傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 項(xiàng)目5-8 超聲波傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與調(diào)試 - 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與調(diào)試

SensorsapplicationtechnologyUltrasonicbasicconcepts超聲波基本概念1.1超聲波的定義1.2超聲波的物理量1.3超聲場(chǎng)的物理量1.4超聲波的波型課程內(nèi)容CourseContents聲波的實(shí)質(zhì)機(jī)械振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播。1.1超聲波的定義次聲超聲可聽(tīng)聲超聲波是頻率大于兩萬(wàn)赫茲的聲波。1.1超聲波的定義1.2超聲波的物理量頻率波長(zhǎng)聲速頻率f/周期T聲源在一秒鐘內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)叫頻率，記作f，單位為Hz。振動(dòng)一次所經(jīng)歷的時(shí)間叫周期，記作T，單位為s。頻率和周期互為倒數(shù)，即T=1/f。1.2超聲波的物理量波長(zhǎng)λ沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的距離稱(chēng)作波長(zhǎng)，記為λ，單位為m。頻率波長(zhǎng)聲速1.2超聲波的物理量超聲波在空氣中傳播速度近似為340m/s頻率波長(zhǎng)聲速聲速c一秒時(shí)間內(nèi)聲波傳播的距離叫聲波速度，簡(jiǎn)稱(chēng)聲速，記作c，單位為m/s頻率、波長(zhǎng)和聲速三者的關(guān)系是：c＝fλ充滿超聲波的空間叫做超聲場(chǎng)。聲壓聲強(qiáng)聲阻抗1.3超聲場(chǎng)的物理量聲壓p

當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓強(qiáng)與沒(méi)有超聲場(chǎng)存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)之差被稱(chēng)為聲壓，常用p表示，單位為帕(Pa)

。1.3超聲場(chǎng)的物理量某一點(diǎn)聲壓幅值P=ρcu其中ρ----介質(zhì)的密度;c----介質(zhì)中的聲速;u----質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度聲強(qiáng)I1.3超聲場(chǎng)的物理量在垂直于超聲波方向上的單位面積內(nèi)通過(guò)的聲能量被稱(chēng)為聲強(qiáng)度，也稱(chēng)聲強(qiáng)。聲強(qiáng)的單位是W/m2，瓦/平方米。I=（p^2）/(ρc)（此時(shí)p為有效值）聲阻抗Z超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓p與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度u之比稱(chēng)為聲阻抗，常用Z表示。Z=p/u=ρcu/u=ρc由上式可知，聲阻抗的大小等于介質(zhì)的密度ρ與波速c的乘積1.3超聲場(chǎng)的物理量①縱波：②橫波：③表面波：固體、液體和氣體固體固體振幅隨深度增加而迅速衰減1.4超聲波的波型①縱波：固體、液體和氣體中傳播介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向同軸的波1.4超聲波的波型②橫波：固體中傳播1.4超聲波的波型介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波1.4超聲波的波型③表面波：固體中傳播質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波和縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ湔穹S深度增加而迅速衰減的波電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicbasiccharacteristics超聲波基本特性1.1超聲波的反射折射特性1.2超聲波的衰減特性1.3超聲波的生物效應(yīng)課程內(nèi)容CourseContents

當(dāng)超聲波相對(duì)于界面入射點(diǎn)法線以一定的角度傾斜入射到兩種不同介質(zhì)的界面上時(shí)，在界面會(huì)產(chǎn)生反射、折射1.1超聲波的反射折射特性c1，

c2為介質(zhì)1和介質(zhì)2中波速1.1超聲波的反射折射特性入射波

′界面介質(zhì)1介質(zhì)2反射波折射波（1）反射定律（2）折射定律1.1超聲波的反射折射特性入射波

′界面介質(zhì)1介質(zhì)2反射波折射波若Z2≈Z1

聲波幾乎沒(méi)有反射，全部從第一介質(zhì)透射入第二介質(zhì)若Z2>>Z1

或Z1>>Z2,則聲波幾乎全反射，透射極少Z1，Z2為介質(zhì)1和介質(zhì)2中聲阻抗超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，超聲波的能量逐漸減弱的現(xiàn)象稱(chēng)為超聲波的衰減。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為1.2超聲波的衰減特性式中：Px、Ix——距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)；

x——聲波與聲源間的距離；

α——衰減系數(shù)，單位為Np/cm（奈培/厘米）。衰減的主要原因：①擴(kuò)散衰減

②散射衰減③吸收衰減

1.2超聲波的衰減特性隨聲波傳播距離增加而引起聲能的減弱。衰減的主要原因：①擴(kuò)散衰減

②散射衰減③吸收衰減1.2超聲波的衰減特性衰減的主要原因：①擴(kuò)散衰減

②散射衰減③吸收衰減1.2超聲波的衰減特性①機(jī)械效應(yīng)

在超聲波的作用下，生物組織將受到壓力的作用，并產(chǎn)生速度和加速度方面的變化。1.3超聲波的生物效應(yīng)可軟化組織、增強(qiáng)滲透、提高代謝、促進(jìn)血液循環(huán)、刺激神經(jīng)系統(tǒng)及細(xì)胞功能②溫?zé)嵝?yīng)

超聲在生物組織中傳播過(guò)程中，部分聲能被生物組織吸收，轉(zhuǎn)換為熱能。1.3超聲波的生物效應(yīng)超聲透熱療法促進(jìn)骨折愈合③理化效應(yīng)

機(jī)械效應(yīng)和溫?zé)嵝?yīng)會(huì)促發(fā)生物組織內(nèi)的物理化學(xué)變化。1.3超聲波的生物效應(yīng)1.氫離子濃度的改變

炎癥組織中伴有酸中毒現(xiàn)象時(shí)，超聲波可使pH值向堿性方面變化，從而使癥狀減輕，有利于炎癥的修復(fù)。2.對(duì)酶活性的影響

超聲波能使復(fù)雜的蛋白質(zhì)解聚為普通的有機(jī)分子，能影響到許多酶的活性。④空化效應(yīng)

超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生聲壓。當(dāng)產(chǎn)生的負(fù)聲壓超過(guò)液體的內(nèi)聚力時(shí)，液體中出現(xiàn)細(xì)小的空腔。

1.3超聲波的生物效應(yīng)空腔分為兩種，即穩(wěn)定空腔和暫時(shí)空腔。穩(wěn)定空腔周?chē)a(chǎn)生局部的單向的液體流動(dòng)，可以改變細(xì)胞膜的通透性。

暫時(shí)的空腔在聲壓變化時(shí)破滅，產(chǎn)生高熱、高壓、發(fā)光、放電等現(xiàn)象，對(duì)機(jī)體有破壞作用。電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicsensorprinciplesandcharacteristics超聲波傳感器原理與特性1.1超聲波傳感器的定義1.2超聲波傳感器的原理1.3超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)1.4超聲波傳感器的特性1.5超聲波傳感器的性能指標(biāo)課程內(nèi)容CourseContents1.1超聲波傳感器的定義

超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱(chēng)為壓電式超聲波探頭。

。

利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置稱(chēng)為超聲波傳感器，也稱(chēng)為超聲波探頭。1.2超聲波傳感器的原理利用壓電材料的壓電效應(yīng)制成壓電式超聲波傳感器。正向壓電效應(yīng)逆向壓電效應(yīng)。

超聲波探頭結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、引線等組成。壓電晶片多為圓板形，厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導(dǎo)電的極板。阻尼塊的作用：降低晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收聲能量。如果沒(méi)有阻尼塊,當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí),晶片將會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。1.3超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)基座雙壓電陶瓷晶片錐形振子屏蔽柵外殼發(fā)送超聲波時(shí)，圓錐形振子有較強(qiáng)的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波；接收超聲波時(shí)，超聲波的振動(dòng)集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。1.3超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)空氣中用超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)(1)頻率特性發(fā)送超聲波接收超聲波1.4超聲波傳感器的特性傳感器的帶寬較窄、具有單峰特性，即在中心頻率處?kù)`敏度最高，輸出信號(hào)幅度最大，也幾乎在這個(gè)頻點(diǎn)，接收器的接收靈敏度最高，而在中心頻率兩側(cè)則迅速衰減。

(2)指向性特性1.4超聲波傳感器的特性方向角(-6dB)：從超聲波傳感器軸線到聲壓降6dB處的角度(3)阻抗特性阻抗頻率并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振1.4超聲波傳感器的特性超聲波傳感器具有高阻特性，驅(qū)動(dòng)電流小，要求驅(qū)動(dòng)電壓較高，是電壓驅(qū)動(dòng)型傳感器。（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。（3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。1.5超聲波傳感器的性能指標(biāo)超聲波傳感器-性能參數(shù)1.5超聲波傳感器的性能指標(biāo)電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程SensorsapplicationtechnologyThestructureandprincipleofUltrasonictransmittingcircuit超聲波發(fā)射電路結(jié)構(gòu)與原理1.1

超聲波發(fā)射電路結(jié)構(gòu)1.2

振蕩電路原理1.3

驅(qū)動(dòng)電路原理課程內(nèi)容CourseContents振蕩電路：產(chǎn)生超聲波傳感器工作需要的40KHz頻率信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)電路：增大驅(qū)動(dòng)電流，有效驅(qū)動(dòng)超聲波振子發(fā)送超聲波。

超聲波發(fā)射頭：發(fā)出40KHz超聲波

超聲波發(fā)射頭振蕩電路驅(qū)動(dòng)電路1.1

超聲波發(fā)射電路結(jié)構(gòu)振蕩電路部分驅(qū)動(dòng)電路部分Control1.1

超聲波發(fā)射電路結(jié)構(gòu)振蕩電路部分IC1輸出信號(hào)的周期為T(mén)1TH=0.7（R1+R2）C1=71msTL=0.7*R2*C1=1msT1=0.7（R1+2R2）C1=72ms9V1.2振蕩電路原理振蕩電路部分IC2輸出信號(hào)的周期為T(mén)2T2=0.7（R3+2VR1）C3調(diào)節(jié)VR1使IC2輸出信號(hào)頻率為40KHz

9V1.2振蕩電路原理1.3驅(qū)動(dòng)電路原理兩個(gè)反相器并聯(lián)，輸出電流加倍反相電壓雙端驅(qū)動(dòng)，增大驅(qū)動(dòng)電壓VH輸入信號(hào)超聲頭上的信號(hào)CABCBVH輸入信號(hào)超聲頭上的信號(hào)-VH1.3驅(qū)動(dòng)電路原理電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程SensorsapplicationtechnologyThestructureandprincipleofUltrasonicreceivingcircuit超聲波接收電路結(jié)構(gòu)與原理1.1

超聲波接收電路結(jié)構(gòu)1.2

放大電路原理1.3

波形變換電路原理課程內(nèi)容CourseContents

超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分。由于經(jīng)接收頭變換后的交流電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。交流信號(hào)需要變換為直流信號(hào)以判斷是否有回波及回波的大小。

超聲波接收頭波形變換放大電路1.1

超聲波接收電路結(jié)構(gòu)放大電路1檢波電路放大電路2接收部分比較輸出1.1

超聲波接收電路結(jié)構(gòu)放大電路部分波形變換部分第1級(jí)放大100倍（40dB），第2級(jí)放大10倍（20dB），經(jīng)兩級(jí)放大1000倍（60dB）。

單電源（9V）供電，分壓之后，在IC4的同相端有4.5V的中點(diǎn)電壓，保證放大的交流信號(hào)不至于產(chǎn)生信號(hào)失真。

1.2放大電路原理第一級(jí)放大器的幅頻特性第一級(jí)放大器的相頻特性1.2放大電路原理第一級(jí)放大器的頻率特性第二級(jí)放大器的幅頻特性第二級(jí)放大器的相頻特性1.2放大電路原理第二級(jí)放大器的頻率特性作用：檢出經(jīng)放大后的脈沖信號(hào)的直流電壓以判斷有無(wú)回波信號(hào)。

檢波電路1.3波形變換電路原理ChannelAChannelB檢波電路的輸入輸出波形1.3波形變換電路原理R12R13Control1M47K9V比較輸出電路1.3波形變換電路原理電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰、晏凱《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程SensorsapplicationtechnologyUltrasonicsensorapplications超聲波傳感器的應(yīng)用分析1.1超聲波傳感器測(cè)液位原理1.2超聲波傳感器測(cè)流量原理1.3超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)分析課程內(nèi)容CourseContents1.1超聲波傳感器測(cè)液位原理超聲波發(fā)射到液面，又從液面反射到換能器的時(shí)間為t

式中：h——換能器距液面的距離；

c——超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。測(cè)液位原理Hh

如果在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L(zhǎng),如圖所示。如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為t1，逆流方向的傳播時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則測(cè)流量原理1.2超聲波傳感器測(cè)流量原理因此超聲波傳播時(shí)間差為

一般來(lái)說(shuō)，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，即c>>v,從上式便可得到流體的流速，即1.3超聲波傳感器測(cè)流量原理測(cè)流量原理超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)發(fā)射電路接收電路電源電路控制電路發(fā)射電路：將壓電晶體的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波并向空中輻射接收電路：將接收到的超聲波傳給壓電晶體將其轉(zhuǎn)換成電信

號(hào)控制電路：對(duì)發(fā)射脈沖信號(hào)、占空比、計(jì)數(shù)時(shí)間、探測(cè)距

離等進(jìn)行處理與控制1.3超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)分析1、組成電源電路：為各部分電路提供直流電壓

2、電路框圖超聲波發(fā)射頭超聲波接收頭振蕩電路驅(qū)動(dòng)電路波形變換放大電路控制處理單元顯示電源電路發(fā)射電路接收電路顯示控制電路電源電路1.3超聲波傳感器測(cè)量分析系統(tǒng)發(fā)射電路1、組成振蕩電路：產(chǎn)生超聲波傳感器工作需要的40KHz方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路：功率放大，有效驅(qū)動(dòng)超聲波振子發(fā)送超聲波超聲波發(fā)射頭：產(chǎn)生超聲波信號(hào)并向空中輻射超聲波發(fā)射頭振蕩電路驅(qū)動(dòng)電路2、各部分作用1.3超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)分析接收電路1、組成放大電路：將接收到的反射波電信號(hào)高增益放大，

放大到合適電壓值。波形變換：將交流信號(hào)變換為直流信號(hào)并判斷是否有回波超聲波接收頭：接收反射的超聲波信號(hào)2、各部分作用超聲波接收頭波形變換放大電路1.3超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)分析顯示控制電路1、組成單片機(jī)系統(tǒng)：控制發(fā)射脈沖信號(hào)、計(jì)數(shù)、計(jì)算探測(cè)距離顯示模塊：顯示距離值、報(bào)警指示

2、各部分作用單片機(jī)系統(tǒng)顯示模塊1.3超聲波傳感器測(cè)量系統(tǒng)分析《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Magnetoresistanceandapplication磁敏電阻及應(yīng)用Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.基本特性3.磁敏電阻器件4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)磁阻效應(yīng)（MR）的定義與特點(diǎn)磁阻效應(yīng)的定義當(dāng)一載流半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，其電阻值會(huì)隨磁場(chǎng)而變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。在磁場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體片內(nèi)電流分布是不均勻的，改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱就影響電流密度的分布，故表現(xiàn)為式中：

ρ0——零磁場(chǎng)時(shí)的電阻率；

Δρ——磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)電阻率的變化量；

K——比例因子；

μ——電子遷移率；

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；f(L/b)——形狀效應(yīng)系數(shù)。L，b——分別為磁敏電阻的長(zhǎng)（沿電流方向）和寬；1.

基礎(chǔ)知識(shí)磁阻效應(yīng)（MR）的定義與特點(diǎn)磁阻效應(yīng)的特點(diǎn)磁阻效應(yīng)與材料性質(zhì)及幾何形狀有關(guān)，一般遷移率大的材料，磁阻效應(yīng)愈顯著；元件的長(zhǎng)、寬比愈小，磁阻效應(yīng)愈大。與霍爾效應(yīng)的區(qū)別：霍爾電勢(shì)是指垂直于電流方向的橫向電壓，而磁阻效應(yīng)則是沿電流方向的電阻變化。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.

基本特性磁敏電阻的結(jié)構(gòu)和特性磁敏電阻常選用銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）和銻化鈮（NiSb）等半導(dǎo)體材料，在絕緣基片上蒸鍍薄的半導(dǎo)體材料，也可在半導(dǎo)體薄片上光刻或腐蝕成型（柵狀結(jié)構(gòu)）。2.

基本特性磁敏電阻的結(jié)構(gòu)和特性磁敏電阻器件一般在襯底上做兩個(gè)相互串聯(lián)的磁敏電阻，或四個(gè)磁敏電阻接成電橋形式，以便于不同場(chǎng)合，其線路形式如下圖所示：2.

基本特性磁敏電阻的結(jié)構(gòu)和特性

磁電特性：電阻的增量與磁場(chǎng)的平方成正比；與磁場(chǎng)的正負(fù)無(wú)關(guān)；

溫度特性：溫度系數(shù)影響大；

頻率特性：工作頻率范圍大；磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.磁敏電阻器件4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents833.磁敏電阻器件磁敏電阻器件MR214A/223A

MR214A/223A磁敏電阻的阻值為100Ω到幾kΩ，工作電壓一般在12V以下，頻率特性好(可達(dá)MHz)，動(dòng)態(tài)范圍寬，噪聲低(信噪比高)。843.磁敏電阻器件磁敏電阻器件M413A/414A

M413A/414A是由四個(gè)磁阻元件組成的器件，由兩相輸出，可測(cè)出旋轉(zhuǎn)方向、角度等參數(shù)，其元件配置、外形及等效電路如下圖所示。853.磁敏電阻器件磁敏電阻器件M413A/414A

M413A/414A接線與輸出波形如下圖所示。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.

磁敏電阻器件4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents4.應(yīng)用分析磁敏電阻應(yīng)用分析電橋電路三極管電路位移檢測(cè)硬盤(pán)磁頭4.應(yīng)用分析磁敏電阻應(yīng)用分析

非接觸式磁阻角度傳感器

非接觸式角度傳感器的外形及工作原理如左圖所示，它是由兩個(gè)半環(huán)形的磁阻元件組成，半圓形磁鐵與磁阻之間的間隙為0.2mm左右，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鐵則以差動(dòng)方式將磁場(chǎng)加于兩個(gè)磁阻元件上，可獲得±500（機(jī)械角度）的線性范圍。其輸出電壓與轉(zhuǎn)角間的特性如右圖所示4.應(yīng)用分析磁敏電阻應(yīng)用分析

磁阻式旋轉(zhuǎn)傳感器磁阻旋轉(zhuǎn)傳感器可以檢測(cè)磁性齒輪、齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)速，若采用四磁阻元件傳感器，還能檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的方向。采用雙元件磁阻旋轉(zhuǎn)傳感器的工作原理如左圖所示，當(dāng)齒輪的齒頂對(duì)準(zhǔn)MR1，而齒根對(duì)準(zhǔn)MR2時(shí)，MR1的電阻增加，而MR2的電阻不變，則Uout<Uin/2；另外，當(dāng)齒輪的齒頂對(duì)準(zhǔn)MR2，而齒根對(duì)準(zhǔn)MR1時(shí)，則Uout>Uin/2；當(dāng)齒頂（或齒根）在MTR1和MR2之間時(shí)，Uout≈Uin/2，其輸出電壓波形見(jiàn)右圖4.應(yīng)用分析磁敏電阻應(yīng)用分析

磁阻式圖形識(shí)別傳感器圖形識(shí)別傳感器能檢測(cè)紙片、紙幣等上面的磁性圖形或標(biāo)記，輸出相對(duì)應(yīng)于圖形的信號(hào)波形。由于磁性圖形印刷在紙片上，所以檢測(cè)信號(hào)十分微弱（比旋轉(zhuǎn)傳感器小三個(gè)數(shù)量級(jí)），需經(jīng)過(guò)放大電路放大，由示波器或記錄儀將波形顯示出來(lái)。電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程ApplicationandAnalysisofMagneticAngleMeasurement磁敏角度測(cè)量的應(yīng)用分析Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)巨磁阻效應(yīng)（GMR）及原理巨磁阻效應(yīng)：巨磁阻效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻效應(yīng)的原理：巨磁阻效應(yīng)可以用量子力學(xué)解釋?zhuān)恳粋€(gè)電子都能夠自旋，電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則電子散射率就低，穿過(guò)磁性層的電子就多，從而呈現(xiàn)低阻抗。反之當(dāng)自旋方向和磁性材料磁化方向相反時(shí)，電子散射率高，因而穿過(guò)磁性層的電子較少，此時(shí)呈現(xiàn)高阻抗。1.

基礎(chǔ)知識(shí)巨磁阻傳感器的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)巨磁阻效應(yīng)傳感器是基于層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。B=0鐵磁層的磁矩相互平行B≠0鐵磁層的磁矩為反平行當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時(shí)，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時(shí)，與自旋有關(guān)的散射最強(qiáng)，材料的電阻最大。1.

基礎(chǔ)知識(shí)傳感器其感應(yīng)材料主要有三層：參考層（ReferenceLayer或PinnedLayer）參考層具有固定磁化方向，其磁化方向不會(huì)受到外界磁場(chǎng)方向影響。普通層（NormalLayer）普通層為非磁性材料薄膜層，將兩層磁性材料薄膜層分隔開(kāi)。自由層（FreeLayer）自由層磁場(chǎng)方會(huì)隨著外界平行磁場(chǎng)方向的改變而改變。外磁場(chǎng)基底層巨磁阻傳感器的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.工作原理4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.

基本特性巨磁阻效應(yīng)(GMR)的電子特性2.

基本特性巨磁組角度傳感器的基本特性磁場(chǎng)線性區(qū)間用于速度檢測(cè)，而飽和區(qū)間則用于角度檢測(cè)。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.

工作原理4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1023.工作原理

TLE5011角度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖GMR垂直集成在芯片中。當(dāng)芯片正上方的磁場(chǎng)變化在飽和區(qū)時(shí)，可用于角度檢測(cè)，GMR元件的電阻值會(huì)隨著外界磁場(chǎng)方向改變而改變。四個(gè)獨(dú)立的巨磁阻感應(yīng)單元組成一個(gè)惠斯通電橋，箭頭方向代表參考層磁化方向。

角度傳感器總共有兩個(gè)惠斯通電橋分別用來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)正弦和余弦變化。其中VX代表輸出余弦信號(hào)，而VY代表輸出正弦信號(hào)。TLE5011巨磁阻效應(yīng)傳感器的工作原理：1033.工作原理

GMR角度傳感器的輸出波形TLE5011巨磁阻效應(yīng)傳感器的工作原理：正弦或者余弦信號(hào)只能檢測(cè)180°范圍，通過(guò)正弦和余弦信號(hào)求正切值，再反正切計(jì)算后便可以檢測(cè)360°范圍的角度變化

TLE5011通過(guò)測(cè)量正弦和余弦角分量檢測(cè)磁場(chǎng)的方向，正弦和余弦值能以數(shù)字形式讀出?？蓪?duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理以計(jì)算磁場(chǎng)（磁鐵）的角方向。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.

工作原理4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContentsSubtitle1Subtitle2Subtitle3巨磁阻角度傳感器的封裝與外形巨磁阻角度傳感器4.應(yīng)用分析TLE5011角度傳感器的基本特性?0.25μmCMOS技術(shù)?

工作電壓：3.3V和5V?

測(cè)量角度：0-360°?16位的高精度SD-ADC?

寬磁操作范圍：30mT至50mT?

雙向SSC接口，最高可達(dá)2Mbit/s?ADC和濾波器通過(guò)SSC與外部命令同步?

工作溫度：-40°C至+150°C（結(jié)溫）?ESD>4kV（HBM）CenterofSensitiveArea4.應(yīng)用分析4.應(yīng)用分析TLE5011電路原理圖4.

應(yīng)用分析磁傳感器角度測(cè)量電路磁角度模塊4.

應(yīng)用分析電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程StructureandPrincipleofReedSwitch干簧管結(jié)構(gòu)與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.基本特性3.工作方式4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.工作方式4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)干簧管的結(jié)構(gòu)干簧開(kāi)關(guān)是由兩片干簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成的)密封在玻璃管內(nèi)。玻璃管內(nèi)的兩片干簧片呈交迭狀且間隔有一小段空隙。適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)將會(huì)使兩片干簧片接觸。這兩片簧片上的觸點(diǎn)上鍍有層很硬的金屬，通常都是銠和釕。而玻璃管內(nèi)通常注入了氮?dú)饣蛞恍┑葍r(jià)的惰性氣體或把內(nèi)部做成真空狀態(tài)。

中心型1.

基礎(chǔ)知識(shí)干簧管的結(jié)構(gòu)可切換的簧片，在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)是與常閉片接觸，當(dāng)足夠強(qiáng)度的磁場(chǎng)產(chǎn)生時(shí),該簧片會(huì)移向常開(kāi)片，而常開(kāi)片與常閉片都是固定不動(dòng)的。這兩固定片與可擺動(dòng)切換的簧片均為鐵磁片，只是常閉的干簧片觸點(diǎn)表面部份是由非磁性的金屬熔焊于干簧片上的。置于磁場(chǎng)下時(shí)，兩旁位于常開(kāi)與常閉的固定片具相同極性，且和可擺動(dòng)簧片極性相反，常閉端的非磁性金屬會(huì)隔離磁通，因此當(dāng)常開(kāi)端與可擺動(dòng)簧片之間的磁力夠大時(shí),擺動(dòng)簧片將與常開(kāi)片接觸閉合。

偏置型1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.工作方式4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.

基本特性干式舌簧管的工作原理干簧管利用線圈或永磁體，為簧片誘導(dǎo)出N極和S極，后因這種磁性的吸引力而開(kāi)始吸合。當(dāng)解除磁場(chǎng)時(shí)，由于簧片所具有的彈性，觸點(diǎn)即刻恢復(fù)原狀并打開(kāi)電路。通常有兩種方式可以令干簧開(kāi)關(guān)的干簧片吸合。

1、使用永久性磁鐵(見(jiàn)左圖)；

2、使用外加線圈(見(jiàn)右圖)2.

基本特性干簧管的特點(diǎn)干式舌簧管結(jié)構(gòu)緊湊、重量小，能夠安裝在極度有限的空間，極適合用于微型化設(shè)備。

干式舌簧管的開(kāi)關(guān)元器件被氣密式密封于一惰性氣體氣氛中，永遠(yuǎn)不會(huì)與外界環(huán)境接觸，工作壽命。

干式舌簧管沒(méi)有采用滑動(dòng)元件，所以不會(huì)出現(xiàn)在所有金屬降級(jí)有關(guān)的金屬疲勞現(xiàn)象，確保實(shí)際上無(wú)極限的機(jī)械使用壽命。2.

基本特性干式舌簧管的作用干簧片的作用相當(dāng)與一個(gè)磁通導(dǎo)體。在通過(guò)永久磁鐵或電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，簧片會(huì)產(chǎn)生不同的極性,當(dāng)磁力超過(guò)簧片本身的彈力時(shí)，這兩片簧片會(huì)吸合導(dǎo)通電路；當(dāng)磁場(chǎng)減弱或消失后,干簧片由于本身的彈性而釋放，觸面就會(huì)分開(kāi)從而打開(kāi)電路。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.工作方式4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents干式舌簧管的工作方式使用永久磁鐵：干簧開(kāi)關(guān)在永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)下，兩簧片呈相反極性,

而在兩簧片間產(chǎn)生足夠的吸力而互相接觸。3.

工作方式干式舌簧管的工作方式使用外加線圈：將干簧開(kāi)關(guān)放置在線圈中心軸位置，磁場(chǎng)在這部份是最強(qiáng)的，兩干簧片呈相反極性，在兩簧片間產(chǎn)生足夠的吸力而互相接觸。3.

工作方式干式舌簧管的工作狀態(tài)位移式工作狀態(tài)：3.

工作方式干式舌簧管的工作狀態(tài)旋轉(zhuǎn)式工作狀態(tài)：3.

工作方式1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.

工作方式4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents4.應(yīng)用分析干簧管應(yīng)用分析——干簧管開(kāi)關(guān)干簧管傳感器電路的工作原理是：

當(dāng)磁鐵沒(méi)有靠近干簧管時(shí)，CD4017的輸出端0為高電平，LED指示燈亮，表示準(zhǔn)備工作，輸出端1為低電平，三極管不導(dǎo)通，繼電器不吸合。一旦磁鐵靠近干簧管時(shí)，CD4017的14腳輸入一個(gè)高電平，輸出端0為低電平，1為高電平，LED滅，繼電器吸合。只有將磁鐵拿開(kāi)，再次靠近干簧管，繼電器才會(huì)斷開(kāi)。這個(gè)電路可以用在洗手間的門(mén)上，當(dāng)人打開(kāi)門(mén)進(jìn)入洗手間時(shí)，磁鐵接觸到了干簧管，繼電器吸合，燈亮。當(dāng)人從洗手間里出來(lái)時(shí)，磁鐵再次靠近干簧管，繼電器斷開(kāi)，燈滅。4.應(yīng)用分析干簧管應(yīng)用分析——日常生活應(yīng)用4.應(yīng)用分析干簧管應(yīng)用分析——汽車(chē)上應(yīng)用液位感測(cè)位置感測(cè)震動(dòng)感應(yīng)器4.應(yīng)用分析干簧管應(yīng)用實(shí)訓(xùn)——磁敏傳感器信號(hào)檢測(cè)電路調(diào)試與應(yīng)用磁敏器件電路應(yīng)用原理圖如圖1所示。在圖中U5為干簧管（常開(kāi)型），當(dāng)有磁性物體靠近時(shí)，干簧管吸合，A1處變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^(guò)反相器后A2、A3處變?yōu)楦唠娖剑訪ED燈D5被點(diǎn)亮。U4為二輸入或門(mén)，當(dāng)A2為高電平時(shí)，U4輸出位高，場(chǎng)效應(yīng)管Q3被打開(kāi)，蜂鳴器報(bào)警。U7為霍爾傳感器，其工作原理與干簧管類(lèi)似。4.應(yīng)用分析干簧管應(yīng)用實(shí)訓(xùn)——磁敏傳感器信號(hào)檢測(cè)電路調(diào)試與應(yīng)用電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程StructureandPrincipleofMagneticTransistor磁敏晶體管結(jié)構(gòu)與原理Sensorsapplicationtechnology1.

磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)磁敏晶體管是霍爾元件和磁阻元件之后發(fā)展起來(lái)的新型半導(dǎo)體磁敏元件。磁敏二極管和磁敏三極管是一種PN結(jié)型的新型磁電轉(zhuǎn)換器件，它具有輸出信號(hào)大、靈敏度高（約為霍爾元件的數(shù)百至數(shù)千倍）、工作電流小，體積小等特點(diǎn)，在磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)速、探傷等檢測(cè)與控制中應(yīng)用廣泛。磁敏二極管及結(jié)構(gòu)磁敏二極管是一種PIN型磁敏元件，由硅或鍺材料制成。P型和N型電極由高阻材料制成，I為本征區(qū)。I區(qū)的r面粗糙，設(shè)置成高復(fù)合區(qū)（r區(qū)），目的是使電子－空穴對(duì)易于在粗糙表面復(fù)合而消失；另一面比較光滑。1.磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)磁敏三極管及結(jié)構(gòu)磁敏三極管是在磁敏二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的磁敏晶體管，由Si或Ge材料經(jīng)摻雜擴(kuò)散而成的硅管或鍺管，有NPN型和PNP型兩種。如圖表示NPN型磁敏三極管的基本結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)。1.磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)1.

磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管工作原理磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變引起電流發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場(chǎng)H+作用時(shí)，電子和空穴受到洛侖茲力的作用向r區(qū)偏轉(zhuǎn)，電子和空穴復(fù)合速度加快，所形成的電流減小；當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場(chǎng)H－作用時(shí)，電子和空穴受到洛侖茲力的作用向I區(qū)偏轉(zhuǎn)，電子和空穴復(fù)合速度減慢，所形成的電流增大。磁敏二極管的特性

伏安特性：

如圖在給定的磁場(chǎng)下，磁敏二極管正向偏壓與偏流的關(guān)系稱(chēng)為磁敏二極管的伏安特性。2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管的特性磁電特性：

是指磁敏二極管輸出電壓變化量與外加磁場(chǎng)的關(guān)系，如圖所示。2.磁敏二極管工作原理及特性磁敏二極管的特性溫度特性及補(bǔ)償：由于磁敏二極管是由鍺和硅材料制成，因而受溫度的影響較大，在使用磁敏二極管時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，常用的補(bǔ)償電路如圖所示。2.磁敏二極管工作原理及特性1.

磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1443.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管工作原理如果外加正向偏壓，即P區(qū)接正，N區(qū)接負(fù)，那么將會(huì)有大量空穴從P區(qū)注入到I區(qū)，同時(shí)也有大量電子從N區(qū)注入到I區(qū)，如將這樣的磁敏三極管置于磁場(chǎng)中，則注入的電子和空穴都要受到洛侖茲力的作用而向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，當(dāng)磁場(chǎng)方向使電子和空穴向r面偏轉(zhuǎn)時(shí)，它們將因復(fù)合而消失，因而電流很小；當(dāng)磁場(chǎng)方向使電子和空穴向光滑面偏轉(zhuǎn)時(shí)它們的復(fù)合率變小，電流就大。1453.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性伏安特性磁敏三極管的伏安特性類(lèi)似于普通雙極性三極管的伏安特性，如圖所示。1463.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性磁電特性

磁電特性是磁敏三極管重要的工作特性，它反映外加磁場(chǎng)對(duì)磁敏三極管集電極電流的影響，如圖表示NPN型鍺管的磁電特性。1473.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特性溫度特性及補(bǔ)償磁敏三極管對(duì)溫度的變化十分敏感,因而在使用磁敏三極管時(shí)必須采取溫度補(bǔ)償措施。主要有①采用具有電流正溫度系數(shù)的普通三極管；②采用具有電流正溫度系數(shù)的鍺磁敏二極管；③采用PNP和NPN組成兩管互補(bǔ)形式的補(bǔ)償電路；④采用兩管差動(dòng)輸出方式（兩管磁極性相反，但磁電特性一致）。1483.磁敏三極管工作原理及特性磁敏三極管的特點(diǎn)

靈敏度高：

磁敏三極管的靈敏度比霍爾元件高幾百甚至上千倍，而且線路簡(jiǎn)單，成本低廉，更適合于測(cè)量弱磁場(chǎng)。

具有正反磁靈敏度：

靈敏度與磁場(chǎng)關(guān)系呈線性的范圍比較窄：磁敏三極管可用來(lái)檢測(cè)交、直流磁場(chǎng)，特別適合于測(cè)量弱磁場(chǎng)；可制作箝位電流計(jì)，對(duì)高壓線進(jìn)行不斷線、無(wú)接觸電流測(cè)量；還可作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，無(wú)接觸電位計(jì)等。1.

磁敏晶體管及結(jié)構(gòu)2.磁敏二極管工作原理及特性3.磁敏三極管工作原理及特性4.磁敏晶體管應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents4

.磁敏晶體管應(yīng)用分析磁敏晶體管應(yīng)用分析漏磁探傷儀：測(cè)量磁場(chǎng)、電流、轉(zhuǎn)速、位移等物理量，也可用于磁力探傷、接近開(kāi)關(guān)、位置控制等。1－待測(cè)物，2－激勵(lì)線圈，3－鐵芯，4－放大器，5－磁敏二極管探頭4

.磁敏晶體管應(yīng)用分析磁敏晶體管應(yīng)用分析磁敏三極管電位器：當(dāng)磁敏三極管附近的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，流過(guò)磁敏三極管的電流也隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致Uce也發(fā)生改變，其作用等效于一個(gè)電位器。電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)THANKYOU課程組:梁長(zhǎng)垠、宋榮、蘇全、韓君、張勝宇、賈方亮、梁召峰《傳感器應(yīng)用技術(shù)》課程Hallsensorstructureandprinciple霍爾傳感器結(jié)構(gòu)與原理Sensorsapplicationtechnology1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.基本特性3.霍爾傳感器4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.霍爾傳感器4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1.

基礎(chǔ)知識(shí)霍爾效應(yīng)在金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì)UH（稱(chēng)為霍爾電動(dòng)勢(shì)或霍爾電壓）。這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。1.

基礎(chǔ)知識(shí)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受到磁場(chǎng)中洛倫茲力作用的結(jié)果?；魻栯妱?shì)UH可用下式表示：

UH=RHIB/d(V)

式中RH——霍爾常數(shù)

I——控制電流，

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度

d——霍爾元件的厚度令KH=RH/d，則得到UH=KHIB

可見(jiàn)，霍爾電勢(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。KH稱(chēng)為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質(zhì)與幾何尺寸有關(guān)。1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.霍爾傳感器4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents2.

基本特性霍爾元件特點(diǎn)霍爾器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，能檢測(cè)從10-7T~25T的磁場(chǎng)，有效工作容積小（可達(dá)1μmx1μmx1μm），空間分辨率和時(shí)間分辯率極高。2.

基本特性霍爾元件特性霍爾元件的輸出電動(dòng)勢(shì)分別與I、B成線性關(guān)系線性特性2.

基本特性霍爾元件特性霍爾元件輸出電勢(shì)在一定區(qū)域內(nèi)隨B增加迅速減小的特性開(kāi)關(guān)特性1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.霍爾傳感器4.

應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents1633.

霍爾傳感器霍爾元件根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。霍爾元件只是根據(jù)霍爾效應(yīng)集成的一個(gè)敏感元件，是復(fù)合材料；它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。164霍爾傳感器由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢(shì)差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱(chēng)之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q(chēng)為霍爾集成電路霍爾傳感器線性型霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器3.

霍爾傳感器165霍爾傳感器種類(lèi)

線性型霍爾傳感器線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系，在B1~B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，磁感應(yīng)強(qiáng)度超出此范圍時(shí)則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。3.

霍爾傳感器線性集成霍爾器件線性集成霍爾器件輸出特性166霍爾傳感器種類(lèi)開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器

開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量。3.

霍爾傳感器開(kāi)關(guān)型集成霍爾器件開(kāi)關(guān)型集成霍爾器件的施密特輸出特性1.

基礎(chǔ)知識(shí)2.

基本特性3.霍爾器件4.應(yīng)用分析課程內(nèi)容CourseContents4.應(yīng)用分析霍爾傳感器的應(yīng)用位移測(cè)量結(jié)構(gòu)輸出特性4.應(yīng)用分析霍爾傳感器的應(yīng)用力（壓力）測(cè)量如圖所示，剛力F作用在懸臂梁上時(shí)，梁將發(fā)生變形，霍爾元件將有與力成正比的電壓輸出，通過(guò)測(cè)試電壓即可測(cè)出力的大小。力與電壓輸出有一些非線性時(shí)，可采用電路或單片機(jī)軟件來(lái)補(bǔ)償。4.應(yīng)用分析霍爾傳感器的應(yīng)用角度測(cè)量將霍爾器件置于永久磁鐵的磁場(chǎng)中，其輸出的霍爾電勢(shì)UH為:4.應(yīng)用分析霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)——霍爾測(cè)速系統(tǒng)調(diào)試與應(yīng)用

本項(xiàng)目的直流電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中帶有一個(gè)磁鋼，當(dāng)磁鋼經(jīng)過(guò)霍爾器件時(shí)，霍爾傳感器輸出低電平，可將輸出信號(hào)接入6位數(shù)字頻率計(jì)/轉(zhuǎn)速表中，或輸入單片機(jī)系統(tǒng)中顯示測(cè)量轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)可通過(guò)旋動(dòng)電位器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，也可通過(guò)單片機(jī)輸出PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)?；魻枩y(cè)速系統(tǒng)電路原理圖如圖所示。4.應(yīng)用分析霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)——霍爾測(cè)速系統(tǒng)調(diào)試與應(yīng)用氣敏傳感器定義與分類(lèi)

Definitionandclassficationofair-sensitivesensor1.

氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類(lèi)4.

氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展3.常見(jiàn)氣敏傳感器1.

氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類(lèi)4.氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展3.常見(jiàn)氣敏傳感器1.1氣敏傳感器定義氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度并且將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種敏感器件。圖1氣敏傳感器1.氣敏傳感器定義和作用

1.2氣敏傳感器作用

氣敏傳感器相當(dāng)于人類(lèi)的鼻子，可以“嗅”出空氣中某種特定氣體，并且判定氣體的濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體成分的檢測(cè)和監(jiān)控，用來(lái)改善人們生活水平，保障人們生命安全。1.氣敏傳感器定義和作用圖2氣敏傳感器作用1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類(lèi)4.氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展3.常見(jiàn)氣敏傳感器

半導(dǎo)體氣敏傳感器絕緣體氣敏傳感器電化學(xué)氣敏傳感器2.1按工作機(jī)理分類(lèi)

電阻型和非電阻型響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單，分N型、P型

接觸燃燒式和電容式

利用鉑金屬絲加熱后與可燃?xì)怏w接觸燃燒，改變電阻值恒電位電解式和伽伐尼電池式利用介質(zhì)的電解質(zhì)產(chǎn)生電流或電動(dòng)勢(shì)。2.氣敏傳感器分類(lèi)2.2按應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)爆炸性氣體：液化氣、煤氣、甲烷有毒性氣體：一氧化碳、硫化氫、氨氣、鹵化物環(huán)境氣體：氧氣、二氧化碳、水蒸氣、大氣污染工業(yè)氣體：一氧化碳、氧氣、水蒸氣乙醇?xì)怏w：乙醇2.氣敏傳感器分類(lèi)1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類(lèi)4.氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展3.常見(jiàn)氣敏傳感器圖3酒精傳感器圖4酒駕測(cè)試、報(bào)警器3.常見(jiàn)氣敏傳感器圖6一氧化碳濃度測(cè)試器圖5一氧化碳、二氧化碳傳感器圖7二氧化碳濃度測(cè)試儀3.常見(jiàn)氣敏傳感器圖10汽車(chē)尾氣測(cè)試器圖11有毒氣體檢測(cè)儀圖8煙霧報(bào)警器圖9家用煤氣報(bào)警器圖12甲烷檢測(cè)儀3.常見(jiàn)氣敏傳感器圖13NH3傳感器圖14其他常見(jiàn)氣敏傳感器3.常見(jiàn)氣敏傳感器1.氣敏傳感器定義和作用2.氣敏傳感器分類(lèi)4.

氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展3.常見(jiàn)氣敏傳感器

4.1氣敏傳感器典型應(yīng)用礦井安全環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警工廠生產(chǎn)4.氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展4.2氣敏傳感器發(fā)展

1964年，由Wickens和Hatman利用氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)研制出了第一個(gè)氣敏傳感器；

1982年英國(guó)Warwick大學(xué)的Persaud等提出了利用氣敏傳感器模擬動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

現(xiàn)在各國(guó)研究主要針對(duì)的是有毒性氣體和可燃燒性氣體，研究的主要方向是如何提高傳感器的敏感度和工作性能、惡劣環(huán)境中的工作時(shí)間以及降低成本和智能化等。4.氣敏傳感器典型應(yīng)用和發(fā)展氣敏傳感器及應(yīng)用技術(shù)

Air-sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy1.

氣敏傳感器基本結(jié)構(gòu)

氣敏傳感器結(jié)構(gòu)2.

半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)3.

接觸燃燒型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)4.

電化學(xué)氣敏傳感器結(jié)構(gòu)一、氣敏傳感器基本結(jié)構(gòu)圖1氣敏傳感器外觀結(jié)構(gòu)圖2氣敏傳感器電路符號(hào)二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)1.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器——燒結(jié)型

工藝：以多孔質(zhì)陶瓷如Sn02為基材，添加不同物質(zhì)采用低溫(700-900℃)進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)埋入鉑電極和加熱絲，最后將電極和加熱絲引線焊在管座上制成元件。用途：檢測(cè)還原性氣體、可燃性氣體和液體蒸氣；

缺點(diǎn)：由于燒結(jié)不充分，器件的機(jī)械強(qiáng)度較差，且所用電極材料較貴重，電特性誤差較大。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)（1）燒結(jié)型直熱式工藝：將加熱絲、測(cè)量絲直接埋入Sn02或Zn0等粉末中燒結(jié)而成的。原理：工作時(shí)加熱絲通電，測(cè)量絲用于測(cè)量器件阻值。特點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、功耗小，可以在高電壓回路下使用。缺點(diǎn)：熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，測(cè)量回路和加熱回路間沒(méi)有隔離而相互影響。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)。（2）燒結(jié)型旁熱式工藝：將加熱絲放置在一個(gè)陶瓷管內(nèi)，管外涂梳狀金屬電極作測(cè)量極，在金屬電極外涂上Sn02等材料。原理：克服了直熱式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使測(cè)量極和加熱極分離，而且加熱絲不與氣敏材料接觸，避免了測(cè)量回路和加熱回路的相互影響。特點(diǎn)：器件熱容量大，降低了環(huán)境溫度對(duì)器件加熱溫度的影響，所以這類(lèi)結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性、可靠性都較直熱式器件有所提高。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)2.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器——薄膜型工藝：用蒸發(fā)或?yàn)R射方法，在石英或陶瓷基片上形成金屬氧化物薄膜（厚度在100nm以下）。特點(diǎn)：敏感膜顆粒很小，因此具有很高的靈敏度和響應(yīng)速度；低功耗、小型化，以及與集成電路制造技術(shù)兼容，是一種很有前途的器件。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)3.電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器——厚膜型工藝：將氣敏材料(Sn02或Zn0)與一定比例的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印刷到事先安裝有鉑電極的氧化鋁的基片上，在400-800℃的溫度下燒結(jié)1-2小時(shí)便制成厚膜型氣敏元件。特點(diǎn)：用厚膜工藝制成的器件一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)4.非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器原理：利用MOS二極管的電容--電壓特性的變化，以及MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的閾值電壓的變化等特性而制成的氣敏元件。特點(diǎn)：此類(lèi)器件的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩(wěn)定且價(jià)格便宜。利用特定材料還可以使器件對(duì)某些氣體特別敏感。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)（1）MOS二極管氣敏傳感器工藝：在P型半導(dǎo)體硅片上，利用熱氧化工藝生成一層厚度為50-100nm的Si02層，然后在其上面加入一層鈀(Pd)的金屬薄膜，作為柵電極。原理：由于Si02層電容Ca固定不變，而Si和Si02界面電容Cs是外加電壓的函數(shù)(其等效電路如圖所示），因此總電容C也是柵偏壓的函數(shù)。其函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為該類(lèi)MOS二極管的C-U特性。由于鈀對(duì)H特別敏感，在鈀吸附了H2以后，鈀的功函數(shù)會(huì)降低，導(dǎo)致MOS管的C-U特性向負(fù)偏壓方向平移，如圖曲線所示。根據(jù)這一特性就可測(cè)定H2的濃度。二、半導(dǎo)體型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)（2）MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣敏傳感器原理：Pd對(duì)H2有很強(qiáng)的吸附性，當(dāng)H2吸附在Pd柵極上時(shí)，Pd的功函數(shù)會(huì)降低。Pd-MOSFET氣敏元件利用此特性檢測(cè)H2濃度。三、接觸燃燒型氣敏傳感器結(jié)構(gòu)

接觸燃燒式傳感器由貴金屬細(xì)絲線圈、氧化鋁載體、引線、底座及網(wǎng)罩構(gòu)成。此傳感器在電路結(jié)構(gòu)上可分為對(duì)氣體敏感的檢測(cè)元件及對(duì)氣體不敏感的補(bǔ)償元件兩部分。四、電化學(xué)氣敏傳感器結(jié)構(gòu)組成：透氣性隔膜、工作電極、對(duì)電極、參照電極和電解質(zhì)溶液組成的密封結(jié)構(gòu)的合成樹(shù)脂容器。原理：工作核心是恒定電位電解式傳感器,它是一種濕式氣體傳感器。電路的功能是加電壓于傳感器電解液中的兩個(gè)電極，使所測(cè)氣體進(jìn)行氧化或者還原,測(cè)量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流然后推算出氣體的濃度。加在傳感器上的恒定電位稱(chēng)為給定電位,但由于傳感器的阻抗隨其結(jié)構(gòu)而定，故檢測(cè)到氣體并產(chǎn)生電解電流時(shí),給定電位就會(huì)發(fā)生變化。氣敏傳感器及應(yīng)用技術(shù)

Air-sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy1.

氣敏傳感器特性參數(shù)2.SnO2氣敏傳感器特性參數(shù)3.ZnO氣敏傳感器特性參數(shù)

氣敏傳感器特性一、氣敏傳感器特性參數(shù)

1、氣敏元件（電阻型）固有電阻值Ra

電阻型氣敏元件在常溫條件下潔凈空氣中的電阻值，一般范圍在103-105歐姆。測(cè)量固有電阻值Ra時(shí)，應(yīng)要注意必須在潔凈空氣中測(cè)量。2、氣敏元件響應(yīng)時(shí)間tr表征在工作溫度下，氣敏元件對(duì)被測(cè)氣體的響應(yīng)速度。一般從氣敏元件與一定濃度的被測(cè)氣體接觸開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到氣敏元件的電阻值達(dá)到在此濃度下的穩(wěn)定電阻值的63%為止。一、氣敏傳感器特性參數(shù)

表征氣敏元件對(duì)于被測(cè)氣體的敏感程度的指標(biāo)，表示氣敏元件的電參數(shù)與被測(cè)氣體濃度之間的依從關(guān)系。

3、氣敏元件靈敏度（1）電阻比靈敏度K Ra：氣敏元件固有電阻值 Rg：氣敏元件在規(guī)定濃度的被測(cè)氣體中的電阻值（2）氣體分離度α Rc1：氣敏元件在濃度c1的被測(cè)氣體中的電阻值 Rc2：氣敏元件在濃度c2的被測(cè)氣體中的電阻值（3）輸出電壓比靈敏度KV

Va：氣敏元件在潔凈空氣中工作時(shí)負(fù)載電阻電壓 Vg：氣敏元件在規(guī)定濃度被測(cè)氣體中工作時(shí)負(fù)載電阻電壓一、氣敏傳感器特性參數(shù)

4、氣敏元件分辨率SVa：氣敏元件在潔凈空氣中工作時(shí)負(fù)載電阻電壓Vg：氣敏元件在規(guī)定濃度的被測(cè)氣體中工作時(shí)負(fù)載電阻電壓Vgi：氣敏元件在i氣體濃度為規(guī)定值中工作時(shí)負(fù)載電阻電壓表征氣敏元件對(duì)于被測(cè)氣體的識(shí)別（選擇）以及對(duì)干擾氣體的抑制能力。一、氣敏傳感器特性參數(shù)

5、氣敏元件加熱電阻RH和加熱功率PH加熱電阻RH：為氣敏元件提供必要的工作溫度（>200攝氏度）的加熱電爐的電阻。一般直熱式氣敏元件的加熱電阻小于5歐姆；旁熱式氣敏元件的加熱電阻大于20歐姆。加熱功率PH：氣敏元件正常工作所需加熱電路的功率。一般在0.5瓦到2瓦之間。一、氣敏傳感器特性參數(shù)

6、氣敏元件恢復(fù)時(shí)間trc表征在工作溫度下，被測(cè)氣體由該氣敏元件上解吸的響應(yīng)速度。一般從氣敏元件脫離被測(cè)氣體時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到氣敏元件的電阻值恢復(fù)到在潔凈空氣下的穩(wěn)定電阻值的63%為止。一、氣敏傳感器特性參數(shù)

7、氣體濃度對(duì)空氣中污染物濃度表示方法：（2）體積濃度表示法一百萬(wàn)體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即ppm。（1）質(zhì)量濃度表示法每立方米空氣中所含污染物的質(zhì)量，即mg/m3。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數(shù)

1、靈敏度特性SnO2氣敏元件靈敏度特性

SnO2氣敏元件的阻值Rc與空氣中被測(cè)氣體的濃度C成對(duì)數(shù)關(guān)系：

logRc=m*logC+n

n：與氣體檢測(cè)靈敏度有關(guān)，除了隨材料和氣體種類(lèi)不同而變化之外，還會(huì)由于測(cè)量溫度和添加劑不同而變化。m：為氣體的分離度，隨氣體濃度變化而變化。對(duì)于可燃?xì)?/3<m<1/2。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數(shù)

2、穩(wěn)定性

SnO2氣敏元件的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其它類(lèi)型氣敏元件（如接觸燃燒式氣敏元件）相比較，SnO2氣敏元件壽命長(zhǎng)、耐腐蝕性強(qiáng)。

3、可逆性

SnO2氣敏元件對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫附時(shí)間短，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間使用。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數(shù)

4、元件結(jié)構(gòu)

SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性強(qiáng)，機(jī)械性能優(yōu)良。

5、信號(hào)處理SnO2氣敏元件不需要復(fù)雜的處理設(shè)備，可將待檢測(cè)氣體濃度通過(guò)直接轉(zhuǎn)化變成電信號(hào)，信號(hào)處理電路簡(jiǎn)單。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數(shù)

6、影響SnO2氣敏效應(yīng)的因素添加物檢測(cè)氣體使用溫度（攝氏度）PdO、PdCO、C3H8、酒精200-300PdCI2、SbCl3CO、C3H8、CH4200-300Sb2O3、TiO2、TiO3LPG、CO煤氣、酒精200-300V2O5、Cu酒精、丙酮250-300過(guò)渡金屬Sb2O3、Bi2O3還原性氣體250-300500-800高嶺土、Bi2O3、WO碳?xì)湎颠€原性氣體200-300

（1）SnO2結(jié)構(gòu)組成

SnO2中氧空位多，氣敏效應(yīng)明顯。

（2）SnO2中添加物

SnO2中添加物對(duì)氣敏效應(yīng)有顯著影響，如下表。二、SnO2系氣敏傳感器特性參數(shù)

（3）SnO2燒結(jié)溫度和加熱溫度

SnO2氣敏元件燒結(jié)溫度和加熱溫度對(duì)氣敏特性影響顯著。

（4）環(huán)境溫度、濕度影響

環(huán)境溫度、濕度對(duì)SnO2氣敏元件氣敏特性影響顯著下圖。使用時(shí)需要加入溫度、濕度補(bǔ)償。

三、ZnO系氣敏傳感器特性參數(shù)1、ZnO氣敏元件對(duì)還原性氣體有較高敏感度；2、ZnO氣敏元件工作溫度比SnO2氣敏元件高100攝氏度；3、ZnO氣敏元件也需要加入添加劑，如下圖。氣敏傳感器及應(yīng)用技術(shù)

Air-sensitivesensoranditsapplicationtechnolegy1.

半導(dǎo)體氣敏傳感器氣敏傳感器原理2.

接觸燃燒式氣敏傳感器3.

電化學(xué)氣敏傳感器一、半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器電阻式傳感器非電阻式傳感器半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化來(lái)檢測(cè)特定氣體的成分或者測(cè)量其濃度。一、半導(dǎo)體氣敏傳感器

電阻式氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化來(lái)測(cè)量氣體。1.電阻式氣敏傳感器按照半導(dǎo)體與氣體相互作用位置不同分類(lèi)電阻式傳感器燒結(jié)型薄膜型厚膜型電阻式傳感器表面控制型體控制型

按照半導(dǎo)體制作類(lèi)型不同分類(lèi)一、半導(dǎo)體氣敏傳感器

非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣敏吸附和反應(yīng)時(shí)引起的PN結(jié)或場(chǎng)效應(yīng)管功能參數(shù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)的。非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于表面控制型傳感器。2.非電阻式氣敏傳感器非電阻式傳感器金屬-半導(dǎo)體結(jié)二極管型MOS二極管型MOSFET型非電阻式氣敏傳感器分類(lèi)：非電阻式氣敏傳感器主要特點(diǎn)：靈敏度高；常用于可燃防爆檢測(cè)有毒有害氣體檢測(cè)等。一、半導(dǎo)體氣敏傳感器物理特性類(lèi)型檢測(cè)氣體氣敏元件電阻型電阻特性表面控制型可燃?xì)怏w二氧化硅、氧化鋅等體控制型酒精、可燃?xì)怏w、氧氣氧化鎂、二氧化硅、氧化鈦等非電阻型二極管整流特性表面控制型氫氣、一氧化碳、酒精鉑-硫化鎘、鉑-氧化鈦、金屬-半導(dǎo)體結(jié)型二極管晶體管特性氫氣、硫化氫鉑柵、鈀柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管二、接觸燃燒式氣敏傳感器

1.可燃性氣體

將在空氣中達(dá)到一定濃度、觸及火種可引起燃燒的氣體稱(chēng)為可燃性氣體。例如：甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚、一氧化碳、氫氣等。2.接觸燃燒性氣體傳感器分類(lèi)

直接接觸燃燒式、催化接觸燃燒式

二、接觸燃燒式氣敏傳感器3.接觸燃燒式氣敏傳感器原理

可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣在通電狀態(tài)下的氣敏材料（如Pt電熱絲）上產(chǎn)生無(wú)焰接觸燃燒，使得氣敏材料（Pt電熱絲）溫度上高，電阻值增大。

4.應(yīng)用

石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。三、電化學(xué)氣敏傳感器

電化學(xué)氣敏傳感器，主要利用兩個(gè)電極之間的化學(xué)電位差，一個(gè)在氣體中測(cè)量氣體濃度，另一個(gè)是固定的參比電極。電化學(xué)氣敏傳感器恒電位電解式伽伐尼電池式固體電解質(zhì)式液體電解質(zhì)式電位型電流型氣體泄漏檢測(cè)電路

Gasleakdetectioncircuit1.

氣敏元件基本測(cè)量電路2.

家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路3.

瓦斯檢測(cè)電路1.

氣敏元件基本測(cè)量電路2.家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路3.瓦斯檢測(cè)電路1.1基本測(cè)量電路氣敏元件基本測(cè)量電路如圖所示，EH為加熱電源，EC為測(cè)量電源氣敏電阻組織變化引起電路中電流變化，輸出電壓（電阻Ro的電壓）隨之變化。在被測(cè)氣體低濃度下輸出電壓變化大（靈敏度高），高濃度下趨于穩(wěn)定值。1.

氣敏傳感器基本測(cè)量電路1.2簡(jiǎn)單測(cè)量電路氣敏元件簡(jiǎn)單測(cè)量電路如圖所示，R2為氣敏元件電壓獲取電阻，R1、R3和運(yùn)算放大器A組成輸出放大電路，Uo為與被測(cè)氣體濃度相關(guān)的輸出電壓。1.

氣敏傳感器基本測(cè)量電路氣敏傳感器1.3具有溫度補(bǔ)償?shù)臍饷魷y(cè)量電路

（b）典型帶負(fù)溫度補(bǔ)償?shù)臍饷魷y(cè)量電路

（a）簡(jiǎn)單帶溫度補(bǔ)償?shù)臍饷魷y(cè)量電路1.

氣敏傳感器基本測(cè)量電路氣敏傳感器

剛通電時(shí)，熱敏電阻R2溫度低，電阻值小，電流大部分經(jīng)R2回到變壓器，蜂鳴器BZ不工作；當(dāng)通電一段時(shí)間后（1-2min），R2溫度升高，其電阻急劇增大，通過(guò)蜂鳴器的電流增大，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。（c）圖正溫度補(bǔ)償?shù)臍饷魷y(cè)量電路1.

氣敏傳感器基本測(cè)量電路1.氣敏元件基本測(cè)量電路2.

家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路3.瓦斯檢測(cè)電路1.1測(cè)量電路和原理家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路和外觀

隨著環(huán)境中可燃?xì)鉂舛鹊脑黾?，氣敏傳感器的電阻值下降，流入蜂鳴器的電流升高，當(dāng)下降到一定值時(shí)，蜂鳴器鳴叫報(bào)警。2.

家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路1.2電源電路

一般氣敏傳感器工作電壓不高（3-10V），并且要求工作電壓和加熱電壓穩(wěn)定，否則將導(dǎo)致加熱器溫度變化過(guò)大，使氣敏元件工作點(diǎn)漂移，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。1.3輔助電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮氣敏元件自身特性（溫度系數(shù)、濕度系數(shù)，初期穩(wěn)定性等）。采用溫度補(bǔ)償電路，減少氣敏元件的溫度系數(shù)引起的誤差；設(shè)置延時(shí)電路，防止通電初期，因氣敏元件阻值大幅度變化引起的誤差；使用加熱器失效通知電路，防止加熱器失效導(dǎo)致漏報(bào)現(xiàn)象。2.

家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路1.氣敏元件基本測(cè)量電路2.家用可燃?xì)怏w報(bào)警器電路3.

瓦斯檢測(cè)電路

3.1瓦斯檢測(cè)電路組成

瓦斯檢測(cè)電路Q(chēng)M-N5為旁熱式氣敏傳感器，和R1、RP組成瓦斯檢測(cè)電路；晶閘管VS為無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)；LC179、R2和揚(yáng)聲器組成報(bào)警電路。3.瓦斯檢測(cè)電路

3.2瓦斯檢測(cè)電路工作原理

瓦斯檢測(cè)電路當(dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛鹊陀趫?bào)警值時(shí)，QM-N5的A-B間電阻RAB很大，則晶閘管VS因觸發(fā)電位低而截至不通，報(bào)警電路不工作；當(dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛壬岣邥r(shí)，RAB減小，當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥趫?bào)警值時(shí)，VS觸發(fā)電位迅速升高，使VS導(dǎo)通，LC179的3腳接到電源負(fù)極，報(bào)警電路開(kāi)始工作，揚(yáng)聲器報(bào)警，提示瓦斯?jié)舛冗^(guò)高。3.瓦斯檢測(cè)電路3.3瓦斯檢測(cè)電路的應(yīng)用

瓦斯檢測(cè)電路體積小、能耗低，可以將其裝配在酸性礦工燈上，使普通礦工燈兼具照明和瓦斯報(bào)警兩種功能，組成瓦斯報(bào)警礦燈。瓦斯檢測(cè)電路外觀3.瓦斯檢測(cè)電路酒精濃度檢測(cè)電路

Thealcoholconcentrationdetectioncircuit1.

酒精濃度檢測(cè)儀外觀和應(yīng)用2.

酒精濃度檢測(cè)儀基本原理3.

簡(jiǎn)易酒精濃度檢測(cè)儀電路4.

防酒后開(kāi)車(chē)控制器1.

酒精濃度檢測(cè)儀外觀和應(yīng)用2.酒精濃度檢測(cè)儀基本原理3.簡(jiǎn)易酒精濃度檢測(cè)儀電路4.防酒后開(kāi)車(chē)控制器簡(jiǎn)易酒精濃度檢測(cè)儀外觀和應(yīng)用

酒精傳感器外觀

1.

酒精濃度測(cè)試儀外觀和應(yīng)用1.酒精濃度檢測(cè)儀外觀和應(yīng)用2.

酒精濃度檢測(cè)儀基本原