动态测控技术

1、兵器动态测控技术兵器动态测控技术李李 强强中北大学机电工程学院中北大学机电工程学院兵器特点：兵器特点： 1. 1. 高温；高温； 2. 2. 高压高压 3. 3. 高速；高速； 4. 4. 瞬态瞬态 1. 1. 工作条件差：传感器环境，靶场环境工作条件差：传感器环境，靶场环境 2. 2. 动态：独立变化，随时间变化率大。动态：独立变化，随时间变化率大。 3. 3. 时间短：测试时间短，准备时间长。时间短：测试时间短，准备时间长。 4. 4. 同步性：测试参数多，现场设备多。同步性：测试参数多，现场设备多。测试特点：测试特点： 第一章第一章 概述概述典型火炮系统的测试典型火炮系统的测试 1. 1

2、. 力学参数：应力、应变、压力、位移、速度、加力学参数：应力、应变、压力、位移、速度、加速度、角速度等。速度、角速度等。 2. 2. 几何参数：质量、质心、转动惯量等。几何参数：质量、质心、转动惯量等。 3. 3. 姿态参数：角度，位置等。姿态参数：角度，位置等。 4. 4. 环境参数：温度，冲击波等。环境参数：温度，冲击波等。具备的知识和能力具备的知识和能力重点：物理量的测量原理重点：物理量的测量原理和和测量信号分析处理测量信号分析处理 为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号

3、进行自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。处理和输出。航天航天农业农业武器武器医学医学 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制,应应用涉及到航天、武器、机械等每一个工程领域。用涉及到航天、武器、机械等每一个工程领域。工程应用工程应用 超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和外线色彩传感器运动轨迹和AGVAGV小车位置识别；条形码传感器，小车位置识别；条形码传感器，货品识别货品识别。石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐

4、等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测。和泄露检测。生产加工过程监测生产加工过程监测 楼宇控制与安全防护楼宇控制与安全防护图示为某公司楼宇自动化系图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水控制、停车管理、水/废水管废水管理和电梯监控。理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器家庭与办公自动化家庭与办公自动化全自动洗衣机中的传感器：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，透光率光传感

5、器(洗净度洗净度) 液位传感器，电液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡 + D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服PC机中技术应用机中技术应用技术发展趋势技术发展趋势1、传感器方面、传感器方面 a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器应开发出的新

6、型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量b)传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器2、测量信号处理方面、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 用用PC机仪器板卡机仪器板卡 代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件 代替硬件分析电路代替硬件分析电路优优点点主要传感器和测

7、试仪器生产厂商主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动、振动/噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/ 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心） http:/ 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商)http:/ 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。的总称。 简单测试系统简单测试系统(光电池光电池)V 一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记一般

8、说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。录装置三部分组成。 第二部分第二部分 测试系统测试系统 基本概念基本概念 信息转换信息转换信息提取信息提取 如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。静态测量时，测试装置表现出的响化，则称为静态测量。静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。应特性称为静态响应特性。 当测试装置的输入当测试装置的输入x x有一增量有一增量x,x,引起输出引起输出y y发发生相应变化生相应变化y y时时, ,定义定义: S=: S=y/y/x xy yx xx xy

9、y(1)灵敏度灵敏度静态响应特性静态响应特性 标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。 非线性度非线性度=B/A=B/A100%100%y yx xB B(2)非线性度非线性度 测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为输出量之间差值最大者为hmaxhmax，则定义回程误差为，则定义回程误差为: : (hmax/A)(hmax/A)100%100%y yx xhmaxhmaxA A(3)回程误差回程误

10、差(4) (4) 静态响应特性的其他描述静态响应特性的其他描述精度：精度：是与评价测试装置产生的测量是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标误差大小有关的指标 灵敏阀：灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。起始点不灵敏的程度。 分辨力：分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。能力。测量范围：测量范围：是指测试装置能正常测是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的量最小输入量和最大输入量之间的范围。范围。 可靠性：可靠性：

11、是与测试装置无故障工作时间长短有关是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。的一种描述。 稳定性：稳定性：是指在一定工作条件下，是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。变化的程度。 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量来看待。问题简化为处理输入量x(t)x(t)、系统传输、系统传输特性特性h(t)h(t)和输出和输出y(t)y(t)三者之间的关系。三者之间的关系。x(t)h(t)y(t)输入量输入量系统特性系统特性输出输出测试系统的动态响应特性测试系统的动态响应特性 y(t

12、)=X(t)*h(t)卷积分卷积分3)3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。出量。( (预测预测) ) 系统分析中的三类问题：系统分析中的三类问题：1)1)当输入、输出是可测量的当输入、输出是可测量的( (已知已知) )，可以通过它们推断系，可以通过它们推断系统的传输特性。统的传输特性。( (系统辨识系统辨识) )2)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。该输出的输入量。 ( (反求反求) )x(t)h(t)y(t)测试系统基本要求测试系统基本要求

13、理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成出和输入成线性关系线性关系最佳。最佳。 xy线性线性xy线性线性xy非线性非线性 系统输入系统输入x(t)x(t)和输出和输出y(t)y(t)间的关系可以用常间的关系可以用常系数线性微分方程来描述：系数线性微分方程来描述： 线性系统线性系统(时域描述时域描述)一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。一般在工程中使

14、用的测试装置都是线性系统。0111)(.)()(atyatyatyannnn0111)(.)()(btxbtxbtxbmmmm线性系统性质：线性系统性质：a)a)叠加性叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即输出之和，即 若若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 则则 x1(t)x2(t) y1(t)y2(t) b)b)比例性比例性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即常数倍，即: : 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则 kx(t) ky(t) kx(t)

15、ky(t) c)c)微分性微分性 系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则 x(t) y(t) x(t) y(t) d)d)积分性积分性 当初始条件为零时，系统对原输入信号的积当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即分等于原输出信号的积分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 则则 x(t)dt y(t)dt x(t)dt y(t)dt e)e)频率保持性频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出

16、将为同一频率的谐波信号，即的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即 若若 x(t)=Acos(t+x) x(t)=Acos(t+x) 则则 y(t)=Bcos(t+y)y(t)=Bcos(t+y) 线性系统的这些主要特性，特别是符合线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。重要作用。 )(/ )()(sXsYsH拉氏变换拉氏变换( (数学定义数学定义) )：)(/ )()(jXjYjH富氏变换富氏变换(数字计算数字计算):22)(Im)(Re)()(jHjHjHA)(Im/)(Re)(jHjHarctg测试系统动态响应特

17、性传递函数测试系统动态响应特性传递函数测试系统的动态响应特性测试系统的动态响应特性 传递函数传递函数:直观的反映了测试系统对不同频率成分直观的反映了测试系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。输入信号的扭曲情况。A优点：优点：简单，简单，信号发生器，信号发生器，双踪示波器双踪示波器缺点：缺点：效率效率低低 从系统最低测量频率从系统最低测量频率fminfmin到最高测量频率到最高测量频率fmaxfmax，逐，逐步增加正弦激励信号频率步增加正弦激励信号频率f f，记录下各频率对应的幅，记录下各频率对应的幅值比和相位差，绘制就得到系统幅频和相频特性。值比和相位差，绘制就得到系统幅频和相频特性。 设测试

18、系统的输出设测试系统的输出y(t)y(t)与输入与输入x(t)x(t)满足关系满足关系 y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) )系统不失真测量条件系统不失真测量条件 该系统的输该系统的输出波形与输入信出波形与输入信号的波形精确地号的波形精确地一致，只是幅值一致，只是幅值放大了放大了A A0 0倍，在倍，在时间上延迟了时间上延迟了t t0 0而已。这种情况而已。这种情况下，认为测试系下，认为测试系统具有不失真的统具有不失真的特性。特性。t tA Ax(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t- tx(t- t0 0

19、) )时域条件时域条件 y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-jt0X()系统不失真测量的条件系统不失真测量的条件 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足应分别满足 A()=AA()=A0 0= =常数常数 ()=-t()=-t0 0做傅立叶变换做傅立叶变换 频域定义频域定义第三部分第三部分 传感器与测量原理介绍传感器与测量原理介绍1. 1. 传感器定义传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。换成另一种信息的装置。 物理量物理量电量电量 目前，传感器转换后的信号大多为

20、电信号。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。号转换成电信号的装置。2. 2. 传感器的构成传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 dV3. 3. 传感器的分类传感器的分类1)1)按被测物理量分类按

21、被测物理量分类常见的被测物理量常见的被测物理量机械量机械量: :长度长度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋转角旋转角, ,转数转数, ,质量质量, ,重量重量, ,力力, , 压力压力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,风速风速, ,流速流速, , 流量流量; ;声声: : 声压声压, ,噪声噪声. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁场磁场. .温度温度: : 温度温度, ,热量热量, ,比热比热. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩机械式机械式, ,电气式电气式, ,光学式光学式, ,流体式等流体式等. .2)2)按工作的物理基础分类按工作的物理基础分类: :

22、能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .3)3)按信号变换特征按信号变换特征: :能量转换型能量转换型: :直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作. . 例如例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型能量控制型: :从外部供给能量并由被测量控制外部从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化供给能量的变化. .例如例如: :电阻应变片电阻应变片. .4)4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来依靠敏感元件材料本身物理性质的变化

23、来实现信号变换实现信号变换. .如如: :水银温度计水银温度计. .结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. . 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器. .4.4.电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一是把被测量转换为电阻变化的一种传感器种传感器, , 按工作的原理可分为按工作的原理可分为: :变阻器式、电阻应变式、变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式热敏式、光敏式、电敏式.1 1 变阻器式传感器变阻器式传感器变阻器式传感器产品变阻器式传感器产品5 5 电阻应变式传感器电阻应变

24、式传感器-应变片应变片 电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形电阻值随着所受机械变形( (伸长或缩短伸长或缩短) )的变化而发的变化而发生变化象。生变化象。 应变计电阻式传感器电阻式传感器金属应变计金属应变计 应变片的主要参数应变片的主要参数 4 4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 1 1）几何参数：表距）几

25、何参数：表距L L和丝栅宽度和丝栅宽度b b，制造厂常用，制造厂常用 b bL L表示。表示。2 2）电阻值：应变计的原始电阻值。）电阻值：应变计的原始电阻值。 3 3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 电阻式传感器电阻式传感器3) 3) 应变片测量电路应变片测量电路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(32413142电阻应变片的选择、粘贴技术电阻应变片的选择、粘贴技术 1.1.目测电阻应变片有无折痕目测电阻应变片有无折痕. .断丝等断丝等 缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。2.2.用数字万用表测量应变片电阻值

26、大用数字万用表测量应变片电阻值大 小。同一电桥中各应变片之间阻值小。同一电桥中各应变片之间阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5欧姆欧姆. .3.3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。4.4.应变片粘贴应变片粘贴: :在应变片基底上挤一小滴在应变片基底上挤一小滴502502胶水，胶水， 轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。5.5.焊线焊线: :用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。6

27、.6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于大于500M500M欧。欧。7.7.应变片保护：用应变片保护：用704704硅橡胶覆于应变片上，防止硅橡胶覆于应变片上，防止 受潮。受潮。3.2 电阻式传感器电阻式传感器7.7.电容式传感器电容式传感器 变换原理变换原理: :将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电两平行极板组成的电容器容器, ,它的电容量为它的电容量为: :AC0+ A 、A A或或发生变发生变化时，都会引起化时，都会引起电容的变化。电容的变化。驻极体电容传声器驻极体电容传声器 它采用聚四氟乙

28、烯材料作为振动膜片。这种材它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。特点是体积小、性能优越、使用方便。 8 8 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。测量转化为电感量的一种装置。分类分类: :电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型电感式接近传感器（金属）

29、电感式接近传感器（金属）3.4 电感式传感器电感式传感器涡流式涡流式原理原理: :涡流效应涡流效应产品：产品：电感式传感器电感式传感器差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器9 9 磁电式传感器磁电式传感器 1.1.变换原理变换原理: : 磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。应电动势的一种转换器。dtdWe感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势e e为为磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 cosSB

30、),(mdtdRB2 2 分类分类 磁磁电电式式动圈式动圈式磁阻式磁阻式线速度型线速度型角速度型角速度型N磁电式传感器磁电式传感器 动圈式传感器动圈式传感器 线速度型线速度型磁电式传感器磁电式传感器 角速度型角速度型测速电机测速电机磁电式传感器磁电式传感器 磁阻式传感器磁阻式传感器 磁电式车速传感器磁电式车速传感器磁电式传感器磁电式传感器 10 10 压电式传感器压电式传感器 1.1.变换原理变换原理: :压电效应压电效应 +串联串联+并联并联 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生何尺寸会发生变化，而且内部

31、会被极化，表面产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。种现象称为压电效应。F+q=DF产品产品压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器 压电式传感器压电式传感器 飞机模态分析飞机模态分析压电式传感器压电式传感器 11 11 磁敏元件传感器磁敏元件传感器 sinIBKVHH 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 1 1 霍尔元件霍尔

32、元件 磁敏元件传感器磁敏元件传感器叶片和齿轮位置传感器叶片和齿轮位置传感器应用应用 磁敏元件传感器磁敏元件传感器案例：案例：汽车速度测量汽车速度测量:磁敏元件传感器磁敏元件传感器2. 2. 热电温度计热电温度计( (热电偶热电偶) ) 热电效应热电效应 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A A和和B B串接成一个闭合串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。12 12 热敏传感器热敏传感器热敏传感器热敏传感器12 12 光电传感器光电传感器 光电传感器通

33、常是指能敏感到由紫外线到红外光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 内光电效应内光电效应 半导体材料受到光照时会产生电子半导体材料受到光照时会产生电子- -空穴对空穴对, ,使其导电性能增强使其导电性能增强, ,光线愈强，阻值愈低，这种光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象光照后电阻率发生变化的现象, ,称为称为内光电效应内光电效应 。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管半导体敏感元件传感器半导

34、体敏感元件传感器 光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四种、吸收式、遮光式、反射式、四种基本形式。基本形式。 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 相机测距反射式光电传感器相机测距反射式光电传感器13 13 传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面性范围、稳定性、

35、精确度、测量方式等六个方面的问题。的问题。 1 1、灵敏度、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题； b)b)量程范围。量程范围。 c)c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。 2 2 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好

36、。延迟，但总希望延迟的时间越短越好。 3 3 线性范围线性范围 任何传感器都有一定线性工作范围。在线任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 4 4 稳定性稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。定性的因素是时间与环境。5 5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。测量的对应程度。 6 6 测量方式测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破虑的重要因