傳感器原理 精品課件

1、傳感器原理 1第1頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日 諧振式傳感器示意圖 激勵(lì) 諧振器 檢測(cè)調(diào)幅移相輸出開(kāi)環(huán)閉環(huán)被測(cè)量 3.3 其它力/壓力傳感器2第2頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日按振動(dòng)結(jié)構(gòu)不同分為： 振弦式壓力傳感器 振動(dòng)筒式壓力傳感器 振動(dòng)膜式壓力傳感器 振梁式壓力傳感器 樂(lè)器的發(fā)音機(jī)理！3.3 其它力/壓力傳感器3第3頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日Q值越高：損耗小諧振穩(wěn)定抗干擾能力強(qiáng)傳感器重復(fù)性好品質(zhì)因數(shù)Q3.3 其它力/壓力傳感器諧振子不直接接觸被測(cè)氣體二級(jí)敏感4第4頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，

2、16點(diǎn)28分，星期日AAm0.707Am 利用幅頻特性獲得Q值03.3 其它力/壓力傳感器5第5頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日一、基本原理和類(lèi)型 1.振弦式傳感器 敏感元件： 有預(yù)緊力的振弦。原理： 固有頻率f與拉緊力T的關(guān)系式： 3.3 其它力/壓力傳感器6第6頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日結(jié)構(gòu)形式：v 預(yù)緊力： 上、下夾塊、螺釘。v 加力： P 膜片、下夾塊。v 激勵(lì)： 電磁激勵(lì)振弦式壓力傳感器3.3 其它力/壓力傳感器7第7頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日2.振筒式傳感器 3.3 其它力/壓力傳感器8第8頁(yè)

3、，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日3.3 其它力/壓力傳感器激振： 激勵(lì)線圈 磁場(chǎng)變化筒壁變形拾振： 筒壁變形拾振線圈產(chǎn)生感生電勢(shì) 壓力變化 圓筒剛度變化 諧振頻率變化9第9頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日v 氣體空腔v 壓力膜片的支架上安裝有振動(dòng)膜片v 振動(dòng)膜片的兩側(cè)有激振線圈、拾振線圈v 正反饋振蕩電路1 激振線圈2 振動(dòng)膜片3 拾振線圈4 壓力膜片3、膜片狀諧振傳感器3.3 其它力/壓力傳感器10第10頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日4、梁式諧振傳感器3.3 其它力/壓力傳感器11第11頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5

4、月20日，16點(diǎn)28分，星期日拾振電阻諧振梁激勵(lì)電阻電極引線Si-Si鍵合膜片淺槽zyx3.3 其它力/壓力傳感器電熱激勵(lì)電阻拾振12第12頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日壓力壓力3.3 其它力/壓力傳感器13第13頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日2AP界面HG膜片h氣體介質(zhì)諧振梁3.3 其它力/壓力傳感器14第14頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日 P F 5.梁式諧振傳感器3.3 其它力/壓力傳感器隔離結(jié)構(gòu)非常重要！15第15頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日杠杠放大 杠杠機(jī)構(gòu)的柔性設(shè)計(jì)石英

5、梁3.3 其它力/壓力傳感器16第16頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日杠桿機(jī)構(gòu)對(duì)比示意圖微杠桿機(jī)構(gòu)可行性 (a) (b)b3c12a柔性鉸鏈硅材料特性微尺寸效應(yīng)3.3 其它力/壓力傳感器17第17頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日敏感單元：石英音叉原理： P F 壓電激振、拾振石英的壓電效應(yīng)和諧振特性！6.石英音叉諧振傳感器3.3 其它力/壓力傳感器18第18頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日3.3 其它力/壓力傳感器19第19頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日3.3.4 光纖力學(xué)量傳感器 強(qiáng)度調(diào)

6、制型反射式光纖微壓傳感器 檢測(cè)微小壓力、微小壓差 Y型光纖束：光纖入射臂、光纖出射臂，光纖探頭。敏感單元：彈性薄膜、高反射率薄片。光源光接收信號(hào)處理Y型光線彈性薄膜氣孔1氣孔23.3 其它力/壓力傳感器光纖探頭原理：氣體壓力變化引起光強(qiáng)變化測(cè)試氣壓、壓力差20第20頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日3.3.5 壓電涂層傳感器 一、結(jié)構(gòu)涂料： 填料：壓電陶瓷材料如PZT和壓電聚脂薄膜如PVDF。 基液：環(huán)氧樹(shù)脂膠液。制作：涂刷結(jié)構(gòu)、印刷電極和導(dǎo)線極化處理3.3 其它力/壓力傳感器21第21頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日二、性能 1.壓電效率：

7、指單位應(yīng)變所能感應(yīng)出的電荷多少。2.閾值體積： 微觀上，PZT顆粒是相互隔離 PZT填料組份大于閥值VPZT極化電場(chǎng)強(qiáng)度；涂層厚度；極化時(shí)間；3.3 其它力/壓力傳感器22第22頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日一、Z元件概述 Z-元件發(fā)明于80年代，公開(kāi)報(bào)道于90年代，專(zhuān)利費(fèi)高達(dá)10億美元。 俄羅斯傳感器專(zhuān)家V.ZOTOV教授發(fā)明 溫敏、光敏、磁敏、力敏Z元件 優(yōu)點(diǎn)：直接輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)、頻率信號(hào)，三端傳感器。 不足：體積很小，非常薄脆。 3.3.6 力敏Z元件及觸覺(jué)傳感器 3.3 其它力/壓力傳感器Z-元件具有很大開(kāi)發(fā)潛力23第23頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，

8、16點(diǎn)28分，星期日突出優(yōu)勢(shì)：電路簡(jiǎn)單，組態(tài)靈活，輸出多路的開(kāi)關(guān)、模擬或脈沖頻率信號(hào)，構(gòu)成不同品種的三端傳感器。工作原理：N區(qū)被重?fù)诫s補(bǔ)償?shù)奶胤NPN結(jié)。利用不同擴(kuò)散源的擴(kuò)散特征，使普通的PN結(jié)結(jié)構(gòu)從另一側(cè)對(duì)N區(qū)進(jìn)行穿透性金（或銅或鋅）擴(kuò)散，形成獨(dú)特的半導(dǎo)體敏感元件。 3.3 其它力/壓力傳感器24第24頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日二、Z元件的機(jī)理 3.3.6 力敏Z元件及觸覺(jué)傳感器 材料： N型硅單晶、Al擴(kuò)散形成PN結(jié)、單面打磨、鍍Ni電極。結(jié)構(gòu)： PN結(jié)和N型側(cè)敏感層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 Z元件的工作電路 3.3 其它力/壓力傳感器25第25頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，

9、5月20日，16點(diǎn)28分，星期日外力作用于Z元件P端時(shí)： 敏感層電阻率變小，使線性區(qū)斜率增大，達(dá)到電流值Im時(shí)其電壓值小于靜態(tài)下發(fā)生跳變時(shí)Um，曲線向左移，施加的力值越大，左移的距離越大。外力作用于Z元件P端時(shí)：三、電流-電壓特性 3.3 其它力/壓力傳感器26第26頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日四、在觸覺(jué)傳感器中的應(yīng)用 觸覺(jué)傳感器：是智能機(jī)器人最需解決的研究重點(diǎn)之一。目前有機(jī)械式、壓阻式、電容式、壓電式、磁電式和光電式。3.3 其它力/壓力傳感器力敏觸覺(jué)傳感器：施加外力載荷時(shí)，必須通過(guò)某種彈性體作為依托。當(dāng)力載荷作用于彈性體時(shí)，內(nèi)應(yīng)力改變力敏Z-元件的工作狀態(tài)(低阻態(tài)、高阻態(tài))。彈性體：條形、園形膜片；磷銅、合金鋼材料；懸臂式結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)。 27第27頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)28分，星期日原理： 通過(guò)平板結(jié)