《常用传感器》PPT课件

第 三 章 常 用 传 感 器 本 章 学 习 要 求 ：1.了 解 传 感 器 的 分 类 2.掌 握 常 用 传 感 器 测 量 原 理3.了 解 传 感 器 测 量 电 路3.1 概 述3.2 电 阻 式 传 感 器3.3 电 感 式 传 感 器3.4 电 容 式 传 感 器3.5 压 电 式 传 感 器3.6 磁 电 式 传 感 器3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器3.8 其 它 类 型 传 感 器3.9 传 感 器 选 用 原 则 3.1.1 传 感 器 定 义3.1.2 传 感 器 的 构 成3.1.3 传 感 器 的 分 类3.1.4 常 见 的 被 测 物 理 量3.1 概 述第 三 章 常 用 传 感 器 传 感 器 是 借 助 于 检 测 元 件 接 收 一 种 形 式 的 信 息 ， 并按 一 定 的 规 律 将 所 获 取 的 信 息 转 换 成 另 一 种 信 息 的 装 置 。物 理 量 电 量 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 号 转 换 成 电 信号 的 装 置 。3.1.1 传 感 器 定 义3.1 概 述 3.1.2 传 感 器 的 构 成3.1 概 述 传 感 器 一 般 由 敏 感 器 件 与 辅 助 器 件 组 成 。 敏 感 器 件 是传 感 器 的 核 心 ， 它 的 作 用 是 直 接 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 、 阻 抗 匹 配 ， 以 便 于 后 续 仪 表 接 入 。 d V 3.1.3 传 感 器 的 分 类3.1 概 述(1)按 被 测 物 理 量 分 类 :(2)按 工 作 的 物 理 基 础 分 类 :(3)按 信 号 变 换 特 征 :(4)按 敏 感 元 件 与 被 测 对 象 之 间 的 能 量 关 系 :位 移 ,力 ,温 度 等 .机 械 式 ,电 气 式 ,光 学 式 ,流 体 式 等 .物 性 型 ,结 构 型 .能 量 转 换 型 和 能 量 控 制 型 . 3.1 概 述A 物 性 型 与 结 构 型 传 感 器物 性 型 :依 靠 敏 感 元 件 材 料 本 身 物 理 性 质 的 变 化 来 实 现 信 号 变 换 . 例 如 :水 银 温 度 计 ,压 电 测 力 计 .结 构 型 :依 靠 传 感 器 结 构 参 数 的 变 化 实 现 信 号 转 变 . 例 如 :电 容 式 和 电 感 式 传 感 器 .B 能 量 转 换 型 和 能 量 控 制 型 传 感 器能 量 转 换 型 :直 接 由 被 测 对 象 输 入 能 量 使 其 工 作 . 例 如 :热 电 偶 温 度 计 ,压 电 式 加 速 度 计 .能 量 控 制 型 :从 外 部 供 给 能 量 并 由 被 测 量 控 制 外 部 供 给 能 量 的 变 化 . 例 如 :电 阻 应 变 片 . 3.1.4 常 见 的 被 测 物 理 量 机 械 量 :长 度 ,厚 度 ,位 移 ,速 度 ,加 速 度 ,旋 转 角 ,转 数 , 质 量 ,重 量 ,力 ,压 力 ,真 空 度 ,力 矩 ,风 速 ,流 速 , 流 量 . 声 : 声 压 ,噪 声 . 磁 : 磁 通 ,磁 场 . 温 度 : 温 度 ,热 量 ,比 热 . 光 ： 亮 度 ， 色 彩 .3.1 概 述 3.2 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 种 传 感 器 . 按 工 作 的 原 理 可 分 为 :变 阻 器 式 、 电 阻 应 变 式 、 热 敏 式 、光 敏 式 、 电 敏 式 .第 三 章 常 用 传 感 器3.2.1 变 阻 器 式 传 感 器3.2.2 电 阻 应 变 式 传 感 器 3.2.1 变 阻 器 式 传 感 器（ 1） 工 作 原 理3.2 电 阻 式 传 感 器RxklR )2( xkkR kR 等 效 电 路 分 析 : Rp-总 电 阻 ;xp-变 阻 总 长 ;RL负 载 电 阻 ;x-电 刷 移 动 量 .1 32 xxp Ein EoutRx RLRp-Rx )1)(1 pxxLRpRxpx in LRxRxRpRLRpR inLRxR LRxR xRpRin EEEoutE 0 x 100%100%Output0负 载 效 应 3.2 电 阻 式 传 感 器 (2) 变 阻 器 式 传 感 器 的 性 能 参 数 : 1) 线 性 (或 曲 线 的 一 致 性 ); 4) 移 动 或 旋 转 角 度 范 围 ; 2) 分 辨 率 ; 5) 电 阻 温 度 系 数 ; 3) 整 个 电 阻 值 的 偏 差 ; 6) 寿 命 ;(3)变 阻 器 式 传 感 器 的 分 类 :3.2 电 阻 式 传 感 器变 阻 器 按 电 阻 元 件 分 单 圈 电 位 器直 线 滑 动 式 电 位 器多 圈 电 位 器 混 合 式 电 位 器导 电 塑 料 电 位 器金 属 陶 瓷 电 位 器线 绕 电 位 器按 电 位 器 结 构 分 (4)变 阻 器 式 传 感 器 的 特 点 ：3.2 电 阻 式 传 感 器电 阻 器 制 作 特 点绕 线 式 直 径 0.012-0.1mm的 镍 铬 合 金 的 精 密 电 阻丝 绕 在 绝 缘 的 薄 膜 铜 丝 或 绝 缘 的 胶 木 板等 卷 心 上 而 制 作 电 阻 温 度 系 数 非 常 好 ， 为 (520) 10-6 / ； 精 度 、 稳 定 性 、 重 复性 比 薄 膜 式 好 ； 分 辨 力 低 于 薄 膜 式金 属 陶 瓷 式 电 阻 胶 印 在 陶 瓷 基 板 上 ， 并 用 高 温 烧 制而 成 分 辨 力 高 ， 环 境 适 应 性 强 ， 电 阻 温度 系 数 为 200 10-6 / 左 右导 电 -塑 料 式 将 基 板 的 树 脂 与 电 阻 膜 制 成 一 体 ， 或 将电 阻 胶 涂 于 薄 膜 基 片 上 分 辨 力 高 ， 寿 命 长 ， 线 响 应 特 性 好 ，电 阻 温 度 系 数 为 400 10 -6 /混 合 式 导 电 型 树 脂 涂 于 线 绕 式 电 阻 元 件 上 兼 有 绕 线 式 、 导 电 塑 料 式 的 优 点 ，电 阻 温 度 系 数 为 150 10-6 / (5) 应 用案 例 1： 重 量 的 自 动 检 测 -配 料 设 备 设 定 值原 材 料 比 较 3.2 电 阻 式 传 感 器 (5) 应 用案 例 1： 重 量 的 自 动 检 测 -配 料 设 备 设 定 值原 材 料 比 较 原 理用 弹 簧 将 力 转 换 为 位 移 ;再 用 变阻 器 将 位 移 转 换 为 电 阻 的 变 化 3.2 电 阻 式 传 感 器 )1)( 0 pxxLRpRxpx eye 案 例 2： 煤 气 包 储 量 检 测 原 理直 接 将 代 表 煤 气 包 储 量 的 高 度变 化 转 换 为 钢 丝 的 电 阻 变 化煤 气 包钢 丝 特 点 ：（ 1） 测 量 量 程 大 ；（ 2） 防 爆 ；（ 3） 可 靠 ；（ 4） 成 本 低 。3.2 电 阻 式 传 感 器 案 例 3： 玩 具 机 器 人 （ 广 州 中 鸣 数 码 ）原 理直 接 将 关 节 驱 动 电 机 的 转 动 角度 变 化 转 换 为 电 阻 器 阻 值 变 化3.2 电 阻 式 传 感 器 3.2.2 电 阻 应 变 式 传 感 器 -应 变 片 金 属 电 阻 应 变 片 的 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 电阻 值 随 着 它 所 受 机 械 变 形 （ 伸 长 或 缩 短 ） 的 变 化 而 发 生变 化 的 现 象 。 3.2 电 阻 式 传 感 器 1） 工 作 原 理金 属 应 变 片 的 电 阻 R为 AlR dRdAARdllRdR rA 2 drldrrldlrdR 2322 )2( drdrldlR ldl ldlrdr Ed )21( ER 纵 向 应 变 泊 松 比 弹 性 模 量压 阻 系 数 3.2 电 阻 式 传 感 器 (1)当 不 变 时 )21( RdAARdllRdR 金 属 应 变 计(2)当 变 化 时 ERdRdAldRdR 半 导 体 应 变 计3.2 电 阻 式 传 感 器 ）常 数 （ 6.37.121/Sg Sgldl RdR ）（ 一 般 SgSgEldl RdRSg 7050/ 2） 金 属 应 变 片 应 变 计3.2 电 阻 式 传 感 器 金 属 应 变 片 有 ： 丝 式 、 箔 式 优 点 ： 稳 定 性 和 温 度 特 性 好 缺 点 ： 灵 敏 度 系 数 小 3） 半 导 体 应 变 片 应 变 计3.2 电 阻 式 传 感 器 优 点 ： 应 变 灵 敏 度 大 ;体 积 小 ;能 制 成 具 有 一 定 应 变 电 阻 的 元 件 . 缺 点 ： 温 度 稳 定 性 和 可 重 复 性 不 如 金 属 应 变 片 . 4） 应 变 片 的 主 要 参 数1） 几 何 参 数 ： 表 距 L和 丝 栅 宽 度 b， 制 造 厂 常 用 b L 表 示 。 2） 电 阻 值 ： 应 变 计 的 原 始 电 阻 值 。 3） 灵 敏 系 数 ： 表 示 应 变 计 变 换 性 能 的 重 要 参 数 。 4） 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 ） 。 3.2 电 阻 式 传 感 器 5） 应 变 片 的 测 量 电 路第 四 章 中 “ 电 桥 ” 内 容3.2 电 阻 式 传 感 器 6） 应 用案 例 1： 桥 梁 固 有 频 率 测 量 原 理在 桥 中 设 置 一 三 角 形 障 碍 物 ， 利用 汽 车 碍 时 的 冲 击 对 桥 梁 进 行 激励 ， 再 通 过 应 变 片 测 量 桥 梁 动 态变 形 ， 得 到 桥 梁 固 有 频 率 。3.2 电 阻 式 传 感 器 案 例 2： 电 子 称 原 理将 物 品 重 量 通 过 悬 臂 梁 转 化 结构 变 形 再 通 过 应 变 片 转 化 为 电量 输 出 。3.2 电 阻 式 传 感 器 案 例 3： 桶 式 测 力 传 感 器3.2 电 阻 式 传 感 器 电 桥1） 直 流 电 桥信 号 放 大 电 路 UIRRRR RRRRUIRR RRR RUbcUbaUO )34)(2( 1 4231)34 421 1( RRRR 4231 RRUII 211 RR UII 344 UIRR RRIUba 21 111 UIRR RRIUbc 34 444 平 衡 条 件 信 号 放 大 电 路 直 流 电 桥 的 连 接 方 式a)半 桥 单 臂 b)半 桥 双 臂 c)全 桥(a)半 桥 单 臂 UIRRUIRR RUIRR RRRR RRUO 04204)34 421 1( RRRRR 04321 令 RR 0又 因 为 (b)半 桥 双 臂 U IRRUO 02 (c) 全 桥 UIRRUO 0UIrRrR R rR rRrR rUbcUbaUO )34 421 1( 直 流 电 桥 平 衡 条 件 4231 RRRR 优 点 ： 所 需 的 高 稳 定 直 流 电 源 较 易 获 得 ；电 桥 输 出 电 压 是 直 流 ， 可 以 用 直 流 仪 表 测量 ； 对 从 传 感 器 到 测 量 仪 表 的 连 接 导 线 要求 较 低 ， 电 桥 的 平 衡 电 路 简 单 。缺 点 ： 直 流 放 大 器 比 较 复 杂 ， 易 受 零 漂 和接 地 电 位 的 影 响 。信 号 放 大 电 路 平 衡 电 桥 信 号 放 大 电 路 2） 交 流 电 桥 平 衡 条 件 4231 ZZZZ 4231 交 流 电 桥 的 平 衡 问 题 较 直 流 复 杂 得 多 ， 对于 交 流 电 桥 ， 除 了 进 行 电 阻 平 衡 外 ， 还 要进 行 电 抗 平 衡 。 交 流 电 桥 对 于 供 桥 电 源 要求 也 较 高 ， 必 须 具 有 良 好 的 电 压 波 形 和 频率 稳 定 度 。 3.3 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 测 量转 化 为 电 感 量 的 一 种 装 置 。分 类 :电 感 式 传 感 器 自 感 型 可 变 磁 阻 型涡 流 式互 感 型 3.3 电 感 式 传 感 器1 自 感 型 -可 变 磁 阻 式 2 002 AWL原 理 :电 磁 感 应 RmWL 2 AAAlRm 002002 线 圈 匝 数磁 路 总 磁 阻铁 芯 导 磁 长 度 铁 芯 导 磁 率 铁 芯 导 磁 截 面 积 气 隙 长 度空 气 导 磁 率气 隙 导 磁 截 面 积 3.3 电 感 式 传 感 器 2 002 AWL 2 020 bWdadLAddLS 2 0022 AWddLS ),( 00 1.0/ 0 a） 导 磁 面 积 变 化b） 变 化 3.3 电 感 式 传 感 器 d） 双 螺 管 线 圈 差 动c） 单 螺 管 线 圈 型 )0(2 002L AW左 )0(2 002L 右 AWb） 差 动 型0- 0+ 测 量 电 路 ： 将 两 线 圈 分 别 接到 电 桥 的 相 邻 桥 臂 上 ， 输 出灵 敏 度 可 提 高 一 倍 。 3.3 电 感 式 传 感 器双 螺 管 线 圈 差 动 型 传 感 器 及 测 量 电 路双 螺 管 线 圈 差 动 型 ， 较 之 单螺 管 线 圈 型 有 较 高 灵 敏 度 及 线 性 ； 用 于 电 感 测 微 计 上 ， 其 测量 范 围 为 0 300m， 最 小 分辨 力 为 0.5m。这 种 传 感 器 的 线 圈 接 于 电 桥上 ， 构 成 两 个 桥 臂 ， 线 圈 电感 L 1、 L2随 铁 芯 位 移 而 变 化 。 3.3 电 感 式 传 感 器2 涡 流 式 原 理 :涡 流 效 应原 线 圈 的 等 效 阻 抗 Z变 化 ： ),( ZZ 高 频 反 射 式 涡 流 传 感 器 。 。 如 图 所 示 ， 高 频 (1MH z)激 励 电流 产 生 的 高 频 磁 场 作 用 于 金 属 板 的 表面 ， 由 于 集 肤 效 应 ， 在 金 属 板 表 面 将形 成 涡 电 流 。 与 此 同 时 ， 该 涡 流 产 生的 交 变 磁 场 又 反 作 用 于 线 圈 ， 引 起 线圈 自 感 L或 阻 抗 ZL的 变 化 。 线 圈 自 感L或 阻 抗 ZL的 变 化 与 距 离 该 金 属 板 的电 阻 率 、 磁 导 率 、 激 励 电 流 i及 角频 率 等 有 关 。 若 只 改 变 距 离 而 保持 其 它 参 数 不 变 ， 则 可 将 位 移 变 化 转换 为 线 圈 自 感 变 化 ， 通 过 测 量 电 路 转换 为 电 压 输 出 。 高 频 反 射 式 涡 流 传 感器 多 用 于 位 移 测 量 。 3.3 电 感 式 传 感 器 低 频 透 射 式 涡 流 传 感 器 低 频 透 射 式 涡 流 传 感 器 的 工 作 原理 如 图 所 示 ， 发 射 线 圈 1和 接 收 线 圈2分 别 置 于 被 测 金 属 板 材 料 G 的 上 、下 方 。 由 于 低 频 磁 场 集 肤 效 应 小 ， 渗透 深 ， 当 低 频 (音 频 范 围 )电 压 e1加 到 线圈 1的 两 端 后 ， 所 产 生 磁 力 线 的 一 部分 透 过 金 属 板 材 料 G ,使 线 圈 2产 生 感应 电 动 势 e2。 但 由 于 涡 流 消 耗 部 分 磁场 能 量 ， 使 感 应 电 动 势 e2减 少 ， 当 金属 板 材 料 G 越 厚 时 ， 损 耗 的 能 量 越 大 ，输 出 电 动 势 e 2越 小 。 因 此 ， e2的 大 小 与G 的 厚 度 及 材 料 的 性 质 有 关 ， 试 验 表明 ， e2随 材 料 厚 度 h的 增 加 按 负 指 数 规律 减 少 ,如 图 所 示 ， 因 此 ， 若 金 属 板 材料 的 性 质 一 定 ， 则 利 用 e2的 变 化 即 可测 量 其 厚 度 。 3.3 电 感 式 传 感 器 3.3 电 感 式 传 感 器案 例 1： 测 厚 3.3 电 感 式 传 感 器案 例 2： 零 件 计 数 3.3 电 感 式 传 感 器案 例 2： 零 件 计 数 3.3 电 感 式 传 感 器案 例 3： 测 转 速 3.3 电 感 式 传 感 器案 例 4： 无 损 探 伤 原 理裂 纹 检 测 ， 缺 陷 造 成 涡 流 变 化 。火 车 轮 检 测 油 管 检 测 3.3 电 感 式 传 感 器优 点 ： 接 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 不 受 油 污 、 介 质 影 响 。应 用 ： 位 移 、 力 、 振 动 测 量 ， NDT， 测 厚 ,材 质 判 别案 例 5： 连 续 油 管 的 椭 圆 度 测 量 Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原 理 ： 测 量 电 路 ： 1） 阻 抗 分 压 式 调 幅 电 路3.3 电 感 式 传 感 器 调 制解 调LCf 2 1 上 图 振 荡 器 提 供 稳 定 的 高 频 信 号 电 源 。当 谐 振 频 率 与 该 电 源 频 率 相 同 时 ， 输 出 电 压最 大 。 测 量 时 ， 传 感 器 线 圈 阻 抗 随 x而 改 变 ，LC回 路 失 谐 ， 输 出 信 号 频 率 仍 然 为 振 荡 器 的工 作 频 率 ， 但 幅 值 随 x而 变 化 。 它 相 当 于 一 个调 幅 波 。 此 调 幅 波 经 放 大 、 检 波 、 滤 波 后 即可 以 得 到 气 隙 x的 动 态 变 化 信 息 。 右 图 是 谐 振 曲 线 和 输 出 特 性 。 3.3 电 感 式 传 感 器测 量 电 路 ： 2） 阻 抗 分 压 式 调 频 电 路 该 方 法 也 将 传 感 器 线 圈 接 入 LC振 荡 电 路 ， 与 调 幅 法 不 同 之处 是 以 回 路 的 谐 振 频 率 作 为 输 出 量 。 当 金 属 板 至 传 感 器 之 间 的距 离 x发 生 变 化 时 ， 将 引 起 线 圈 电 感 变 化 ， 从 而 使 振 荡 器 的 振 荡频 率 f发 生 变 化 ， 再 通 过 鉴 频 器 进 行 频 率 电 压 转 换 ， 即 可 得 到与 x成 比 例 的 输 出 电 压 。 3.4 电 容 式 传 感 器 1.变 换 原 理 : 将 被 测 量 的 变 化 转 化 为 电 容 量 变 化两 平 行 极 板 组 成 的 电 容 器 ,它 的 电 容 量 为 : AC 0 + A 当 被 测 量 、 S或 发 生 变 化 时 ， 都 会 引 起 电 容 的 变 化 。如 果 保 持 其 中 的 两 个 参 数 不 变 ， 而 仅 改 变 另 一 个 参 数 ，就 可 把 该 参 数 的 变 化 变 换 为 单 一 电 容 量 的 变 化 。相 对 介 电 常 数 ， 空 气 中 为 1真 空 介 电 常 数 mF /10 1285.80 极 板 面 积极 板 间 距 离 2 分 类 3.4 电 容 式 传 感 器 a) 极 距 变 化 型 + 20 AddCS 为 减 少 线 性 误 差 ， 一 般 取 极 距 变 化 范 围 1.00/ AC 0 3.4 电 容 式 传 感 器 b)面 积 变 化 型 :角 位 移 型 ,平 面 线 位 移 型 ,柱 面 线 位 移 型)22( rA 2 200 rAC 常 数 2 20 rddCS )( bxA bxAC 00 常 数 bdxdCS 0 )/ln(2 0 dD xC 常 数 )/ln(2 0dDdxdCS 3.4 电 容 式 传 感 器 c) 介 质 变 化 型 变 介 电 常 数 型 电 容 传 感 器 的 结 构 原 理 如 图 所 示 。 这 种 传 感器 大 多 用 于 测 量 电 介 质 的 厚 度 (图 a)、 位 移 (图 b)、 液 位 (图 c)， 还可 根 据 极 板 间 介 质 的 介 电 常 数 随 温 度 、 湿 度 、 容 量 改 变 而 改 变来 测 量 温 度 、 湿 度 、 容 量 (图 d)等 。 AC 0 3.4 电 容 式 传 感 器 若 忽 略 边 缘 效 应 ， 图 a、 图 b、 图 c所 示 传 感 器 的 电 容 量 与 被 测 量 的 关 系 为 /0/)( xx lbC 0 )(/0/)( axlbxx axbC )1/2ln( )( 02)1/2ln( 02 rr hxrr hC 式 中 、 h 、 0两 固 定 极 板 间 的 距 离 、 极 间 高 度 及 间 隙 中 空 气 的 介 电 常 数 ；x、 hx、 被 测 物 的 厚 度 、 被 测 液 面 高 度 和 它 的 介 电 常 数 ； l、 b、 ax固 定 极 板 长 、 宽 及 被 测 物 进 入 两 极 板 中 的 长 度 （ 被 测 值 ） ； r1、 r2内 、 外 极 筒 的 工 作 半 径 。 )0/(0( AAC 案 例 :液 面 高 度 测 量 3 测 量 电 路3.4 电 容 式 传 感 器 a) 电 桥 电 路 电 容 传 感 器 为 电 桥 的 一 部 分 。 通 常 采 用 电 阻 、 电 容 或 电 感 、 电 容组 成 交 流 电 桥 ， 下 图 所 示 为 一 种 由 电 感 、 电 容 组 成 的 电 桥 。 电 容变 化 转 换 为 电 桥 的 电 压 输 出 ， 经 放 大 、 相 敏 检 波 、 滤 波 后 ， 再 推动 显 示 、 记 录 仪 器 。 3.4 电 容 式 传 感 器 b) 谐 振 电 路 右 图 所 示 为 谐 振 式 电 路 的 原 理 框图 ， 电 容 传 感 器 的 电 容 Cx作 为 谐 振 回路 (L2、 C2、 Cx)调 谐 电 容 的 一 部 分 。谐 振 回 路 通 过 电 感 藕 合 ， 从 稳 定 的 高频 振 荡 器 取 得 振 荡 电 压 。 当 传 感 器 电容 发 生 变 化 时 ， 使 得 谐 振 回 路 的 阻 抗发 生 相 应 的 变 化 ， 而 这 个 变 化 被 转 换为 电 压 或 电 流 ， 再 经 过 放 大 、 检 波 即可 得 到 相 应 的 输 出 。 为 了 获 得 较 好 的 线 性 关 系 ， 一 般谐 振 电 路 的 工 作 点 选 在 谐 振 曲 线 的 线性 区 域 内 最 大 振 幅 70%附 近 的 地 方 ， 且 工 作 范 围 选 在 BC段 内 。 这 种 电 路 的 优 点 是 比 较 灵 活 ； 缺 点 是 工 作 点 不 易 选 好 ， 变 化 范 围 也 较 窄 ，传 感 器 连 接 电 缆 的 杂 散 电 容 对 电 路 的 影 响 较 大 ， 同 时 为 了 提 高 测 量 精 度 ， 要求 振 荡 器 的 频 率 具 有 很 高 的 稳 定 性 3.4 电 容 式 传 感 器 c)调 频 电 路 传 感 器 的 电 容 器 作 为 振 荡 器 谐 振 回 路 的 一 部 分 ， 当 输 入 量使 电 容 量 发 生 变 化 时 ， 振 荡 器 的 振 荡 频 率 将 发 生 变 化 ， 频 率 的变 化 经 过 鉴 频 器 转 换 为 电 压 的 变 化 ， 经 过 放 大 处 理 后 输 入 显 示或 记 录 等 仪 器 。 （ 课 本 P72 图 3-28） 3.4 电 容 式 传 感 器 d)运 算 放 大 器 电 路 前 面 已 经 叙 述 到 ， 变 极 距 型 电 容 式 传 感 器 的 极 距 变 化 与 电 容 变 化 量 成 非线 性 关 系 。 这 一 缺 点 使 电 容 式 传 感 器 的 应 用 受 到 了 一 定 的 限 制 。 采 用 比 例 运算 放 大 器 电 路 ， 可 以 使 输 出 电 压 与 位 移 的 关 系 转 换 为 线 性 关 系 。 如 下 图 所 示 ，反 馈 回 路 中 的 Cx为 极 距 变 化 型 电 容 式 传 感 器 的 输 入 电 路 ， 采 用 固 定 电 容 C0，u0为 稳 定 的 工 作 电 压 。cxcuuy 00 /0 Acx Acuuy 000 20 AddCS 思 考 ： 是 否 意 味 着 可 用 于 长 距 测 量 ？ （ 当 极 距 增 加 时 CxUy饱 和 ） 4 应 用3.4 电 容 式 传 感 器 案 例 1： 电 容 传 声 器 案 例 2:转 速 测 量 3.4 电 容 式 传 感 器 动 手 做 ：观 察 你 计 算 机 上 使 用 的 麦克 风 ， 并 用 它 测 量 你 自 己的 声 音 ， 绘 出 频 谱 。 第 三 章 常 用 传 感 器机 械 工 程 测 试 技 术 基 础本 章 学 习 要 求 ：1.了 解 传 感 器 的 分 类 2.掌 握 常 用 传 感 器 测 量 原 理3.了 解 传 感 器 测 量 电 路 3.5 压 电 式 传 感 器3.6 磁 电 式 传 感 器3.1 概 述3.2 电 阻 式 传 感 器3.3 电 感 式 传 感 器3.4 电 容 式 传 感 器3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器3.8 其 它 类 型 传 感 器3.9 传 感 器 选 用 原 则 3.5 压 电 式 传 感 器 1.变 换 原 理 : 某 些 物 质 ， 如 石 英 ， 当 受 到 外 力 作 用 时 ， 不 仅 几 何 尺 寸 会 发 生 变 化 ， 而且 内 部 也 会 被 极 化 ， 表 面 会 产 生 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 。 F+ Fdcq 最 简 单 的 压 电 式 传 感 器 的 工 作 原 理 如 图 所 示 。 在 压 电 晶 片的 两 个 工 作 面 上 进 行 金 属 蒸 镀 ， 形 成 金 属 膜 ， 构 成 两 个 电 极 。当 压 电 晶 片 受 到 压 力 F的 作 用 时 ， 分 别 在 两 个 极 板 上 积 聚 数 量相 等 而 极 性 相 反 的 电 荷 ， 形 成 电 场 。 因 此 ， 压 电 传 感 器 可 以 看作 是 一 个 电 荷 发 生 器 ， 也 可 以 看 成 是 一 个 电 容 器 。 工 作 原 理 ： 在 实 际 应 用 中 ， 由 于 单 片 的 输 出 电 荷 很 小 ， 因 此 ， 常 常将 两 片 或 两 片 以 上 的 晶 片 粘 结 在 一 起 （ 即 并 联 和 串 联 ） ， 组成 压 电 式 传 感 器 。 +并 联 +串 联并 联 和 串 联 ：并 联 时 CaCaUaUaQQ 2,2 串 联 时 2/,2, CaCaUaUaQQ 设 单 片 压 电 元 件 的 电 容 为 ， 电 荷 为 ， 电 压 为 ， 则 当 两 片 叠 加 后Ca Q Ua电 荷 灵 敏 度 高电 压 灵 敏 度 高 +并 联 +串 联并 联 和 串 联 ： 压 电 效 应 是 压 电 传 感 器 的 主 要 工 作 原 理 ， 压 电 传 感 器 不 能 用 于 静 态 测量 ， 因 为 经 过 外 力 作 用 后 的 电 荷 ， 只 有 在 回 路 具 有 无 限 大 的 输 入 阻 抗 时 才得 到 保 存 ， 所 以 这 决 定 了 压 电 传 感 器 只 能 够 测 量 动 态 的 应 力 。 并 联 时 ， 传 感 器 的 电 容 量 大 、 输 出 电 荷 量 大 、 时 间 常 数 也 大 ， 故 适 用于 测 量 缓 变 信 号 及 电 荷 量 输 出 信 号 。 串 联 时 ， 传 感 器 本 身 的 电 容 量 小 、 响 应 快 、 输 出 电 压 大 ， 故 适 用 于 测量 以 电 压 作 输 出 的 信 号 和 频 率 较 高 的 信 号 。 3.5压 电 式 传 感 器 2、 测 量 电 路 压 电 式 传 感 器 输 出 电 信 号 很 微 弱 ， 通 常 应 把 传 感 器 信 号先 输 入 到 高 输 入 阻 抗 的 前 置 放 大 器 中 ， 经 过 阻 抗 变 换 后 ， 方可 输 入 到 后 续 显 示 仪 表 中 。 3.5压 电 式 传 感 器 idtCuq电 容 泄 漏电 阻压 电 元件 产 生的 电 荷 CiCcCaC 传 感 器电 容 电 缆 电 容 外 接 电 路 的输 入 端 电 容 Fdcq tFF sin0 tqtFdcq sin0sin0 泄 漏 电 流q C R0 ui Rui 0/ tqidtRi sin00 RC tRCqi 01arctan )sin()0( 21 0 )sin()0( 21 100 tRCCqRiu电 压 放 大 器 3.5压 电 式 传 感 器 由 于 电 荷 放 大 器 电 路 的 电 缆 长 度 变 化 的 影 响 不 大 ， 几 乎 可 以 忽 略 不 计 ，故 而 电 荷 放 大 器 应 用 日 益 广 泛 。 C fuouiCui C fuouiCiCcCauiq )( )()( C fAC fC Aquo )( uiAuo 若 放 大 器 开 环 增 益 足 够 大 ， 则 ACf(C+Cf) C fquo 传 感 器 电 容电 缆 电 容外 接 电 路 输入 端 电 容 在 一 定 情 况 下 ， 电 荷 放 大 器 的 输 出电 压 与 传 感 器 的 电 荷 量 成 正 此 ， 并且 与 电 缆 分 布 电 容 无 关 。 因 此 ， 采用 电 荷 放 大 器 时 ， 即 使 连 接 电 缆 长度 在 百 米 以 上 ， 其 灵 敏 度 也 无 明 显变 化 ， 这 是 电 荷 放 大 器 的 突 出 优 点 。 3 应 用 b) 压 力 变 送 器3.5压 电 式 传 感 器 a) 加 速 度 计 ， 力 传 感 器 压 电 传 感 器 主 要 应 用 在 加 速 度 、 压 力 和 力 等 的 测 量 中 。 压 电 式 加 速 度 传 感 器 是一 种 常 用 的 加 速 度 计 。 它 具 有 结 构 简 单 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 使 用 寿 命 长 等 优 异的 特 点 。 压 电 式 加 速 度 传 感 器 在 飞 机 、 汽 车 、 船 舶 、 桥 梁 和 建 筑 的 振 动 和 冲 击测 量 中 已 经 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 特 别 是 航 空 和 宇 航 领 域 中 更 有 它 的 特 殊 地 位 。压 电 式 传 感 器 也 可 以 用 来 测 量 发 动 机 内 部 燃 烧 压 力 的 测 量 与 真 空 度 的 测 量 。 也 可 以 用 于 军 事 工 业 ， 例 如 用 它 来 测 量 枪 炮 子 弹 在 膛 中 击 发 的 一 瞬 间 的 膛 压的 变 化 和 炮 口 的 冲 击 波 压 力 。 它 既 可 以 用 来 测 量 大 的 压 力 ， 也 可 以 用 来 测 量微 小 的 压 力 。 产 品压 力 变 送 器 加 速 度 计力 传 感 器 3.5压 电 式 传 感 器 案 例 ： 飞 机 模 态 分 析3.5压 电 式 传 感 器 案 例 ： 热 轧 设 备 诊 断3.5压 电 式 传 感 器 第 三 章 常 用 传 感 器本 章 学 习 要 求 ：1.了 解 传 感 器 的 分 类 2.掌 握 常 用 传 感 器 测 量 原 理3.了 解 传 感 器 测 量 电 路 3.5 压 电 式 传 感 器3.6 磁 电 式 传 感 器3.1 概 述3.2 电 阻 式 传 感 器3.3 电 感 式 传 感 器3.4 电 容 式 传 感 器3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器3.8 其 它 类 型 传 感 器3.9 传 感 器 选 用 原 则 1.了 解 磁 电 式 传 感 器 变 换 原 理 2.了 解 动 圈 式 传 感 器 的 基 本 结 构 和 工 作 原 理 3.了 解 磁 阻 式 传 感 器 的 基 本 结 构 和 工 作 原 理 3.6 磁 电 式 传 感 器 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理完 成 本 节 内 容 的 学 习 后 应 能 做 到 ： 1.变 换 原 理 : 磁 电 式 传 感 器 简 称 感 应 式 传 感 器 ， 也 称 电 动 式 传 感 器 。 它 把被 测 物 理 量 的 变 化 转 变 为 感 应 电 动 势 ， 是 一 种 机 -电 能 量 变 换 型传 感 器 ， 不 需 要 外 部 供 电 电 源 ， 电 路 简 单 ， 性 能 稳 定 ， 输 出 阻 抗小 ， 又 具 有 一 定 的 频 率 响 应 范 围 (一 般 为 10 1000Hz)， 适 用 于 振动 、 转 速 、 扭 矩 等 测 量 。 但 这 种 传 感 器 的 尺 寸 和 重 量 都 较 大 。 ),(, mRBdtddtdNe 感 应 线 圈 的 感 应 电 动 势 e为 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 线 圈 的 感 应 电 动 势 。 3.6 磁 电 式 传 感 器 2 分 类 3.6 磁 电 式 传 感 器 磁电式 动 圈 式磁 阻 式 线 速 度 型角 速 度 型 3 动 圈 式 传 感 器 （ 恒 定 磁 通 式 ）3.6 磁 电 式 传 感 器 3.6 磁 电 式 传 感 器 当 线 圈 在 垂 直 于 磁 场 方 向 作 直 线 运 动 或 旋 转 运 动 时 ， 若 以线 圈 相 对 磁 场 运 动 的 速 度 v或 角 速 度 表 示 ， 则 所 产 生 的 感 应电 动 势 e为 ： NBAe NBlve 在 传 感 器 中 当 结 构 参 数 确 定 后 ， B、 l、 N、 A均 为 定 值 ， 感 应 电 动 势 e与 线 圈 相 对 磁 场 的 运 动 速 度 (v或 )成 正 比 ， 所 以 这 类 传 感 器 的 基 本 形 式 是速 度 传 感 器 ， 能 直 接 测 量 线 速 度 或 角 速 度 。 如 果 在 其 测 量 电 路 中 接 入 积 分电 路 或 微 分 电 路 ， 那 么 还 可 以 用 来 测 量 位 移 或 加 速 度 。 但 由 上 述 工 作 原 理可 知 ， 磁 电 感 应 式 传 感 器 只 适 用 于 动 态 测 量 。 单 匝 线 圈 有 效 长 度线 圈 与 磁 场 的 相 对 运 动 速 度单 匝 线 圈 的 截 面 积角 速 度 动 圈 式 磁 电 传 感 器 等 效 电 路 如 下 图 所 示 ， 其 等 效 电 路 的 输 出 电 压 3.6 磁 电 式 传 感 器 ZCjRZeu CLL 0001 1 发 电 线 圈 感 应 电 动 势线 圈 电 阻 ， 一 般 为 0.1 3K 负 载 电 阻 （ 放 大 器 输 入 电 阻 ）一 般 Cc=70pF/m一 般 Rc=0.03/msCR usCRRZ e cL LcLc 110 0 0Rc 0Cc RZeu LL 001 1ZRL 0 euL 0可 测 量 速 度 、 加 速 度和 位 移 。 4 磁 阻 式 传 感 器 （ 变 磁 通 式 常 用 来 测 量 旋 转 物 体 的 角 速 度 ） 3.6 磁 电 式 传 感 器 左 图 为 开 路 变 磁 通 式 ， 线 圈 和 磁 铁 静 止 ， 测 量 齿 轮 由 导 磁 材 料 制 成 ， 安装 在 被 测 旋 转 体 上 ， 随 之 一 起 转 动 ， 每 转 过 一 个 齿 ， 传 感 器 磁 路 磁 阻 变 化 一次 ， 线 圈 产 生 的 感 应 电 动 势 的 变 化 频 率 等 于 测 量 齿 轮 上 齿 轮 的 齿 数 和 转 速 的乘 积 。 右 图 为 闭 合 磁 路 变 磁 通 式 ， 被 测 转 轴 带 动 椭 圆 形 测 量 齿 轮 在 磁 场 气 隙 中等 速 转 动 ， 使 气 隙 平 均 长 度 周 期 性 变 化 ， 因 而 磁 路 磁 阻 也 周 期 性 变 化 ， 磁 通同 样 周 期 性 变 化 ， 则 在 线 圈 中 产 生 感 应 电 动 势 ， 其 频 率 f与 测 量 齿 轮 转 速 n(r/min)成 正 比 ， 即 f=n/60。 5 应 用 b) 测 速 电 机a)磁 电 式 车 速 传 感 器3.6 磁 电 式 传 感 器 变 磁 通 式 传 感 器 对 环 境 条 件 要 求 不高 ， 能 在 -150 90 的 温 度 下 工作 ， 也 能 在 油 、 水 雾 、 灰 尘 等 条 件下 工 作 。 但 它 的 工 作 频 率 下 限 较 高 ，约 为 50Hz， 上 限 可 达 100Hz。 c)磁 电 式 转 速 表3.6 磁 电 式 传 感 器 第 三 章 常 用 传 感 器本 章 学 习 要 求 ：1.了 解 传 感 器 的 分 类 2.掌 握 常 用 传 感 器 测 量 原 理3.了 解 传 感 器 测 量 电 路 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器3.1 概 述3.2 电 阻 式 传 感 器3.3 电 感 式 传 感 器3.4 电 容 式 传 感 器3.5 压 电 式 传 感 器3.6 磁 电 式 传 感 器3.8 其 它 类 型 传 感 器3.9 传 感 器 选 用 原 则 3.7.1 磁 电 转 换 元 件 传 感 器3.7.2 光 电 转 换 元 件 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 物 性 型 传 感 器 ；结 构 简 单 、 体 积 小 、 重 量 轻 ；功 耗 低 、 安 全 可 靠 、 寿 命 长 ；响 应 快 ；易 于 实 现 集 成 化 ；半 导 体 传 感 器 与 前 面 介 绍 的 传 感 器 相 比 ， 有 很 多 明 显 的 特 点 ：输 出 一 般 是 非 线 性 的 ， 需 要 采 用 线 性 化 电 路 ；受 温 度 影 响 大 ， 须 采 用 温 度 补 偿 措 施 ；性 能 参 数 分 散 性 较 大 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理1 磁 电 转 换 元 件 传 感 器1)霍 尔 传 感 器 霍 尔 传 感 器 是 利 用 霍 尔 元 件 基 于 霍 尔 效 应 原 理 而 将 被 测 量转 换 成 电 动 势 输 出 的 一 种 传 感 器 。 由 于 霍 尔 元 件 在 静 止 状 态 下 ，具 有 感 受 磁 场 的 独 特 能 力 ， 并 且 具 有 结 构 简 单 、 体 积 小 、 噪 声小 、 频 率 范 围 宽 (从 直 流 到 微 波 )、 动 态 范 围 大 (输 出 电 势 变 化 范围 可 达 1000:1)、 寿 命 长 等 特 点 ， 因 此 获 得 了 广 泛 应 用 。 例 如 ， 在 测 量 技 术 中 用 于 将 位 移 、 力 、 加 速 度 等 量 转 换 为电 量 的 传 感 器 ； 在 计 算 技 术 中 用 于 作 加 、 减 、 乘 、 除 、 开 方 、乘 方 以 及 微 积 分 等 运 算 的 运 算 器 等 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 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 电 动 势 ， 这 种 物 理 现 象 称 为 霍 尔 效 应 。 sinIBHKHU 霍 尔 效 应 霍 尔 常 数 ， 决 定 与 材 质 、温 度 、 元 件 尺 寸 ， 表 示 在 单 位 磁 感 应 强 度 和 单 位 控制 电 流 时 霍 尔 电 势 的 大 小磁 场 和 薄 片 法 线 霍 尔 元 件 由 霍 尔 片 、 四 根 引 线 和 壳 体 组 成 ， 如 图 :3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 霍 尔 片 是 一 块 半 导 体 单 晶 薄 片 (一 般 为 4mm 2mm 0.1mm)， 在 它 的 长 度 方 向两 端 面 上 焊 有 a、 b两 根 引 线 ， 称 为 控 制 电 流 端 引 线 ， 通 常 用 红 色 导 线 ， 其 焊接 处 称 为 控 制 电 极 ； 在 它 的 另 两 侧 端 面 的 中 间 以 点 的 形 式 对 称 地 焊 有 c、 d两根 霍 尔 输 出 引 线 ， 通 常 用 绿 色 导 线 ， 其 焊 接 处 称 为 霍 尔 电 极 。 霍 尔 元 件 的 壳体 是 用 非 导 磁 金 属 、 陶 瓷 或 环 氧 树 脂 封 装 。 目 前 最 常 用 的 霍 尔 元 件 材 料 有 锗(G e)、 硅 (Si)、 锑 化 铟 (InSb)、 砷 化 铟 (InAs)等 半 导 体 材 料 。 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 应 用 右 图 是 一 种 霍 尔 效 应 位 移 传 感 器 工 作原 理 。 将 霍 尔 元 件 置 于 磁 场 中 ， 左 半 部 磁场 方 向 向 上 ， 右 半 部 磁 场 方 向 向 下 ， 从 a端 通 人 电 流 I， 根 据 霍 尔 效 应 ， 左 半 部 产 生霍 尔 电 势 VH1， 右 半 部 产 生 露 尔 电 势 VH2，其 方 向 相 反 。 因 此 ， c、 d两 端 电 势 为 V H1 VH2。 如 果 霍 尔 元 件 在 初 始 位 置 时 VH1=VH2，则 输 出 为 零 ； 当 改 变 磁 极 系 统 与 霍 尔 元 件的 相 对 位 置 时 ， 即 可 得 到 输 出 电 压 ， 其 大小 正 比 于 位 移 量 。 1、 位 移 传 感 器 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 2、 测 速 传 感 器 3、 测 转 角3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 4、 电 流 传 感 器 当 电 流 流 过 导 线 时 ， 将 在 导 线 周 围 产 生 磁 场 ，磁 场 大 小 与 流 过 导 线 的 电 流 大 小 成 正 比 ， 这 一 磁 场可 以 通 过 软 磁 材 料 来 聚 集 ， 然 后 用 霍 尔 器 件 进 行 检测 。 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 5、 管 道 裂 纹 检 测3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 原 理磁 场 强 度 变 化 检 测 6、 汽 车 速 度 测 量3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 2) 磁 电 阻 元 件3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 磁 阻 效 应 )1( )1( cos/ 220 20 20 BRRRR - -+ +l wx特 点 电 阻 的 增 量 与 磁 场 的 平 方 成 正 比 ； 与 磁 场 的 正 负 无 关 ； 温 度 系 数 影 响 大 ； 磁 感 应 的 范 围 比 霍 尔 元 件 大 。 R -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5应 用 磁 头 ； 接 近 开 关 和 无 触 点 开 关 。 3) 磁 感 应 半 导 体 元 件 分 类3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 磁 感应 半导 体元 件 体 元 件 霍 尔 IC结 型 元 件 霍 尔 元 件磁 电 阻 元 件磁 敏 二 极 管磁 晶 体 管磁 半 导 体 开 关其 它开 关线 性 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 2 光 电 转 换 元 件 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 。 其 工 作 原 理 是 基 于 一 些物 质 的 光 电 效 应 。 1) 光 敏 电 阻 光 电 导 效 应 是 指 半 导 体 材 料 受到 光 照 时 会 产 生 电 子 -空 穴 对 ,使 其导 电 性 能 增 强 ,光 线 愈 强 ,阻 值 愈 低 ,这 种 光 照 后 电 阻 率 发 生 变 化 的 现 象 ,称 为 光 电 导 效 应 。 基 于 这 种 效 应 的光 电 器 件 有 光 敏 电 阻 、 光 敏 二 极 管 、光 敏 三 极 管 。 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 2 )光 电 池 光 生 伏 特 效 应 指 半 导 体 材 料 P-N结 受 到 光 照 后 产 生 一定 方 向 的 电 动 势 的 效 应 。 以 可 见 光 作 光 源 的 光 电 池 是 常 用的 光 生 伏 特 型 器 件 。 +-P N 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 3 ) 应 用 光 电 传 感 器 在 工 业 上 的 应 用 可 归 纳 为 吸 收 式 、 遮 光式 、 反 射 式 、 辐 射 式 四 种 基 本 形 式 。 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 案 例 ： 直 射 式 光 电 转 速 传 感 器 开 孔 圆 盘 的 输 入 轴 与 被 测 轴 相 连接 ， 光 源 发 出 的 光 ， 通 过 开 孔 圆 盘 和缝 隙 板 照 射 到 光 敏 元 件 上 被 光 敏 元 件所 接 收 ， 将 光 信 号 转 为 电 信 号 输 出 。开 孔 圆 盘 上 有 许 多 小 孔 ， 开 孔 圆 盘 旋转 一 周 ， 光 敏 元 件 输 出 的 电 脉 冲 个 数等 于 圆 盘 的 开 孔 数 ， 因 此 ， 可 通 过 测量 光 敏 元 件 输 出 的 脉 冲 频 率 ， 得 知 被 测 转 速 ， 即 n=f/N式 中 n转 速 ； 。 。 f脉 冲 频 率 ； 。 。 N圆 盘 开 孔 数 。 3.7 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 案 例 ： 光 电 鼠 标 就 是 利 用 LED与 光 敏 晶 体 管 组 合 来 测 量 位 移 。 工 作 原 理 ： 在 光 电 鼠 标 内 部 有 一 个 发 光 二 极 管 ， 通 过 该 发 光 二 极 管 发 出的 光 线 ， 照 亮 鼠 标 底 部 表 面 。 然 后 将 光 电 鼠 标 底 部 表 面 反 射 回 的 一 部 分 光 线 ，经 过 一 组 光 学 透 镜 ， 传 输 到 一 个 光 感 应 器 件 （ 微 成 像 器 ） 内 成 像 。 这 样 ， 当 光 电 鼠 标 移 动 时 ， 其 移 动 轨 迹 便 会 被 记 录 为 一 组 高 速 拍 摄 的 连 贯 图 像 。 最 后利 用 内 部 的 一 块 专 用 图 像 分 析 芯 片 （ DSP， 即 数 字 微 处 理 器 ） 对 移 动 轨 迹 上摄 取 的 一 系 列 图 像 进 行