感测技术--ch4-2

1、一、温敏晶闸管的工作原理一、温敏晶闸管的工作原理结构与等效电路结构与等效电路：可控硅是个四层PNPN结构的三端半导体器件，包括3个PN结J1、J2、J3，外层P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，N1区和P2区分别引出两个栅极G1和G2，可控硅可看作由一个PNP和NPN晶体管组合而成，PNP集电极总是与NPN的基区连接在一起。第三节第三节 温敏温敏晶闸管晶闸管( (可控硅可控硅) )工作原理工作原理：当晶闸管处于正向偏置时， J1和J3正偏，J2反偏， IA很小，晶闸管处于高阻态，称断态 ； ， 形成正反馈。如果反馈回路的增益足够大，器件可以由正向阻断状态转向正向导通状态。在正向偏置下的晶闸管，

2、通过控制栅极电流 Ig ，可使它由断态变为通态。可作为理想开关器件。 当晶闸管处于反向偏置时， J1和J3反偏，J2正偏， J1 几乎承受所有的反向电压， 流过的反向电流很 小晶闸管处于反向 阻断状态。gCII221CBII 电流电流-电压特性电压特性：特性曲线 （0）（1）为正向阻断区，即关断； （1）（3）为通态； （0）（4） （5）为反向区；（2）为保持点，电压 Vh 和电流 Ih 称保持电压和保持电流； 处于通态的晶闸管，当电流小于 Ih 时，由通态转换为断态； Vs 和 Is 是关态电压和电流。二、温敏晶闸管的温度特性二、温敏晶闸管的温度特性 温度升高时，J2结的反向漏电流指数增大

3、，因为正反馈得到放大 的阳极电流，电流增益 随温度升高而增大，当温度升高到两管电流增益之和近似为1时，晶闸管由断态进入通态，此温度称开关温度。 原来处于正向阻断状态的晶闸管可在温度触发下实现状态翻转实现温度开关。 ：两管电流增益dTdIdTdIA0211121,三、温敏晶闸管的应用 温度开关温度开关：当温度超过设定值时，温控晶闸管导通，半波整流电流流过负载；温度继续上升，仍导通。 当温度低于开关温度时，当电压到达零交叉点时，温控晶闸管断开。 集成温度传感器集成温度传感器：将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器，具有理想的线性输出，即输出结果（电流、电压、频率）与绝对温度成正比。

4、 集成温度传感器采用对管差分电路第四节第四节 集成温度传感器集成温度传感器TTvvSvvSeIeII/) 1()/ln(/STIIvvSSTIIqkTIIvvln)/ln(cebeIIqkTVln集成温度传感器的输出有电流、电压和频率三种类型。一、电压型集成温度传感器 BG3、BG4、BG5完全相同， BG3与BG4组成恒流源两者射极电流相同（电流镜），BG5的射极电流与BG4相同。lnqkTVbeln11qRkTI ln120qRkTRV 二、电流型集成温度传感器AD590 基本原理基本原理：输出电流与绝对温度成正比。T3与T4作为恒流源，使T1与T2的电流相等总电流为： ln221qRkT

5、IIT实用电路实用电路：T1-T2和T3-T4成为恒流源，使流过T9和T11的电流相等，T10为T7和T8的恒流负载，流过它的电流与T11相等。69959112RIVRIVbebe)2(569911RRIVVVbebebe)2(ln3)2(3356569RRqkTRRVIIbe总基本应用电路基本应用电路：图1（b）是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。 如图，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出VO=0，

6、然后在100时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次，直至0时，VO=0mV，100时VO=100mV为止。 AD581是高精度集成稳压器，输入电压最大为40V，输出10V。此电路的用途是什么？摄氏摄氏温度温度测量测量电路电路 要用于测量华氏温度（符号为），怎么设计华氏温度等于热力学温度减去255.4再乘以9/5，若要求输出为1mV/，则调整反馈电阻约为180kW，使得温度为0时，VO=17.8mV；温度为100时，VO=197.8mV 在图示的温控电路中，AD590、RD、R、R1 、R2 、R3构成测温电桥，调节R2设定T0的电压。当T低于T0时，V- V+，V0输出低电平，T1、T

7、2 截止，停止加热。第五节第五节 光纤温度传感器光纤温度传感器 由于光纤传感器及技术具有较其它传感器无法比拟的特点，所以近几年来，光纤传感器与测量技术发展成为仪器仪表领域新的发展方向，而新型光纤传感器不外乎有以下特点：* 光纤传感器具有优良的传光性能，传光损耗很小，目前损耗能达到0.2 dB/km的水平。* 光纤传感器频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好。* 光纤传感器体积很小，重量轻，能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及远距离测量。 还具有灵敏度高、可靠性好、原材料硅资源丰富、抗电磁干扰，抗腐蚀、耐高压、电绝缘性能好、可绕曲、防爆、频带宽、损耗低等特点。同时，它还便于与计算机相连，

8、实现智能化和远距离监控。对传统的传感器起到扩展提高的作用，不少情况下能够完成前者很难完成甚至不能完成的仟务。 正是由于光纤传感器具有许多独特优势，可以解决许多传统传感器无法解决的问题， 故自从它问世以来，就被广泛应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域。 一、光纤传感器组成与类型光纤传感器组成与类型 光纤传感器一般是由光源、接口、光纤、光调制机构、光电探测器和信号处理系统等部分组成。来自光源的光线，通过接口进入光纤，然后将检测的参数调制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微处理器进行信息处理。概括光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和光探测器两个

9、重要部件，见图1所示。 光纤温度传感器按工作原理分为两大类，一类是传感型光纤温度传感器，这类传感器中，光纤不仅起传光作用，而且利用外界因素使其传光特性发生变化，以实现传感测量。第二类是传光型光纤温度传感器，在这类传感器中，光纤仅仅作为传光的媒介，对待测对象的调制功能是依仗其它物理性质的敏感元件来实现的。目前，国内外以传光型光纤温度传感器应用较广。 适用于测温的主要调制器有以下几类：（1）半导体吸收式半导体吸收式光纤温度传感器，它是利用GaAs、CdTe等半导体材料的光吸收特性与温度的关系构成，这类温度传感器国内已有研制报道；（2）荧光辐射式荧光辐射式光纤温度传感器，这种传感器是利用物质的荧光辐

10、射现象构成。通常设在光纤的一端固结着微量稀土磷化合物，受紫外光照射后，激励其发出荧光。此荧光强度随温度变化而变化。如美国培安公司的微波消解系统就是采用这类传感器测温的； （3）光纤热色热色温度传感器，可在光纤端面上配置液晶芯片，利用液晶独有的热色效应，即温度不同时液晶颜色不同的原理来测量温度；（4）光纤辐射光纤辐射温度传感器，为非接触测量，如国内有报道用国产氟化物光纤及硒化铅探测器构成光纤测温仪；（5）干涉型干涉型光纤温度传感器，属于传感型光纤传感器。温度变化可引起干涉仪相位变化，通过光纤干涉仪来检测相位的变化可测待测温度。 传光型光纤传感器中的光纤仅作为传输光的介质，只起传输光波的作用，对外

11、界信息的“感觉”功能是依靠其它物质的敏感元件来完成的，因此必须在光纤端面或中间加装其它敏感元件才能构成传感器。这样，传感器中的光纤中间是中断的、不连续的，中断部分要接上其它介质的敏感元件。传光型光纤温度传感器：传光型光纤温度传感器： 图2(a)为半导体吸光型(传光型)光纤温度传感器示意图。将一根切断的光导纤维装在细钢管内，光纤两端面间夹有一块半导体感温薄片(如GaAs或InP)，这种半导体感温薄片透射光强随被测温度而变化。当光纤一端输入一恒定光强的光时，由于半导体感温薄片透射能力随温度变化，光纤另一端接收元件所接受的光强也随被测温度而改变。于是通过测量光探测器输出的电量，便能遥测到感温探头2(

12、b)处的温度。 分布式光纤温度传感器系统的技术原理是什么？分布式光纤温度传感器系统的技术原理是什么？该技术主要依据光纤的光时域反射(OTDR)和光纤的背向喇曼散射温度效应。激光脉冲射入光纤内部，光子与光纤材料分子在内部相互作用，一部分光被反射回来，反射光携带着被散射光子运动的热信息。因此，被反射回来光的光谱携带了光纤的温度信息，可以测量沿光纤每一点的温度。光谱的分析包括激光在光纤中的传播速率，通常（像雷达原理）和光的速度一样，用很短的时间间隔（比如1米）去扫描整个光纤的长度，根据这样沿光纤的温度分布就可以决定了。需要提出的是所测得的每一点温度是一段光纤上的平均温度。由于光的速度很快，因此一条数千米长的光纤可以在不到一秒的时间内扫描完毕。 分布光纤温度传感技术设备包括两部分：传感光缆和主机。光缆里面通常有若干根光纤组成，光纤是温度敏感材料，因此