各种类型传感器.ppt

4.8磁传感器传感器，4.8磁传感器传感器，如图所示，外磁场b，导电板有电流I，导电板中的电流使金属中的自由电子在电场的作用下做定向运动，同时也在霍尔电场力的作用下，力的大小为eEH，这个力阻止电荷继续积累。当电子上的洛仑兹力等于和相反于霍尔电场力时，电荷不会向两边聚集并达到平衡状态。洛伦兹力：f=eBv，e电子电荷；V电子运动的平均速度；B磁场的磁感应强度。霍尔元件由一个霍尔板、四根引线和一个外壳组成，如图所示。应用：电流传感器，当电流通过导线时，导线周围会产生磁场。磁场的大小与流经导线的电流大小成正比。这个磁场可以由软磁材料收集，然后由霍尔元件检测。测量角度测量角度铁磁材料裂纹检测磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场的变化而变化的现象。基本原理是载流子是由磁场中的洛伦兹力产生的。当达到稳态时，以一定速度施加到载流子上的电磁力等于洛伦兹力。当施加的磁场改变时，在施加的电场方向上移动的载流子的数量改变，从而改变电阻。这种现象被称为磁阻效应。案例：转速测量，4.9气敏电阻传感器，气体与人类日常生活密切相关，气体的检测一直是保护和改善生态生活环境不可缺少的手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。如果生活环境中一氧化碳的浓度达到0.8 1.15毫升/升，就会出现气短、脉搏加快甚至晕厥。有易燃、易爆气体、酒精等检测。烟雾报警器、酒精传感器、二氧化碳传感器和气体传感器均由氧化锡和氧化锰等气敏半导体材料制成。当它们吸收气体烟雾，如一氧化碳和酒精时，电阻会发生变化。使得气体传感器电阻值随着被测气体浓度的变化而变化。4.9气敏电阻传感器，4.9气敏电阻传感器，4.10超声波，振动在弹性介质中的传播称为波，或简称波。人耳能听到的频率在16到16 2104赫兹之间的机械波称为声波。低于16Hz的机械波称为次声波。2104赫兹以上的机械波称为超声波，频率在3108和3108 31011赫兹之间的波称为微波。超声振动波通过压电材料的压电效应转化为电信号，制成压电超声接收探头。逆压电效应将高频电振动转化为高频机械振动，从而产生超声波作为超声波发射探头；超声波传感器的应用是利用超声波在两种介质界面上的反射特性。如果从发射超声波脉冲到接收反射波的时间间隔是已知的，则可以进行超声波测距。超声波液位传感器具有精度高、使用寿命长的特点，但如果液体中有气泡或液位波动，就会产生较大的误差。在正常工作条件下，其测量误差为0.1%，检测水平范围为10-2 104 m，超声波流量传感器超声波流量传感器测量方法为超声波传播时差法。超声波在流体中传播时，在静态流体和流动流体中的传播速度是不同的。利用这一特性，可以获得流体的速度，然后根据管道流体的横截面积可以知道流体的流速。，两个超声波传感器设置在流体中，可以发射超声波和接收超声波，一个设置在上游，另一个设置在下游，距离为l，如图所示，如果下游方向的传播时间为t1，上游方向的传播时间为t2，流体静止时超声波的传播速度为c， 并且流体的流速是v，通常，流体的流速比超声波在流体中的传播速度小得多。 因此，超声波的传播时间差是，由于cv，流体的流速可以从上面的公式中获得，也就是说，超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特性，并且有许多类型的流体可以被测量，无论是非导电流体、高粘度流体还是泥浆流体，只要能够传输超声波的流体可以被测量。超声波流量计可用于测量自来水、工业用水、农业用水等，倒车雷达、4.11光电传感器、光电传感器通常是指能感应紫外线到红外光的光能，并将光能转换成电信号的装置。它的工作原理是基于某些物质的光电效应。光电效应分为外部光电效应，内部光电效应，1。外部光电效应一束光是由一束以光速运动的粒子组成的，这些粒子被称为光子。光子有能量，而每个光子的能量是，e=h ，h 普朗克常数=6.62610-34 (js) 光频(s-1)。可以看出，光的波长越短，即频率越高，光子的能量就越大。相反，光的波长越长，光子能量越小。在光的作用下，物体中的电子从物体表面逃逸并向外发射的现象称为外部光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外部光电效应的光电器件包括光电池、光电倍增管等。内部光电效应在光的作用下改变物体的导电性或产生光生电动势的效应称为内部光电效应。内部光电效应可分为以下两类：(1)光电导效应在光的作用下，半导体材料吸收入射光子的能量，半导体电导率增加，电阻降低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻是一种基于这种效应的光电器件。光伏效应(2)光伏效应是指物体在光的作用下，在一定方向上产生电动势的现象。基于这种效应的光电器件包括光伏电池。光电开关是一种利用光敏元件接收变化的入射光，并进行光电转换，同时进行某种形式的放大和控制，从而获得最终控制输出“开”和“关”信号的装置。案例：光电鼠标使用发光二极管和光电晶体管来测量位移。4.12光纤传感器，光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一项新技术。它是随着光纤和光通信技术的发展而逐渐形成的。光纤简称为光纤。中心圆柱体称为核心，围绕核心的圆形外层称为包层。纤芯和包层通常由不同掺杂的应时玻璃制成。包层外还有一层保护套，主要由尼龙材料制成，以增加机械强度。光纤传输原理光在空间中直线传播。在光纤中，光的传输在光纤中受到限制，并且可以传输长距离。光纤的传输是基于光的全内反射。图中显示了一段圆柱形光纤。它的两个端面是光滑的平面。当光进入光纤到达包层时，但是当入射角满足一定条件时，所有的光都被反射，并且光在纤芯和包层之间的界面处被重复且连续地全反射，并且以锯齿波形状在纤芯中向前传播，最后从光纤的另一端面出射。这是光纤的光传输原理。光纤传感器的工作原理和光纤形成原理光纤传感器通常在光纤的端面或中间配备敏感元件，以感测测量的变化。光纤只在传输光方面起作用。这种类型的传感器称为无功能光纤(NFF)传感器，也称为光传输传感器。应用光纤传感器、内窥镜、传输图像、遮光光纤温度计、膜片反射光纤压力传感器、光纤压力传感器、4.12红外传感器，红外(红外线)是电磁波的一种，电磁波是电磁场的一种运动形式。改变电场会产生磁场，改变磁场会产生电场。变化的电场和变化的磁场形成了一个不可分割的统一的场，即电磁场。空间中不断变化的电磁场的传播形成电磁波，也常称为电波。俗称红外线辐射，红外线辐射是一种不可见光，因为它位于可见光以外的红光中，所以称为红外线。其波长范围约为0.76 1000微米，红外线在电磁波谱中的位置如图所示。在本项目中，红外线占据的波段分为四部分，即近红外线、中红外线、远红外线和极远红外线。电磁辐射可以根据频率进行分类，从低频到高频，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、x光等。人眼可以接收的电磁辐射波长在380纳米到780纳米之间，这种辐射称为可见光。只要它是一个温度大于绝对零度的物体，它就会发出电磁辐射。物体的温度越高，它发出的红外辐射就越多，辐射的能量就越强。电磁波不需要依靠介质传播，所有种类的电磁波在真空中都有一个固定的速度，这个速度就是光速。像所有电磁波一样，红外气体分析仪的红外辐射以波的形式在空间直线传播。当它在大气中传播时，大气对不同波长的红外线有不同的吸收带，红外气体分析仪利用这一特性工作。对于红外传感器的应用，不同气体的吸收带(吸收带)是不同的。例如，一氧化碳气体对波长为4.65m的红外线有很强的吸收能力，而二氧化碳气体对波长为2.78m和4.26m或更大的红外线有很强的吸收能力。如果分析一氧化碳气体，可以使用4.26m左右的吸收带进行分析。红外温度计利用热辐射器在红外波段的辐射通量来测量温度。当一个物体的温度低于1000时，它发出红外光而不是可见光，它的温度可以被红外探测器探测到。如果使用不同波段的滤光器，红外温度计可以在任何红外波段工作。激光传感器：利用激光技术进行测量的传感器。激光不同于普通光，需要由激光产生。激光传感器由激光器、探测器和测量电路组成。激光传感器是一种新型的测量仪器。它的优点是：可以实现非接触式远距离测量，速度快、精度高、测量范围大、抗光电干扰能力强等。，4.13激光传感器，在频率为v的光的感应下，能级为E2的原子会跃迁到较低的能级释放能量并发光，这被称为受激辐射。首先，激光使工作物质的原子异常处于高能级，使受激辐射过程占主导地位，从而增强频率为v的感应光，产生强受激辐射光，简称激光。4.13激光传感器，激光产生：激光传感器的基本工作原理：发射的激光脉冲被目标反射后返回接收器，利用时间差或相位变化等进行检测。利用激光的高方向性、高单色性和高亮度的特点，可以实现非接触式远程测量。激光传感器通常用于测量物理量，如长度、距离、振动、速度、方向等。它们也可用于探伤和空气污染物监测等。(1)激光测距传感器，可测量目标距离b多普勒效应的原理是指由于波源和观察者之间的相对运动，观察者感觉到频率变化的现象，这种现象称为多普勒效应。观察者测量的频率不仅取决于波源发出的振动频率，还取决于波源或观察者的运动速度的大小和方向。假设原始波源的波长为，波速为C，当观测者接近波源时观测到的波源频率为(c-v)/，否则观测到的波源频率为(C-v)/。(3)激光干涉仪的干涉是指两束光在相遇的区域叠加，形成光强分布不均匀的干涉图样：其亮度随其在空间的位置而变化，光强的这种重新分布称为“干涉条纹”。通过半反射镜P后，激光束被分成两束，当两束的光路相差激光波长的偶数倍时，形成亮条纹；当两条光路相差激光半波长的奇数倍时，形成暗条纹；智能传感器是将传感器和微型计算机集成在一个芯片上。其主要特点是将敏感技术与信息处理技术相结合，使其除了感知本能外，还具有认知能力。4.15、传感器选择原则，传感器的选择主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精度、测量方法等六个方面。1.敏感性。一般来说，传感器的灵敏度越高越好。但是，在确定灵敏度时，应考虑以下问题。a)高灵敏度引起的干扰；b)范围。c)交叉敏感性。2、动态特性(响应特性)，传感器的响应特性是指传感器在满足不失真测量的条件下测量的频率范围。3、线性范围(range)，任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内，输出与输入成正比。线性范围越宽，传感器的工作范围越大。传感器工作在线性区域，这是保证测量精度的基本条件。稳定性，稳定性意味着传感器的输出特性在长期使用后不会改变。影响传感器稳定性的因素有时间和环境。传感器的精度表示传感器输出与测量值的接近程度。通常用百分比误差来表示。6测量模式和传感器操作模式也是选择传感器时需要考虑的重要因素。例如，接触和非接触测量、破坏性和非破坏性测量、在线和离线测量等。电阻应变仪和半导体应变仪的工作原理有什么不同？每种方法的优缺点是什么？应如何根据具体情况进行选择？与电感传感器(自感型)灵敏度相关的因素有哪些？可以采取什么措施来提高灵敏度？采取这些措施的后果是什么？3、作业时，有一个电阻应变片，其灵敏度Sg=2，R=120，