測(cè)試技術(shù)(第三章)2

1、工程測(cè)試技術(shù)郭世偉第三章第三章 常用傳感器原理及信號(hào)調(diào)理方法（二）常用傳感器原理及信號(hào)調(diào)理方法（二）三、常用傳感器三、常用傳感器（一）電阻應(yīng)變片式傳感器 電阻應(yīng)變片是目前應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，可用以測(cè)量應(yīng)變、力、力矩、位移、壓力等。 1、工作原理 電阻應(yīng)變片的敏感元件是電阻絲，工作原理是其電阻應(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)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化。 22(12)(12 )llRArRRRdRdldrdlrdRdldrdERlr 對(duì)于金屬絲來(lái)說(shuō)，靈敏度S=1+22(12)dRdldrdEERlr 對(duì)于半導(dǎo)體材料來(lái)說(shuō)，其壓阻系數(shù)很大。在力的作用下

2、，半導(dǎo)體應(yīng)變片因電阻率變化引起的阻值變化項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幾何尺寸變化項(xiàng)，故SE則靈敏度 這比金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏度大幾十倍。2、應(yīng)變片的種類絲式金屬應(yīng)變計(jì)箔式半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)各自特點(diǎn)介紹 壓阻式傳感器即為半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，利用的是半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，即半導(dǎo)體材料的電阻率隨所受壓力的變化而變化，而金屬電阻應(yīng)變計(jì)電阻的變化主要是由于金屬絲幾何尺寸變化引起的。 與金屬電阻應(yīng)變計(jì)相比，半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的靈敏度很大，分辨率高，易于實(shí)現(xiàn)小型化、集成化，但溫度穩(wěn)定性差，靈敏度分散度大，大應(yīng)變時(shí)的非線性誤差大。a)為絕對(duì)壓力傳感器b)為表壓力傳感器c)為測(cè)壓力差d)為外形圖半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)3、電

3、阻應(yīng)變片式傳感器及其應(yīng)用舉例原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。橋梁固有頻率測(cè)量橋梁固有頻率測(cè)量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對(duì)橋梁進(jìn)行激勵(lì)，再通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。4、應(yīng)變片式傳感器的測(cè)量電路差動(dòng)輸入（二）電容式傳感器（二）電容式傳感器 1.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容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :AC0+A 當(dāng)被測(cè)量當(dāng)被測(cè)量、A或或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不

4、變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。2 分類分類 a) a) 極距變化型極距變化型; ;AC0021dCSAd 靈敏度 極距變化式的傳感器靈敏度高，但有線性誤差，適于小位移的測(cè)量，也可采用差動(dòng)式減小非線性誤差。b)b)面積變化型面積變化型: :平面線位移型平面線位移型, ,角位移型角位移型, , 柱面線位移型柱面線位移型. .靈敏度為常數(shù)，一般不會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。,bxbCS對(duì)于上圖的線位移型傳感器 22,22rrCS 對(duì)于上圖的角位移型傳感器 c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化

5、型3、電容式傳感器的測(cè)量電路（1）電橋型電路（2） 諧振電路諧振電路 （4）運(yùn)算放大器電路）運(yùn)算放大器電路可改善非線性關(guān)系可改善非線性關(guān)系（3）調(diào)頻電路4、應(yīng)用、應(yīng)用測(cè)介質(zhì)厚度例例: :液面高度測(cè)量液面高度測(cè)量例：例：電容傳聲器電容傳聲器 （三）電感式傳感器 電磁感應(yīng)為其理論基礎(chǔ)。利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。 按照變換方式的不同，電感式傳感器又分為可變磁阻式、渦流式、差動(dòng)變壓器式。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 1、可變磁阻式傳感器 以圖b）結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明原理： 自感系數(shù) 。氣隙厚度很小，且忽略掉鐵心和銜鐵的磁阻，有

6、2mWLR002mRA2002AWL,那么 可見改變氣隙厚度、氣隙截面積和磁路材料磁導(dǎo)率均可改變自感值。 氣隙厚度變化式的傳感器靈敏度高，有線性誤差，適于小位移的測(cè)量。氣隙截面積變化式傳感器線性度好，但靈敏度小。 上圖c)也稱為單螺管線圈型傳感器。 d)和下面的雙螺管線圈連接方式均為差動(dòng)方式，連接于電橋的相鄰橋臂上。 差動(dòng)連接方式的優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明。2、電渦流式電感傳感器 （1）原理 以渦流效應(yīng)為變換原理，渦流的交變磁通與線圈磁通相互作用，使線圈等效阻抗Z發(fā)生變化（主要是自感的變化），且有),(ZZ 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，接構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不：可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，接構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受

7、油污、介質(zhì)影響。受油污、介質(zhì)影響。應(yīng)用應(yīng)用：位移、力、振動(dòng)位移測(cè)量，測(cè)厚：位移、力、振動(dòng)位移測(cè)量，測(cè)厚,材質(zhì)判別材質(zhì)判別（2 2）應(yīng)用舉例：）應(yīng)用舉例： 例例 連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：原理：該類傳感器的特點(diǎn)例：例： 無(wú)損探傷無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化。火車輪檢測(cè)火車輪檢測(cè)油管檢測(cè)油管檢測(cè)例：例： 測(cè)厚測(cè)厚例：例： 零件計(jì)數(shù)零件計(jì)數(shù)為接近開關(guān)的用法為接近開關(guān)的用法（3）測(cè)量電路 即是后續(xù)的自感測(cè)量電路。一般有阻抗分壓式調(diào)幅電路和調(diào)頻電路。3、差動(dòng)變壓器式電感傳感器 （1）原理 該類傳感

8、器實(shí)為一個(gè)變壓器，它的次級(jí)是兩個(gè)參數(shù)完全相同，反極性串聯(lián)的兩線圈。120120120000eeeeeeeee鐵心居中時(shí)，鐵心下移時(shí)，鐵心上移時(shí)，可見，輸出電壓與位移成對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）應(yīng)用 厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.例：例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 例：例：張力測(cè)量張力測(cè)量可變鐵心式電感測(cè)微計(jì)可變鐵心式電感測(cè)微計(jì)（四）壓電晶體傳感器（四）壓電晶體傳感器 1、 利用壓電材料的壓電效應(yīng)利用壓電材料的壓電效應(yīng)某些物質(zhì)如石英單晶體、多某些物質(zhì)如石英單晶體、多晶壓電陶瓷，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何

9、尺寸會(huì)發(fā)生變化，而晶壓電陶瓷，當(dāng)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)部也會(huì)被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)；當(dāng)外力去掉時(shí)，且內(nèi)部也會(huì)被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。還有逆壓電效又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。還有逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。壓電式傳感器為一種可逆型換能器。應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。壓電式傳感器為一種可逆型換能器。 利用逆壓電效應(yīng)可將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生利用逆壓電效應(yīng)可將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。

10、而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此作為超聲波的接收器。超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此作為超聲波的接收器。 測(cè)試技測(cè)試技術(shù)中廣泛利用其正壓電效應(yīng)進(jìn)行力、壓力、加速度的測(cè)量。術(shù)中廣泛利用其正壓電效應(yīng)進(jìn)行力、壓力、加速度的測(cè)量。 以石英晶體為例，切片使用時(shí)應(yīng)注意方向，有縱向壓電效應(yīng)、以石英晶體為例，切片使用時(shí)應(yīng)注意方向，有縱向壓電效應(yīng)、橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng)。橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng)。 外力作用于晶片表面時(shí)，可看作是電荷發(fā)生器，又是一個(gè)電容器，是一個(gè)具有一定電容的電荷源。它產(chǎn)生的電荷與作用力成正比關(guān)系。AqCqD FuC電容量，電荷，開路電壓實(shí)際應(yīng)用中有串聯(lián)和并聯(lián)連接方法：壓電

11、式傳感器適宜于動(dòng)態(tài)測(cè)量。2、測(cè)量電路、測(cè)量電路 壓電式傳感器內(nèi)阻很高，電荷信號(hào)又很微弱，故需經(jīng)過(guò)放大和阻抗變換，才可再進(jìn)行后續(xù)處理。 目前均用電荷放大器作為前置放大器。電荷放大器為一個(gè)高增益帶電容反饋的運(yùn)算放大器，略去電路中的電阻量后的等效電路為下圖所示。()()()iaciiyfiiyfqe CCCee CeCee C-iyyiaciacifeeek ekCCCCCCCC放大器輸入端電壓放大器輸出端電壓，放大器開環(huán)增益壓電晶片電容連接電纜的等效電容放大器輸入等效電容電荷放大器的反饋電容yffyyfkqeCCkCqkeeqCC整理得：足夠大時(shí)得： 與 成正比，而與 無(wú)關(guān)。3、應(yīng)用、應(yīng)用b) 壓

12、力變送器壓力變送器a) 加速度計(jì)，力傳感器加速度計(jì)，力傳感器 例：例：飛機(jī)模態(tài)分析飛機(jī)模態(tài)分析 頻率曲線的共振頻率決定了加速度計(jì)的使用上限頻率，且頻率曲線的共振頻率決定了加速度計(jì)的使用上限頻率，且與加速度計(jì)的固定狀況有很大關(guān)系。與加速度計(jì)的固定狀況有很大關(guān)系。（五）磁電式傳感器（五）磁電式傳感器1、變換原理、變換原理: 電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理 磁感應(yīng)電式傳感器簡(jiǎn)稱感應(yīng)式傳感器，也稱電動(dòng)式傳磁感應(yīng)電式傳感器簡(jiǎn)稱感應(yīng)式傳感器，也稱電動(dòng)式傳感器。感器。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)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。它勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。它是一種機(jī)是一種機(jī)-電能量

13、變換型傳感器，不需電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，適要外部供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。 ),(,cos,mdtddtdRBABWe匝數(shù)為匝數(shù)為W的感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為的感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 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)，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)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2、分類、分類 按工作原理不同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通按工作原理不

14、同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通式和變磁通式，即動(dòng)圈式傳感器和磁阻式傳感器。式和變磁通式，即動(dòng)圈式傳感器和磁阻式傳感器。 磁電式動(dòng)圈式磁阻式線速度型角速度型N動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 WBLve kWBAe 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁阻式傳感器又稱為變磁通式傳感器或變氣隙式傳感器，常用磁阻式傳感器又稱為變磁通式傳感器或變氣隙式傳感器，常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。左圖為開路變磁通式傳感器，線圈和磁來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。左圖為開路變磁通式傳感器，線圈和磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪由導(dǎo)磁材料制成，安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪由導(dǎo)磁材料制成，安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒

15、，傳感器磁路磁阻變化一次，進(jìn)行測(cè)速。之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，進(jìn)行測(cè)速。 右圖為閉合磁路變磁通式傳感器，被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量齒右圖為閉合磁路變磁通式傳感器，被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形測(cè)量齒輪在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性變化，因而磁路輪在磁場(chǎng)氣隙中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性變化，因而磁路磁阻也周期性變化，磁通同樣周期性變化，則在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電磁阻也周期性變化，磁通同樣周期性變化，則在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其頻率動(dòng)勢(shì)，其頻率f與測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)速n成正比。成正比。3、應(yīng)用、應(yīng)用b) 測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)a)磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器（六）霍爾效應(yīng)傳感

16、器（六）霍爾效應(yīng)傳感器 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)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。是因磁場(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)。是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的電荷受磁場(chǎng)的洛倫茲力的作用結(jié)果。為運(yùn)動(dòng)的電荷受磁場(chǎng)的洛倫茲力的作用結(jié)果。 以以N型半導(dǎo)體為例說(shuō)明。型半導(dǎo)體為例說(shuō)明。siniBKVHH1、霍爾元件、霍爾元件霍爾元件為一種半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換元件。工作原理是霍爾效應(yīng)?；魻栐橐环N半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換元件。工作原理是霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的霍爾電場(chǎng)的產(chǎn)生的霍爾電場(chǎng)的電勢(shì)為：電勢(shì)為： 改變改變B、i 即可改變即可改變電勢(shì)值

17、，電勢(shì)值，B為位移函數(shù)為位移函數(shù)時(shí)可測(cè)位移值時(shí)可測(cè)位移值2、霍爾傳感器結(jié)構(gòu)和應(yīng)用、霍爾傳感器結(jié)構(gòu)和應(yīng)用霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖所示。霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖所示。 案例：案例：電流傳感器電流傳感器案例：案例：管道裂紋檢測(cè)管道裂紋檢測(cè)原理磁場(chǎng)強(qiáng)度變化檢測(cè) 由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下，具有感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬(從直流到微波)、動(dòng)態(tài)范圍大(輸出電勢(shì)變化范圍可達(dá)1000:1)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此獲得了廣泛應(yīng)用。 例如，在測(cè)量技術(shù)中用于將位移、力、加速度等量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器；在計(jì)算技術(shù)中用于作加、減、乘、除、開方、乘方以及微

18、積分等運(yùn)算的運(yùn)算器等。 3、 磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感應(yīng)半導(dǎo)體元件分類磁感磁感應(yīng)半應(yīng)半導(dǎo)體導(dǎo)體元件元件體元件體元件霍爾霍爾IC結(jié)型元件結(jié)型元件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)其它其它開關(guān)開關(guān)線性線性4、 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特點(diǎn)特點(diǎn) 電阻的增量與磁電阻的增量與磁 場(chǎng)的平方成正比；場(chǎng)的平方成正比； 與磁場(chǎng)的正負(fù)無(wú)關(guān)；與磁場(chǎng)的正負(fù)無(wú)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。 R-5 -4 -3 -2 -1

19、 0 1 2 3 4 5應(yīng)用應(yīng)用 磁頭；接近開關(guān)；無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。磁頭；接近開關(guān)；無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。（七）（七）光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換元件 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，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。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光并能將光能轉(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)。電效應(yīng)。 1、光敏電阻、光敏晶體管、光敏電阻、光敏晶體管 光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空空穴對(duì)穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線光線愈強(qiáng)愈強(qiáng),阻值愈低阻值愈低,這種光照

20、后電這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,稱為光稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有電器件有光敏電阻、光敏二極光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。管、光敏三極管。 2 、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-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池一定方向的電動(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。是常用的光生伏特型器件。+-PN3 、應(yīng)用、應(yīng)用 光敏二極管、光敏三極管均為近紅外接收管，用于紅外光敏二極管、光敏三極管均為近紅外接收管，用于紅外線遙控器（用于電視機(jī)、錄象

21、機(jī)等的遙控），光纖通訊，光線遙控器（用于電視機(jī)、錄象機(jī)等的遙控），光纖通訊，光電轉(zhuǎn)換器，光電耦合器，光電傳感器（光電開關(guān)），光電讀電轉(zhuǎn)換器，光電耦合器，光電傳感器（光電開關(guān)），光電讀出裝置（條形碼讀出器、自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等）。出裝置（條形碼讀出器、自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等）。 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。反射式、輻射式四種基本形式。 例：例：光電鼠標(biāo)就是利用光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來(lái)測(cè)量位移。與光敏晶體管組合來(lái)測(cè)量位移。例：例：亮度傳感器：亮度傳感器：通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與

22、內(nèi)部設(shè)定值相比較，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。節(jié)約電能的目的。（八）（八） 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、鉆、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)而成的半導(dǎo)體，它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)，隨溫度上升而阻值下降。具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。 典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)典型的熱敏電阻元件有圓形、桿形和珠形等，其結(jié)構(gòu)及溫度特性如圖所示。構(gòu)及溫度特性

23、如圖所示。 應(yīng)用應(yīng)用 溫控器溫控器熱敏電阻熱敏電阻（九）氣敏電阻傳感器（九）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、氧化氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳等金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，錳等金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，放出熱量，使元如一氧化碳、醇等時(shí)，會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，放出熱量，使元件溫度相應(yīng)增高，電阻發(fā)生變化。件溫度相應(yīng)增高，電阻發(fā)生變化。 氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如煤氣、氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如煤氣、或有毒氣體報(bào)警，也可用于對(duì)大氣污染監(jiān)測(cè)、或有毒氣體報(bào)警，也可用

24、于對(duì)大氣污染監(jiān)測(cè)、CO氣體氣體測(cè)量、酒精濃度探測(cè)等方面。測(cè)量、酒精濃度探測(cè)等方面。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（十）（十） CCD固態(tài)圖象傳感器固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體半導(dǎo)體(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，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個(gè)金屬化物上再沉積一層金屬電極，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)。 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MOS

25、單元，如果照射單元，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)度相對(duì)應(yīng)的光生電荷圖像。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。01111100光敏管陣光敏管陣列列并聯(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 特點(diǎn)特點(diǎn):(1) 非接觸檢測(cè);(2) 響應(yīng)快;(3) 可靠性高,為修簡(jiǎn)便;(4) 測(cè)量精度高;(5) 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;(7) 受被測(cè)物體以外的光的影響. 應(yīng)用應(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.（十一

26、）熱輻射檢測(cè)傳感器（十一）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)度依賴于物體的溫絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依賴于物體的溫度度(K)，在此僅考慮黑體也稱全輻射體的輻射能和波長(zhǎng)的關(guān)，在此僅考慮黑體也稱全輻射體的輻射能和波長(zhǎng)的關(guān)系。根據(jù)普朗克輻射定律有以下表達(dá)式：系。根據(jù)普朗克輻射定律有以下表達(dá)式：應(yīng)用：應(yīng)用： 冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過(guò)程中都涉及到動(dòng)冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過(guò)程中都涉及到動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問(wèn)題。態(tài)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問(wèn)題。（十二）超聲波檢測(cè)傳感器（十二）超聲波檢測(cè)傳感器 1、聲波及其分類、聲波及其分類(1)次聲波，振動(dòng)頻率低于次聲波，振動(dòng)頻率低于l6H

27、z的機(jī)械波。的機(jī)械波。(2)聲波聲波:振動(dòng)頻率在振動(dòng)頻率在16Hz20KHz之間的機(jī)械波。之間的機(jī)械波。(3)超聲波超聲波:高于高于20KHz的機(jī)械波。的機(jī)械波。2、超聲波的物理性質(zhì)、超聲波的物理性質(zhì) 超聲波與一般聲波比較，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，因超聲波與一般聲波比較，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，因而具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)而具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的一般聲波，并具有很高的穿透能力。遠(yuǎn)大于振幅相同的一般聲波，并具有很高的穿透能力。 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)存在反射、折射、擴(kuò)散、散超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)存在反射、折射、擴(kuò)散、散射等物理性質(zhì)。射等物理性質(zhì)。

28、 3、 超聲波傳感器及應(yīng)用超聲波傳感器及應(yīng)用 (1)超聲波傳感器對(duì)超聲波傳感器對(duì)(2)超聲波探傷超聲波探傷超聲波的發(fā)射與接受超聲波的發(fā)射與接受案例：案例：輸油管檢測(cè)檢測(cè)機(jī)器人4、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，以彈材料或結(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)象稱無(wú)聲發(fā)射。各種材料聲發(fā)性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱無(wú)聲發(fā)射。各種材料聲發(fā)射的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻到超聲頻，但多數(shù)金射的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻到超聲頻，但多數(shù)金屬屬(如鋼、鐵等如鋼、鐵等)的聲發(fā)射頻帶，均在超聲范圍內(nèi)。的聲發(fā)射頻帶，均在超聲范圍內(nèi)。 聲發(fā)

29、射分聲發(fā)射分:1）連續(xù)發(fā)射）連續(xù)發(fā)射;2）突發(fā)發(fā)射。由于結(jié)構(gòu)和傳感）突發(fā)發(fā)射。由于結(jié)構(gòu)和傳感器的諧振，檢測(cè)到的發(fā)射信號(hào)像衰減的正弦波，檢測(cè)到的器的諧振，檢測(cè)到的發(fā)射信號(hào)像衰減的正弦波，檢測(cè)到的兩類信號(hào)如圖所示。兩類信號(hào)如圖所示。案例：案例： 材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。 （十三）光纖傳感器簡(jiǎn)介（十三）光纖傳感器簡(jiǎn)介 光導(dǎo)纖維由纖芯和包層構(gòu)成，以全反射為工作原理，光線傳光導(dǎo)纖維由纖芯和包層構(gòu)成，以全反射為工作原理，光線傳播路線為鋸齒形。光纖傳感器有物性型和結(jié)構(gòu)型。播路線為鋸齒形。光纖傳感器有物性型和結(jié)構(gòu)型。 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)。入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。 如應(yīng)變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度、如應(yīng)變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度、放射性和化學(xué)等作用可能會(huì)改變光傳播的強(qiáng)度或相位。放射性和化學(xué)等作用可能會(huì)改變光傳播的強(qiáng)度或相位。1、物性型光纖傳感器、物性型光纖傳感器光纖流速傳感器光纖流速傳感器 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結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)