓傳感器動(dòng)圈式聲壓傳感器sin( )( );( / );e WBlvBTlmWvm s磁場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度；單匝線圈有效長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。18:0115動(dòng)圈式傳感器圖圖 動(dòng)圈式傳聲器動(dòng)圈式傳聲器18:01161 聲壓傳感器-電容式QCVQQQVVACAAC 18:0117極距極距變化

6、型變化型+AC0+18:01181 聲壓傳感器-光纖式 P 96聲聲-光相位調(diào)制光相位調(diào)制18:01192 振動(dòng)測(cè)量傳感器-渦流式位移傳感器18:0120原理原理: :渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)線圈高頻交變電流，產(chǎn)線圈高頻交變電流，產(chǎn)生磁通，金屬板產(chǎn)生感生磁通，金屬板產(chǎn)生感應(yīng)電流應(yīng)電流( (渦電流渦電流) )渦流式傳感器原理高頻感應(yīng)爐高頻感應(yīng)爐 冶煉金屬冶煉金屬 18:0121渦流磁場(chǎng)影響高頻線圈的等效阻抗渦流磁場(chǎng)影響高頻線圈的等效阻抗Z Z變化：變化：),(ZZ 線圈與金屬板間距離，線圈與金屬板間距離， 金屬板的電阻率，金屬板的電阻率， 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 線圈激磁圓頻率線圈激磁圓頻率渦流式傳感器原理(lM

7、Hz)激勵(lì)激勵(lì)電流，高頻磁場(chǎng)作用于金屬板電流，高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)，金屬板表面形成渦的表面，由于集膚效應(yīng)，金屬板表面形成渦電流。該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線電流。該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線圈，引起線圈自感圈，引起線圈自感L L或阻抗或阻抗Z ZL L的變化，其變化的變化，其變化與與、i i，等有關(guān)，若只改變等有關(guān)，若只改變而其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為而其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻線圈自感的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。反射式渦流傳感器多用于位移測(cè)量。高頻發(fā)射式渦流傳感器原理高頻發(fā)

8、射式渦流傳感器原理18:0122渦流式傳感器原理發(fā)射線圈發(fā)射線圈1和接收線圈和接收線圈2分別置于被測(cè)分別置于被測(cè)金屬板材料金屬板材料G的上、下方。由于低頻磁的上、下方。由于低頻磁場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l(音頻范音頻范圍圍)電壓電壓e1加到線圈加到線圈1的兩端后，所產(chǎn)生的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料磁力線的一部分透過金屬板材料G,使線使線圈圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。渦流消耗部分渦流消耗部分磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2減少，當(dāng)金減少，當(dāng)金屬板材料屬板材料G越厚時(shí)，損耗的能量越大，越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢(shì)輸出電動(dòng)

9、勢(shì)e2越小。因此，越小。因此，e2的大小與的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明，的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明，e2隨材料厚度隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少,如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用一定，則利用e2的變化即可測(cè)量其厚度。的變化即可測(cè)量其厚度。 低頻透射式渦流傳感器原理低頻透射式渦流傳感器原理18:0123適用：適用：可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍 1mm - 1mm - 10mm,10mm,與傳與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸，線圈匝數(shù)和激磁頻率有關(guān)感器結(jié)構(gòu)尺寸，線圈匝數(shù)和激磁頻率有關(guān), ,

10、可到可到1 1 m m。變化，變化，位移振動(dòng)測(cè)量；位移振動(dòng)測(cè)量；金屬板的電阻率金屬板的電阻率 或或磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 變化變化，可作為材質(zhì)，可作為材質(zhì)鑒別或探傷。鑒別或探傷。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受油污等介質(zhì)的影響。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受油污等介質(zhì)的影響。渦流式位移、振動(dòng)測(cè)量?jī)x，無損探傷儀等渦流式位移、振動(dòng)測(cè)量?jī)x，無損探傷儀等。渦流式傳感器適用范圍18:0124例：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器例：電渦流轉(zhuǎn)速傳感器例：電渦流傳感器測(cè)厚和零件計(jì)數(shù)例：電渦流傳感器測(cè)厚和零件計(jì)數(shù)渦流式傳感器應(yīng)用18:0125渦流式傳感器產(chǎn)品18:0126案例：無損探傷案例：無損探傷原理原理: :裂紋檢測(cè)，缺陷造成裂紋檢測(cè)，

11、缺陷造成渦流變化。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)渦流式傳感器應(yīng)用18:0127磁電式傳感器磁電式傳感器 1.1.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。dtdNe 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)。 cosSB),(mdtdRB3 磁電式傳感器B為磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度18:01282 2 分類分類 磁磁

12、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3 磁電式傳感器磁鐵磁鐵線圈線圈 sinNBlve v線圈線圈NSNS線圈運(yùn)動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)線圈與磁鐵不線圈與磁鐵不動(dòng)，物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)，物體運(yùn)動(dòng)磁阻變化磁阻變化18:0129動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型 3 磁電式傳感器18:0130角速度型角速度型測(cè)速測(cè)速電機(jī)電機(jī)3 磁電式傳感器18:0131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3 磁電式傳感器18:0132N 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)3 磁電式傳感器18:01333 磁電式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖18:01343 磁電式

13、傳感器幅頻特性18:01353 磁電式傳感器幅頻特性18:0136壓電式傳感器壓電式傳感器 1.1.變換原理：壓電效應(yīng)變換原理：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)，又重新回到原來的狀態(tài)，這電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(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=DF4 壓電式傳感器18:01372 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

14、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)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 4 壓電式傳感器傳感器傳感器電場(chǎng)電場(chǎng)運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器18:01384 壓電式傳感器18:0139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 4 壓電式傳感器18:0140案例：飛機(jī)模態(tài)分析案例：飛機(jī)模態(tài)分析4 壓電式傳感器案例：飛機(jī)模態(tài)分析18:01414 壓電式傳感器案例：熱軋?jiān)O(shè)備診斷18:0142振動(dòng)傳感器選擇傳感器標(biāo)定和選擇傳感器標(biāo)定和選擇18:0143超聲波檢測(cè)傳感器超聲波檢測(cè)傳感器 1)1

15、)聲波及其分類聲波及其分類(1)(1)次聲波，振動(dòng)頻率低于次聲波，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。

16、超聲波檢測(cè)傳感器18:0144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。超聲波檢測(cè)傳感器18:0145超聲波傳感器原理超聲波傳感器原理 超聲波發(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

17、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。 超聲波檢測(cè)傳感器18:0146超聲波傳感器對(duì)超聲波傳感器對(duì)超聲波檢測(cè)傳感器18:0147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)物超聲波檢測(cè)傳感器18:0148案例：輸油管檢測(cè)檢測(cè)機(jī)器人超聲波檢測(cè)傳感器18:0149倒車?yán)走_(dá)倒車?yán)走_(dá) 超聲波檢測(cè)傳感器18:0150 魚群探測(cè)器魚群探測(cè)器 超聲波檢測(cè)傳感器18:01

18、512 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)。聲發(fā)射傳感器18:0152案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)聲發(fā)射傳感器18:0153半導(dǎo)體傳感器半導(dǎo)體傳感器 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)有電流流過時(shí)

19、，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 半導(dǎo)體傳感器18:0154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?、四根引線和殼體組成，如圖示。 半導(dǎo)體傳感器18:0155半導(dǎo)體傳感器18:0156測(cè)轉(zhuǎn)角：測(cè)轉(zhuǎn)角：半導(dǎo)體傳感器18:0157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)，磁當(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)可以通場(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

20、集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。 半導(dǎo)體傳感器18:0158鐵磁材料裂紋檢測(cè)鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS半導(dǎo)體傳感器18:0159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 半導(dǎo)體傳感器18:0160案例：案例：汽車速度測(cè)量汽車速度測(cè)量:半導(dǎo)體傳感器18:01612 2 磁電阻元件磁電阻元件磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng))1 ()1 (cos/2202020BRRRR- -+ +lwx半導(dǎo)體傳感器18:0162 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

21、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)。半導(dǎo)體傳感器18:01633 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)體開關(guān)磁半導(dǎo)體開關(guān)半導(dǎo)體傳感器18:0164產(chǎn)品產(chǎn)品半導(dǎo)體傳感器18:0165案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量案例：轉(zhuǎn)速測(cè)量半導(dǎo)體傳感器18:0166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

22、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 熱敏傳感器18:0167 熱敏傳感器18:0168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)，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

23、成弧光下，引起管內(nèi)汞蒸氣電離而形成弧光放電放電. .熱敏傳感器18:0169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

24、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。熱敏傳感器18:01702. 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)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就

25、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)。熱敏傳感器18:0171BAABNNekTTEln)(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熱敏傳感器18:0172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

26、何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。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)。TT0V熱敏傳感器18:01733)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

27、TTETTETTECBACABABTT0=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。熱敏傳感器18:0174熱敏傳感器18:0175熱敏傳感器18:01763 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(00TTeRRRT熱敏傳感器18:0177熱

28、敏傳感器18:0178熱敏傳感器18:0179產(chǎn)品產(chǎn)品熱敏傳感器18:0180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)、暖氣、電子體溫計(jì)等熱敏傳感器18:0181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 m

29、l/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氣敏電阻傳感器18:0182 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。 氣敏電阻傳感器18:0183氣敏電阻

30、傳感器18:0184 氣敏電阻傳感器18:0185實(shí)驗(yàn)室中的傳感器實(shí)驗(yàn)室中的傳感器氣敏電阻傳感器18:0186燃?xì)鈭?bào)警器燃?xì)鈭?bào)警器煙霧報(bào)警器煙霧報(bào)警器 氣敏電阻傳感器18:0187酒精傳感器酒精傳感器氣敏電阻傳感器18:0188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

31、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光電傳感器18:01893. 傳感器原理傳感器原理 光電傳感器18:01903. 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)艄I(yè)控制工業(yè)控制光電傳感器18:0191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

32、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半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0192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?；拘问?。 半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0193半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0194半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0195半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0196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與光敏晶體管組合來 測(cè)量位移。測(cè)量位移。半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0197亮度傳感器：亮

33、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。半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0198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半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:0199半導(dǎo)體敏感元件傳感器18:01100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）物性型光纖傳感器光纖

34、傳感器光纖傳感器18:01101光纖流速傳感器光纖流速傳感器光纖傳感器18:01102 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)型光纖傳感器光纖傳感器18:01103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)光纖傳感器18:01104CCDCCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Ox

35、ide 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)。 CCD固態(tài)圖象傳感器18:01105 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

36、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。CCD固態(tài)圖象傳感器18:0110601111100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CCDCCD固態(tài)圖象傳感器18:01107 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

37、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.條形碼掃描器條形碼掃描器CCD固態(tài)圖象傳感器18:01108GREY = RED*0.299 + GREEG*0.587 + BLUE*0.114 數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)CCD固態(tài)圖象傳感器18:01109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：其它類型的傳感器18:01110應(yīng)用：應(yīng)用： 冶金、軋制、

38、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)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問題。其它類型的傳感器18:01111生物傳感器生物傳感器熱熱/ /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⑽⑸飩鞲衅?、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。生物傳感器18:011122 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)

39、用領(lǐng)域1 1、發(fā)酵工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)( (食品食品) )生物傳感器18:01113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)練生物傳感器18:01114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分析儀分析儀生物傳感器18:01115手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(glucose)(glucose)分析儀分析儀生物傳感器18:01116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生物傳感器18:01117三、 傳感器的標(biāo)定 1. 靜態(tài)標(biāo)定 直線性 靈敏度 滯后量 重復(fù)性 剛度 橫向靈敏度 2. 動(dòng)態(tài)標(biāo)定 頻率特性

40、固有頻率 阻尼率四、 傳感器選用原則 1. 靈敏度 2. 響應(yīng)特性 3. 線性 4. 穩(wěn)定性 5. 精確度 6. 測(cè)量方式 7. 其他傳感器的標(biāo)定和選用原則18:01118三、傳感器的標(biāo)定q零階系統(tǒng)：如放大鏡、測(cè)力環(huán)；代數(shù)方程式描述零階系統(tǒng)：如放大鏡、測(cè)力環(huán)；代數(shù)方程式描述q一階系統(tǒng)：如熱電偶、水銀溫度計(jì)、一階系統(tǒng)：如熱電偶、水銀溫度計(jì)、RC低通濾波器低通濾波器q二階系統(tǒng)：如千分表、電感量頭、電阻式壓力計(jì)、二階系統(tǒng)：如千分表、電感量頭、電阻式壓力計(jì)、電容式拾音計(jì)、壓電式電容式拾音計(jì)、壓電式(磁電式磁電式)加速度計(jì)加速度計(jì)q靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定 直線性直線性 靈敏度靈敏度 滯后量滯后量 重復(fù)性重復(fù)性

41、 剛度剛度 橫向靈敏度橫向靈敏度18:01119三、傳感器的標(biāo)定q動(dòng)態(tài)標(biāo)定：測(cè)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)標(biāo)定：測(cè)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性 頻率特性頻率特性 工作頻帶工作頻帶 諧振頻率諧振頻率 固有頻率固有頻率 阻尼率阻尼率 相位特性相位特性q動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法：正弦、沖擊力、白噪聲或偽隨機(jī)白動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法：正弦、沖擊力、白噪聲或偽隨機(jī)白噪聲激勵(lì)噪聲激勵(lì) 沖擊力激勵(lì)沖擊力激勵(lì) 圖圖4-26 P102 多維傳感器的標(biāo)定多維傳感器的標(biāo)定 多維傳感器的補(bǔ)償多維傳感器的補(bǔ)償白噪聲的特點(diǎn)白噪聲的特點(diǎn): : 1.1.瞬時(shí)值服從正態(tài)分布；瞬時(shí)值服從正態(tài)分布；2.2.功率譜在全頻帶內(nèi)是均勻的；功率譜在全頻帶內(nèi)是均勻的；3.3.具有極良好的相關(guān)特性。具有極良好的相關(guān)特性。18:01120 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問題。的問題。 1 1、靈敏度、靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干