传感器检测技术（第四版）（下篇共上中下3篇）

……………红外传感器传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS红外传感器的类型02红外传感器的应用03什么是红外线01一、什么是红外线

光线是一种电磁波，可见光范围是从380nm（紫光）到780nm（红光），而红外光是位于红光之外、波长为760nm到1mm之间的光线。红外光谱根据其波长分为三个区域，即近红外、中红外、远红外。近红外

–0.75µm至3µm中红外

–3µm至6µm远红外–>6µm一、什么是红外线

红外线是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，同时红外线还具有非常显著的热效应。所有高于绝对零度即－273℃的物质都可以产生红外线。因此，简单地说，红外线传感器就是能感受物体的红外能量并将其转换成电信号的元器件。二、红外传感器的类型红外传感器可分为主动式和被动式两种：

主动红外技术是由红外设备主动发射红外信号，再用接收器感知直射或反射回来的红外光。主动红外传感器的构成发射机接收机电源发光源光学系统光学系统光电传感器放大器信号处理器等自找二、红外传感器的类型主动式红外传感器：

由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。红外传感器可分为主动式和被动式两种：二、红外传感器的类型红外传感器可分为主动式和被动式两种：主动式:一般应用在周界防范，最大的优点就是防范距离远。现在已经从最初的单光束发展到多光束，最大限度地降低误报率，从而增强该产品的稳定性，可靠性。由于红外线对于环境中的声响、雷电、振动、各类人工光源及电磁干扰源，具有良好的不相干性，所以属于环境因素不相干性良好的探测介质，我们常见的主动红外传感器包括安防监控红外摄像头，红外线报警栅栏等。二、红外传感器的类型被动式:自身不发射红外信号，而是红外设备去被动感知环境中的红外信号再做出反应。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出波长10μm左右的红外线。被动红外探测器通常采用热释电元件，对人体发射的10μm左右的红外辐射敏感，在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷。热释电传感器一般包含两个互相串联或并联的热释电元件。红外传感器可分为主动式和被动式两种：二、红外传感器的类型被动式:而且制成的两个电极极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦入侵人进入探测区域内，人体红外辐射通过透镜聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。由于热释电可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域很广，比如红外体温筛查告警系统、额温枪、红外感应门等。红外传感器可分为主动式和被动式两种：三、红外传感器的应用1.气体检测

红外光学原理的气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。三、红外传感器的应用

使用红外传感器，可以获得如图所示的红外分析图谱，不同原子组成的分子在相同频率的红外线的照射下，会发生红外吸收，从而引起红外光强的变化，根据不同的波峰，可以判断混合气体中所含气体的种类。1.气体检测三、红外传感器的应用2.红外测距

红外测距传感器是用红外线为介质的测量系统，测量范围广，响应时间短，主要应用于现代科技，国防和工农业领域。三、红外传感器的应用2.红外测距

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用红外线为介质进行测量。

红外测距传感器测量距离远，且具有很高的频率响应，适合于恶劣的工业环境中。三、红外传感器的应用3.红外热成像仪

红外热像仪是无源传感器，可捕获温度高于绝对零值的所有物体发出的红外辐射。

热像仪用途最初是作为军事监视和夜视工具开发的，但随着大量的使用，价格下降了，从而大大开拓了更广阔的应用领域。三、红外传感器的应用4.红外感应开关

红外感应开关是以红外感应技术为基础的一种自动控制开关。

通过红外感应器的菲涅尔透镜，人体发出散乱的红外光会被开关感应到，从而实现开灯等各种自动控制的功能。自找……………谢

谢

观

看……………光纤传感器传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS光纤传感器的组成和工作原理02光纤传感器的具体应用03什么是光纤01一、什么是光纤光纤

是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。

由两层折射率不同的玻璃组成。内层：

光内芯，直径在几微米至几十微米。外层：

直径为0.1—0.2mm。

一般内芯玻璃的折射率比外层玻璃大1%。光纤的基本结构一、什么是光纤光纤

根据光的折射和全反射原理，当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。二、光纤传感器的组成和工作原理基本原理：

是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位和偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光电探测器，获得被测参数。二、光纤传感器的组成和工作原理根据光纤在传感器中的作用可以分为：1.功能型传感器，又称为传感型传感器。2.非功能型传感器，又称为传光型传感器。光纤传感器光源传输光纤光电探测器信号处理部分功能型光纤传感器

是利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作为传感元件，对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振态等特性发生变化，再通过被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。二、光纤传感器的组成和工作原理功能型光纤传感器

光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。优点：

结构紧凑，灵敏度高。缺点：

实现难度高，一般需用特殊光纤，成本高。二、光纤传感器的组成和工作原理非功能型光纤传感器

利用其它敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，不是敏感元件。一般是在光纤端面或中间放置透光材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或发射光随之变化。二、光纤传感器的组成和工作原理优点：

结构简单、可靠，技术上容易实现。缺点：

灵敏度一般比功能型光纤传感器低，测量精度也差一些。二、光纤传感器的组成和工作原理非功能型光纤传感器三、光纤传感器的具体应用1.石油石化

光纤传感器可以克服恶劣的井下环境取代传统的电子传感器，使用光纤传感技术，可以对能源开采设备、运输设施和储存设施情况进行监控，可以实时了解其各个部位的温度、振动、所受应力。相比于过去的人工使用设备进行沿线检测，这种方式极大地提高了安全检测的可靠程度和效率。在油管中清管器跟踪定位系统原理图三、光纤传感器的具体应用2.城市建筑

在建筑工程中，可以利用光纤传感器实时监测桥梁、大坝、重要建筑物等的温度、应力、压力、振动、倾角等物理量，以评估其短期及长期的结构安全性能。例如光栅压力传感器可预埋在混凝土等材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力。

在大型工程中，因为需要实时监测，并且范围较广，所以主要使用的是连续性分布式光纤传感器。三、光纤传感器的具体应用3.电力系统

在电力系统中，需要测定温度、电流等参数，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用。光纤电流互感器无油无气、安全环保、响应速度快、动态范围大，已成为电流测量的主要发展方向，在电力系统尤其是直流输电工程中具有不可替代的作用。在电力系统光缆监测中基于BOTDR传感系统原理图自找三、光纤传感器的具体应用4.医学领域

光纤传感器可实现极小的尺寸，不受电磁干扰，能通过最小限度的侵害方式测量人体局部组织内的温度、压力、声波场的精确信息。具有小尺寸且不受电磁干扰的光纤传感器在医学应用中非常重要。光纤内窥镜原理图三、光纤传感器的具体应用5.军事领域

光纤传感在军用领域同样存在庞大的市场需求。军事应用的光纤传感器可用于水声探潜（光纤水听器）、光纤制导、姿态控制（光纤陀螺）、航天航空器的结构损伤探测以及战场环境的探测等方面。

在航天航空领域中，战术导弹用光纤陀螺精确制导。光纤陀螺还可以应用于雷达无人控制直升机的姿态控制。光纤陀螺仪原理图三、光纤传感器的特点1.传感器端无需供电，是无源器件；2.电绝缘性能好，抗高电磁干扰能力强；3.高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控；4.耐腐蚀，防爆，本质安全，各种恶劣或易燃易爆危险环境下可用；5.可实现远距离遥控监测和多点分布式测量，且测量速度快；……………谢

谢

观

看……………气敏传感器传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS气敏传感器的工作原理02气敏传感器的应用03概述01一、概述气敏传感器

是一种检测特定气体的传感器。

它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。

它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。二、气敏传感器的工作原理

利用SnO2（氧化锡）金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。还有许多易燃易爆气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。自找二、气敏传感器的工作原理常用

主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器

它检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃—400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。二、气敏传感器的工作原理电化学气敏传感器

一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。二、气敏传感器的工作原理半导体气敏传感器

分N型和P型，N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。二、气敏传感器的工作原理半导体气敏传感器原理

当氧化型气体吸附到N型半导体上,半导体的载流子减少,电阻率上升;当氧化型气体吸附到P型半导体上,半导体的载流子增多,电阻率下降;当还原型气体吸附到N型半导体上,半导体的载流子增多,电阻率下降;当还原型气体吸附到P型半导体上,半导体的载流子减少,电阻率上升;二、气敏传感器的工作原理目前国产的气敏元件有两种：1.直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；2.旁热式气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。气敏元件的参数：

主要有加热电压、电流，测量回路电压，灵敏度，响应时间，恢复时间，标定气体（0.1%丁烷气体）中电压，负载电阻值等。三、气敏传感器的应用

如图所示，采用TGS812型酒精传感器,对酒精有较高的灵敏度(对一氧化碳也敏感)，其加热及工作电压都是5V,加热电流约125mA。自找三、气敏传感器的应用

传感器的负载电阻为R1及R2,这里分析电路时可以看成是传感器电阻与R1和R2串联电阻的分压，R1和R2的输出连接LED显示驱动器LM3914。自找三、气敏传感器的应用

当无酒精蒸汽时，传感器阻值非常大，R1及R2上分到的电压很低,随着酒精蒸汽的浓度增加,输出电压也上升,则LM3914的LED(共10个)亮的数目也增加。根据亮灯数目可以简单测定酒精浓度。……………谢

谢

观

看……………磁敏电阻及应用传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS半导体磁敏电阻02强磁性金属薄膜磁敏电阻03概述01磁敏电阻的应用04一、概述磁敏电阻

磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中的电阻发生变化的现象称为磁阻效应。

磁敏电阻通常用锑化铟（InSb）或砷化铟（InAs）等对磁具有敏感性的半导体材料制成。半导体材料的磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应，其中物理磁阻效应又称为磁电阻率效应。一、概述磁敏电阻

是一种基于磁阻效应而制作的电阻体。它在外施磁场的作用下(包括外施磁场的强度及方向的变化)能够改变自身的阻值。它可分为半导体磁敏及强磁性金属薄膜磁敏电阻两大类。半导体磁敏电阻强磁性金属薄膜磁敏电阻一、概述磁敏电阻

磁场作用在导体上的各种物理效应（霍尔效应、磁阻效应）早在1879～1883年间在金属中就发现了，但因效应不显著，长期以来未得到广泛应用。

半导体出现后，在20世纪50年代后半期开发了高迁移率的新型化合物半导体材料，如锑化铟(InSb)等，也促进了霍尔器件和磁阻器件的研究、开发和应用。二、半导体磁敏电阻半导体磁敏电阻

研制始于60年代初，在这方面联邦德国西门子公司较为权威，继而是日本、美国、苏联、西欧等国。在60年代中期即有商品销售，因其和普通电阻一样，具有两个端子、结构简单、灵敏度高、安装方便等优点，其应用较为普遍。半导体磁敏电阻结构三、强磁性金属薄膜磁敏电阻强磁性金属薄膜磁敏电阻

是用强磁性合金材料制成的一种薄膜型的磁敏电阻器件，其作用原理是强磁性体的磁阻效应。强磁性金属薄膜磁敏电阻三、强磁性金属薄膜磁敏电阻强磁性金属薄膜磁敏电阻

是日本索尼公司于70年代初开发的一种磁敏器件，它在问世后十几年的时间中，发展十分迅速。可以用它构成许多新型磁敏传感器，用于测量微位移、角度、转速、流量、压力等。强磁性金属薄膜磁敏电阻四、磁敏电阻的应用1.作控制元件

可将磁敏电阻用于交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、磁通密度电压变换器和位移电压变换器等等。2.作计量元件

可将磁敏电阻用于磁场强度测量、位移测量、频率测量和功率因数测量等诸多方面。3.作模拟元件

可在非线性模拟、平方模拟、立方模拟、三次代数式模拟和负阻抗模拟等方面使用。四、磁敏电阻的应用4.作运算器

可用磁敏电阻在乘法器、除法器、平方器、开平方器、立方器和开立方器等方面使用。5.作开关电路

可应用在接近开关、磁卡文字识别和磁电编码器等方面。6.作磁敏传感器

用磁敏电阻作核心元件的各种磁敏传感器，其工作原理都是相同的，只是根据用途、结构不同而种类各异。四、磁敏电阻的应用作磁敏传感器时主要有：

①测磁传感器。如新型磁通表，测定恒定磁场及交变磁场或电机电器等剩磁的仪器，用于航海、航空的导航仪器。

②转速传感器。如构成新型的数字式转速表、频率计等。

③位移和角位移传感器。微位移传感器是工业用机器人的基本器件。

④铁磁物质探伤用的传感器。

⑤可变电阻器、无接触电位器以及无触点、高性能的磁开关(作定位及控制用)。四、磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用举例：

如图所示是磁敏电阻应用电路，电路中，R1和R2是磁敏电阻，A1为电压比较器。

电路中，R3和R4构成分压电路，其输出电压通过电阻R6加到A1的2脚，作为基准电压。当磁场发生改变时，磁敏电阻R1和R2分压电路输出电压大小发生变化，这一变化的电压通过电阻R5加到A1的1脚，这样A1的输出端3脚电压大小也随之做相应的改变，这一变化信号经C1耦合后得到输出信号U。磁敏电阻器应用电路……………谢

谢

观

看……………霍尔传感器原理传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS霍尔效应02霍尔传感器分类03概述01一、概述霍尔传感器

是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种。

1879年发现了霍尔效应。

此前，霍普金斯大学著名教授罗兰曾做了带电旋转盘的磁效应实验，第一次揭示了运动电荷也能激发磁场。

值得注意的是，霍尔发现霍尔效应时，电子尚未被发现。霍尔（A.H.Hall，1855—1938）二、霍尔效应霍尔效应

在一个磁场中放置一块导体，在垂直于磁场的方向上施加一个电流时，载流的带电粒子会在磁场力作用下发生偏转，导体横向两侧的电荷会重新分布，从而产生一个内部的电场。这个现象便是霍尔效应。

由此产生的导体两端的电势差通常称为霍尔电压（Hallvoltage）。霍尔效应使用左手定则判断。二、霍尔效应霍尔电场

将长、宽、高分别为L、W、H的半导体薄片，置于磁场B之下，两端面a、b通以控制电流I时，薄片中电子运动速度与I的方向相反，在磁场作用下将受一个由c侧指向d侧方向的力的作用，电子运动因受该力的作用会使运动轨迹横向偏移，按图中虚线方向前进，电子向d侧偏转，使该侧面形成负电荷的积累,半导体片的一侧(d侧)电子密集出现负电荷，另一侧(c侧)电子稀疏呈现正电荷，两侧面之间形成电场EH，称为霍尔电场。二、霍尔效应

霍尔使电子运动轨迹横向偏移的力是洛仑兹力fL，而霍尔电场建立之后又对电子施加电场力fE，电场力与洛仑兹力的方向相反，阻止电荷的积累，最终达到动态平衡。

这时fL=fE，而洛仑兹力为：

电场力为：

以上两式中，e为电子电荷，UH为霍尔效应产生的电压，W为半导体片的宽度，当两力相等而方向相反时，可得：

若以n代表半导体内单位体积中的载流子数则可得:二、霍尔效应

式中H为半导体片的厚度，负号表示电流方向与电子运动方向相反。

根据上述两式可得：

式中RH=1/（ne），RH为霍尔系数，其大小取决于导体载流子密度，它反映元件霍尔效应的强弱；KH为霍尔灵敏度，KH=RH/H，与霍尔系数成正比，与霍尔元件厚度成反比。二、霍尔效应

霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。二、霍尔效应霍尔信号放大电路

若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。

用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作点火传感器。

霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。二、霍尔效应二、霍尔效应霍尔效应半导体材料霍尔元件磁场敏感结构简单体积小频率响应宽输出电压变化大使用寿命长测量自动化计算机信息技术应用领域霍尔元件三、霍尔传感器分类霍尔传感器开关性霍尔传感器线型霍尔传感器稳压器霍尔元件差分放大器斯密特触发器输出级霍尔元件线性放大器射级跟随器输出数字量输出模拟量开环式闭环式用于交直流电流和电压测量零磁通霍尔传感器锁键型霍尔传感器特殊形式……………谢

谢

观

看……………霍尔传感器应用传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS具体应用举例02霍尔传感器的发展趋势03概述01一、概述霍尔传感器

全球排名第三的传感器产品，被广泛用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。日常生活中的使用

霍尔传感器被广泛应用例如，在翻盖或是滑盖的手机中，用来检测手机盖翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器；再如，在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有，在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。二、具体应用举例

自动供水装置可实现凭票定量自动供应开水，具有节约用水而又卫生的特点，特别适用于办公楼与集体宿舍公共水房安装使用。

锅炉中的水由电磁阀控制流出与关闭，电磁阀的打开与关闭受控于控制电路。

当用水者打水时，需将铁制的取水牌从投放口投入，取水牌沿非磁性物质制作的滑槽向下滑行，当滑行到磁传感部位时，传感器输出信号经控制电路驱动电磁阀打开，让水从水龙头流出。

经延时一定时间后，控制电路使电磁阀关闭，水流停止，又恢复到停止供水状态。自动供水装置的结构图二、具体应用举例自动供水装置的电路如图所示。

它主要由磁传感装置、单稳态电路、固态继电器、电源电路及电磁阀等组成。磁传感装置由磁铁及SL3020霍尔开关集成传感器构成。二、具体应用举例自动供水装置的电路如图所示。

平时，SL3020传感器因空气隙的存在受磁铁磁场的作用较小，其输出为低电平，晶体管VT1处于截止状态，由IC1组成的单稳态电路复位，IC1的输出端3脚输出低电平，固态继电器SSR由于无控制电流而处于常开状态，电磁阀Y断电而关闭，水龙头无水流出。

单稳态电路在复位状态时，IC1内部将电容C2短路。二、具体应用举例

当取水者投入铁制的取水牌时，取水牌沿滑槽迅速下滑，在通过磁传感装置时，铁制取水牌将磁铁的磁力线短路，SL3020传感器受较强磁场的作用输出为高电平脉冲，经晶体管VT1反相后触发单稳态电路翻转进入暂稳状态。

此时IC1的3脚输出为高电平，使固态继电器SSR有电流流通而闭合，电磁阀Y得电工作，自动开阀放水。单稳态翻转后，IC1内部电路将C2原短路状态释放，C2通过RP1和R4开始充电。二、具体应用举例

当C2上的电位充电到IC1的阈值时，触发单稳态电路又翻转复位，IC1输出端第3脚又恢复到低电平，固态继电器SSR断开，电磁阀Y失电关闭，水龙头自动停止出水，电路又恢复到平时状态。二、具体应用举例

单稳态电路每次由稳态翻转进入暂稳态状态的时间长短，也就是每次供水的时间长短，该时间取决于C2、R4、RP1的时间常数，调节RP1可在3—20s范围内改变这一时间。C1和C3是旁路电容，主要用来消除各种杂波的干扰。三、霍尔传感器的发展趋势随着不断发展，霍尔传感器也呈现出五大发展趋势：（一）微型化趋势

市场上很多霍尔传感器都采用了各种小型封装。美信宣布将推出一种采用μCSP封装（微米芯片级封装）的霍尔传感器，它的面积只有1mm×1mm，这样的尺寸非常适合空间较小的应用，例如手机、电动机中的间隙等领域。小型封装霍尔传感器三、霍尔传感器的发展趋势（二）高集成度

高集成度霍尔传感器已经成为智能传感器。

例如，厂商基本上已经把各种保护电路和补偿电路、转换器集成到了霍尔传感器上。而为了实现可编程霍尔传感器，厂商将EEROM（电可擦只读存储器）集成进来也是一种趋势。高集成度霍尔传感器三、霍尔传感器的发展趋势（三）温度性能

当霍尔传感器长期处于较高的工作温度时，芯片与基板之间的引线键合(bonding)将可能出现松动或断裂等现象，从而影响传感器的正常工作。

多数霍尔传感器的工作温度是65℃到85℃，这在汽车中还可以适用。但在一些工业应用中，工作温度高达160℃甚至185℃，霍尔传感器要适合这些场合的应用还需提高温度指标。自找三、霍尔传感器的发展趋势（四）高灵敏度

霍尔传感器最高的灵敏度可以达到几十高斯。

在工业和汽车应用领域中，灵敏度在200高斯到500高斯的霍尔传感器就可以很好地完成应用任务。

不断提高霍尔传感器的灵敏度可以开启新的应用市场，因此，这也是业界努力的目标。霍尔传感器的挑战之一就是电路必须能感应非常小的磁场以及磁场的细微变化。三、霍尔传感器的发展趋势(五)新的霍尔元件结构

一般线性霍尔传感器要实现旋转位置的测量，要采用非常复杂的结构，而好的结构在国际上都有专利。

采用这些结构的企业需要缴纳专利费。为此，一些企业推出测量水平磁场的霍尔传感器，它可以更易实现旋转的测量，因此没有专利费问题。……………谢

谢

观

看……………超声波传感器组成及原理传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS超声波传感器的原理及组成01超声波传感器的主要性能指标02声波

人们可以听到的声音频率为20Hz～20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的20Hz以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称为超声波，一般我们说话的频率范围为100Hz～8kHz，常用的超声波频率范围为几十千赫兹到几十兆赫兹。声波频率分布图一、超声波传感器的原理及组成超声波

超声波与普通声波一样，也具有反射、折射、衍射、散射等特点，但是超声波的波长较短，有的是几厘米，最低可至千分之几毫米。波长越短，声波的衍射特性就越差，可以在介质中稳定地进行直线传播，因此波长较短的超声波具有很强的直线传播能力。

超声波最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，利用超声波的这种性质就可以制成超声波传感器。一、超声波传感器的原理及组成超声波传感器

想要用超声波完成检测工作，必须要有一个既可以发出超声波又可以接收超声波的装置，能实现这样功能的装置我们称为超声波传感器，也叫作超声波换能器或者超声探头。

按工作原理分类，超声波传感器分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等形式。其中，压电式换能器最为常见，材料主要是压电晶体和压电陶瓷。一、超声波传感器的原理及组成压电式超声波发生器

压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它也可以将接收到的超声波转变成电能，所以它可以分成发生器和接收器。

压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。一、超声波传感器的原理及组成压电式超声波发生器

压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上会引起晶片的伸缩，并在晶片两个表面上产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。一、超声波传感器的原理及组成磁致伸缩式超声波传感器

利用铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象制作而成的。磁致伸缩效应的强弱因铁磁材料的不同而不同。常见的铁磁材料有镍铁铝合金、铁钴钒合金等。一、超声波传感器的原理及组成磁致伸缩式超声波传感器

把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。一、超声波传感器的原理及组成磁致伸缩式超声波传感器

磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场(即导磁特性)发生改变。一、超声波传感器的原理及组成超声波交变电流磁致伸缩材料线圈超声波一、超声波传感器的原理及组成压电式超声波发生器的结构

典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。

压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。

压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，也用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。二、超声波传感器的主要性能指标超声波传感器的主要性能指标包括以下几个方面：（1）测量范围。（2）测量精度。（3）波束角。（4）工作频率。（5）抗干扰性能。……………谢

谢

观

看……………超声波传感器的应用传感器技术与应用武汉职业技术学院

熊晓倩课程内容CONTENTS多普勒效应测流量04具体应用举例05时间测距法01倒车雷达03测液位02一、时间测距法超声波测距

由超声波的发射端发射一束超声波，在发射的同时，计时开始，发射出去的超声波在介质中传播，声波具有反射特性，当遇到障碍物时就会反射回来，当超声波的接收端接收到反射回来的超声波时，计时停止。一、时间测距法时间测距法

已知超声波在介质中的传播速度，测量出从发射到接收所需的时间，就可以计算出障碍物的距离。测距的公式如式所示L=c*T/2

式中L为测量的距离长度；C为超声波在介质中的传播速度；T为测量出传播时间。

当介质为空气时，声速为340m/s，根据记录的时间t，利用公式可以计算出发射位置与障碍物之间的距离。二、测液位测液位

利用超声波测距原理可以进行液位的测量。如图，超声探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位高度。二、测液位测液位

根据发射和接收换能器的功能，传感器可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器完成。二、测液位测液位对于单换能器，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间设为t，则h=ct/2式中，h为换能器距液面的距离；c为超声波在传播的速度。对于双换能器，液位高度则为式中，s=ct/2；2a为两个传感器探头的直线距离。

三、倒车雷达倒车雷达

采用超声波测距原理，当车辆挂进倒车挡倒车时，倒车雷达自动进入工作状态，在控制器的控制下，由安装在车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物产生回波信号，传感器接收到回波信号后，经控制器进行数据处