其他傳感器ppt課件

1、第一章第一章 傳感器及其運(yùn)用傳感器及其運(yùn)用 其他傳感器其他傳感器超聲波傳感器超聲波傳感器振動(dòng)傳感器振動(dòng)傳感器磁傳感器磁傳感器氣敏傳感器氣敏傳感器濕敏傳感器濕敏傳感器聲敏傳感器聲敏傳感器色敏傳感器色敏傳感器觸覺觸感器觸覺觸感器接近傳感器接近傳感器 1 超聲波特性超聲波特性l人們能聽到的聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在人們能聽到的聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ20kHZ范圍內(nèi)。頻率超越范圍內(nèi)。頻率超越20KHZ稱為超聲波，低稱為超聲波，低于于20HZ稱為次聲波。檢測(cè)中常用的超聲波頻率范圍為幾稱為次聲波。檢測(cè)中常用的超聲波頻率范圍為幾十十kHZ到幾十到幾十MHZ。l超聲波與普通聲波比較

2、，它的振動(dòng)頻率高，而且波長短，超聲波與普通聲波比較，它的振動(dòng)頻率高，而且波長短，因此具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)因此具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅一樣的普通聲波，并且具有很高的穿透才干。遠(yuǎn)大于振幅一樣的普通聲波，并且具有很高的穿透才干。例如，在鋼材中甚至可穿透例如，在鋼材中甚至可穿透10米以上。米以上。一一 超聲波傳感器及其運(yùn)用超聲波傳感器及其運(yùn)用 超聲波在均勻介質(zhì)中按直線方向傳播，但到達(dá)界面或者遇到另一種介質(zhì)時(shí)，也像光波一樣產(chǎn)生反射和折射，并且服從幾何光學(xué)的反射、折射定律。超聲波在反射、折射過程中，其能量及波型都將發(fā)生變化。 超聲波在界面上的反射能

3、量與透射能量的變化。取決于兩種介質(zhì)聲阻抗特性。和其他聲波一樣，兩介質(zhì)的聲阻抗特性差愈大，那么反射波的強(qiáng)度愈大。例如，鋼與空氣的聲阻抗特性相差10萬倍，故超聲波幾乎不經(jīng)過空氣與鋼的介面，全部反射。 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播間隔的添加，能量逐漸衰減，能量的衰減決議于波的分散、散射 (或漫射)及吸收。超聲波根本性質(zhì)超聲波根本性質(zhì)l 超聲波傳感器是一種利用沖擊脈沖驅(qū)動(dòng)壓電元超聲波傳感器是一種利用沖擊脈沖驅(qū)動(dòng)壓電元件產(chǎn)生超聲波輸出的功能器件，可用于檢測(cè)金屬件產(chǎn)生超聲波輸出的功能器件，可用于檢測(cè)金屬資料內(nèi)部的氣泡和裂紋，被廣泛用于金屬的探傷資料內(nèi)部的氣泡和裂紋，被廣泛用于金屬的探傷和液體的丈量。超聲

4、傳感器包括超聲發(fā)射器、超和液體的丈量。超聲傳感器包括超聲發(fā)射器、超聲接受器、定時(shí)電路和控制電路四個(gè)主要部分。聲接受器、定時(shí)電路和控制電路四個(gè)主要部分。2 超聲波傳感器的運(yùn)用超聲波傳感器的運(yùn)用超聲傳感器測(cè)距的任務(wù)原理：首先由超聲發(fā)射器向被測(cè)超聲傳感器測(cè)距的任務(wù)原理：首先由超聲發(fā)射器向被測(cè)物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。發(fā)射器發(fā)出一連串超聲物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。發(fā)射器發(fā)出一連串超聲波后即自行封鎖，停頓發(fā)射。同時(shí)超聲接受器開場(chǎng)檢測(cè)波后即自行封鎖，停頓發(fā)射。同時(shí)超聲接受器開場(chǎng)檢測(cè)回聲信號(hào)，定時(shí)電路也開場(chǎng)計(jì)時(shí)。當(dāng)超聲波遇到物體后，回聲信號(hào)，定時(shí)電路也開場(chǎng)計(jì)時(shí)。當(dāng)超聲波遇到物體后，就被反射回來。等到超聲

5、接受器收到回聲信號(hào)后，定時(shí)就被反射回來。等到超聲接受器收到回聲信號(hào)后，定時(shí)電路停頓計(jì)時(shí)。此時(shí)定時(shí)電路所記錄的時(shí)間，是從發(fā)射電路停頓計(jì)時(shí)。此時(shí)定時(shí)電路所記錄的時(shí)間，是從發(fā)射超聲波開場(chǎng)到收到回聲波信號(hào)的傳播時(shí)間。利用傳播時(shí)超聲波開場(chǎng)到收到回聲波信號(hào)的傳播時(shí)間。利用傳播時(shí)間值，可以換算出被測(cè)物體到超聲傳感器之間的間隔。間值，可以換算出被測(cè)物體到超聲傳感器之間的間隔。 1 超聲波傳感器在液位丈量中的運(yùn)用超聲波傳感器在液位丈量中的運(yùn)用2超聲波探傷超聲波探傷 縱波探傷縱波探傷 橫波探傷橫波探傷 外表波探傷外表波探傷3超聲波流量丈量超聲波流量丈量F1 F2T2 T1T BT F B探頭液面液面超聲波探頭負(fù)脈

6、沖負(fù)脈沖 T1導(dǎo)通導(dǎo)通 0.01u放電放電 T2截止截止1000p高壓充電高壓充電 輸出負(fù)高壓波輸出負(fù)高壓波 超聲波超聲波PVDF聚偏氟乙烯 壓電薄膜心音脈搏心音脈搏電荷量電荷量二二 振動(dòng)傳感器振動(dòng)傳感器PVDF心音脈搏傳感器心音脈搏傳感器利用高性能、低本錢的振動(dòng)傳感器構(gòu)成的功能器件，利用高性能、低本錢的振動(dòng)傳感器構(gòu)成的功能器件，用于頸動(dòng)脈波、心尖動(dòng)搖、體表動(dòng)脈搏動(dòng)波檢測(cè)。用于頸動(dòng)脈波、心尖動(dòng)搖、體表動(dòng)脈搏動(dòng)波檢測(cè)。三三 磁傳感器磁傳感器一種對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通量敏感，并把磁一種對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通量敏感，并把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信息的傳感器。有霍爾器件、磁敏傳感學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信息的傳

7、感器。有霍爾器件、磁敏傳感器等。器等。1 霍爾傳感器霍爾傳感器金屬或半導(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)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理景象稱為霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱霍爾電勢(shì),半導(dǎo)體薄片稱霍爾元件。 霍爾效應(yīng)原理霍爾效應(yīng)原理dIBneUH1霍爾常數(shù)霍爾常數(shù) neRH1霍爾電勢(shì)霍爾電勢(shì) 霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度，金屬的自在電子密度霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度，金屬的自在電子密度太大，因此霍爾常數(shù)小，霍爾電勢(shì)也小，金屬資料不宜制造霍太大，因此霍爾常數(shù)小，霍爾電勢(shì)也小，金屬資料不宜制造霍爾元件。爾元件。霍爾電勢(shì)與導(dǎo)體厚度霍爾電勢(shì)與導(dǎo)體厚度d成反比，為了提高霍爾電勢(shì)

8、值，成反比，為了提高霍爾電勢(shì)值， 霍爾元霍爾元件制成薄片外形。件制成薄片外形。 霍爾元件的構(gòu)造和根本電路霍爾元件的構(gòu)造和根本電路霍爾元件霍爾元件 霍爾元件是霍爾元件是種四端型器件種四端型器件l圖圖a中，從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個(gè)中，從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個(gè)相互垂直方向側(cè)面上，引出一對(duì)電極，其中相互垂直方向側(cè)面上，引出一對(duì)電極，其中1-1電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對(duì)電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對(duì)2-2電極用于引出霍爾電勢(shì)，稱霍爾電勢(shì)輸出電極用于引出霍爾電勢(shì)，稱霍爾電勢(shì)輸出極。極。l圖圖b是霍爾元件通用的圖形符號(hào)。是霍爾元件通用的圖形符號(hào)。l圖圖c所示，霍爾電極在基片上的位

9、置及它所示，霍爾電極在基片上的位置及它的寬度對(duì)霍爾電勢(shì)數(shù)值影響很大。通?；魻栯姷膶挾葘?duì)霍爾電勢(shì)數(shù)值影響很大。通?；魻栯姌O位于基片長度的中間，其寬度遠(yuǎn)小于基片的極位于基片長度的中間，其寬度遠(yuǎn)小于基片的長度。長度。 l圖圖d是根本丈量電路是根本丈量電路 。 霍爾式傳感器的運(yùn)用霍爾式傳感器的運(yùn)用l丈量原理丈量原理l霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，假設(shè)磁霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，假設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是位置的函數(shù)，那么霍爾電勢(shì)的感應(yīng)強(qiáng)度是位置的函數(shù)，那么霍爾電勢(shì)的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。大小就可以用來反映霍爾元件的位置。 l運(yùn)用運(yùn)用l1丈量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有丈量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功

10、功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；l2位移丈量、力、壓力、應(yīng)變、機(jī)械振位移丈量、力、壓力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度動(dòng)、加速度 l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l 構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，分量輕，頻帶寬，動(dòng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，分量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長態(tài)特性好和壽命長霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器 彈簧管彈簧管 磁鐵磁鐵 霍爾片霍爾片 加速度傳感器加速度傳感器 磁敏電阻磁敏電阻 當(dāng)外加磁場(chǎng)添加時(shí)，電阻的阻值也隨之添加當(dāng)外加磁場(chǎng)添加時(shí)，電阻的阻值也隨之添加的景象叫磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制成的元的景象叫磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制成的元件稱為磁敏電阻。金屬和半導(dǎo)體資料都有磁件稱為磁敏電阻。

11、金屬和半導(dǎo)體資料都有磁阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體資料的磁阻效應(yīng)顯著，故阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體資料的磁阻效應(yīng)顯著，故目前消費(fèi)的磁敏電阻都是用半導(dǎo)體資料制成。目前消費(fèi)的磁敏電阻都是用半導(dǎo)體資料制成。磁敏二極管磁敏二極管:一種磁電轉(zhuǎn)換器件，能將磁信息轉(zhuǎn)一種磁電轉(zhuǎn)換器件，能將磁信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。換為電信號(hào)。磁敏三極管磁敏三極管2 磁敏傳感器磁敏傳感器l由于磁敏傳感器對(duì)磁敏感，因此均可用于轉(zhuǎn)速、由于磁敏傳感器對(duì)磁敏感，因此均可用于轉(zhuǎn)速、磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)和角位移的丈量。磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)和角位移的丈量。 3 磁敏傳感器的運(yùn)用磁敏傳感器的運(yùn)用1 氣敏傳感器及其運(yùn)用氣敏傳感器及其運(yùn)用l氣敏傳感器是一種把氣體中的特定成分和濃度檢測(cè)出來氣

12、敏傳感器是一種把氣體中的特定成分和濃度檢測(cè)出來,并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。目前工廠和家庭中最常用的并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器主要是半導(dǎo)體式及接觸熄滅式。幾種氣敏傳感器主要是半導(dǎo)體式及接觸熄滅式。l半導(dǎo)體氣敏傳感器根本任務(wù)原理：利用半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器根本任務(wù)原理：利用半導(dǎo)體氣體傳感器中的氣敏元件同被測(cè)氣體接觸，產(chǎn)生半導(dǎo)體特性如電阻中的氣敏元件同被測(cè)氣體接觸，產(chǎn)生半導(dǎo)體特性如電阻等電學(xué)性質(zhì)變化的原理來檢測(cè)氣體成分或丈量氣體濃度。等電學(xué)性質(zhì)變化的原理來檢測(cè)氣體成分或丈量氣體濃度。l運(yùn)用：運(yùn)用：CO濃度的測(cè)控、可燃?xì)怏w走漏報(bào)警器、自動(dòng)換氣濃度的測(cè)控、

13、可燃?xì)怏w走漏報(bào)警器、自動(dòng)換氣扇的控制等。扇的控制等。四四 氣敏和濕敏傳感器及其運(yùn)用氣敏和濕敏傳感器及其運(yùn)用 氧化鋅元件是比較常用的一種氣敏氧化鋅元件是比較常用的一種氣敏元件。元件。 根據(jù)所用催化劑的不同，可以推測(cè)環(huán)根據(jù)所用催化劑的不同，可以推測(cè)環(huán)境空氣中大體含有哪些氣體。比如境空氣中大體含有哪些氣體。比如型半導(dǎo)體氧化鋅與少量的三氧化型半導(dǎo)體氧化鋅與少量的三氧化二鉻混合后，如有催化劑鉑存在，二鉻混合后，如有催化劑鉑存在，其元件的阻值與環(huán)境氣體中的乙烷、其元件的阻值與環(huán)境氣體中的乙烷、丙烷、異丁烷的含量有關(guān)，這些氣丙烷、異丁烷的含量有關(guān)，這些氣體含量越高，這種氣敏元件阻值越體含量越高，這種氣敏元件

14、阻值越小。小。 三氧化二鐵為主的氣敏元件。三氧化二鐵為主的氣敏元件。 這類材質(zhì)也是型半導(dǎo)體資料，它分這類材質(zhì)也是型半導(dǎo)體資料，它分為兩種：分別為為兩種：分別為三氧化二鐵和三氧化二鐵和三氧化二鐵。前者用來監(jiān)測(cè)液化三氧化二鐵。前者用來監(jiān)測(cè)液化石油氣；后者用來監(jiān)測(cè)乙烷、丙烷、石油氣；后者用來監(jiān)測(cè)乙烷、丙烷、丁烷、氫氣和以甲烷為主的天然氣，丁烷、氫氣和以甲烷為主的天然氣，還可以用來檢測(cè)乙醇?xì)怏w。還可以用來檢測(cè)乙醇?xì)怏w。 2 濕敏傳感器濕敏傳感器l濕敏傳感器是檢測(cè)物質(zhì)中所含水蒸氣含量的器件。濕敏傳感器是檢測(cè)物質(zhì)中所含水蒸氣含量的器件。是由濕敏元件配以相應(yīng)的檢測(cè)、控制電路構(gòu)成。是由濕敏元件配以相應(yīng)的檢測(cè)、控制電路構(gòu)成。l詳細(xì)有：毛發(fā)濕度計(jì)；干濕球溫度計(jì)；電阻濕度傳詳細(xì)有：毛發(fā)濕度計(jì)；干濕球溫度計(jì)；電阻濕度傳感器固體電介質(zhì)濕度傳感器、高分子電阻式濕度感器固體電介質(zhì)濕度傳感器、高分子電阻式濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器、熱敏電阻式濕度傳感器、半