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第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理3.7 半 导 体 传 感 器1、 磁 敏 元 件 传 感 器 -霍 尔 元 件 、 磁 阻 元 件 ,磁 敏 管 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 。 1 霍 尔 元 件 霍 尔 元 件 由 霍 尔 片 、 四 根 引 线 和 壳 体 组 成 ， 如 图 示 。 可 用 于 微 位 移 、 压 差 、 高 度 、 加 速 度 及 振 动 量 的 测 量 测 转 角 ： 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 。 铁 磁 材 料 裂 纹 检 测 N S 叶 片 和 齿 轮 位 置 传 感 器应 用 案 例 ： 汽 车 速 度 测 量 : 2 磁 阻 元 件磁 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 。应 用 磁 头 ；接 近 开 关 和 无 触 点 开 关 。磁 敏 元 件 传 感 器 3 磁 感 应 半 导 体 元 件 分 类霍 尔 元 件磁 电 阻 元 件磁 敏 二 极 管磁 晶 体 管磁 半 导 体 开 关 磁 敏 元 件 传 感 器 案 例 转 速 测 量 热 敏 传 感 器 1.双 金 属 温 度 计 把 两 种 膨 胀 系 数 不 同 的 金 属 薄 片 焊 接 在 一 起制 成 的 。 它 是 一 种 固 体 膨 胀 温 度 计 ， 可 将 温 度 变化 转 换 成 机 械 量 变 化 。 优 点 ：结 构 简 单牢 固可 靠防 爆 热 敏 传 感 器 热 敏 传 感 器荧 光 灯 启 辉 器零 线火 线 当 电 路 接 通 ， 启 辉 器 两 端 极 片 得 电 ， 击 穿 惰 性 气 体 而 导 电 （ 辉 光 放 电 ） ，双 金 属 片 发 热 弯 曲 而 与 静 触 板 接 通 形成 闭 合 电 路 。 电 路 中 电 流 突 然 中 断 ，使 镇 流 器 两 端 产 生 一 个 比 电 源 电 压 高得 多 的 感 应 电 动 势 ， 在 强 电 场 的 作 用下 ， 引 起 管 内 汞 蒸 气 电 离 而 形 成 弧 光放 电 . 热 敏 传 感 器产 品 温 控 器热 敏 传 感 器应 用 汽 车 发 动 机 传 感 器 水 温 感 应 塞还 广 泛 应 用 于 空 调 、 暖 气 、 电 子 体 温 计 等 气 敏 电 阻 传 感 器 气 体 与 人 类 日 常 生 活 密 切 相 关 ， 对 气 体 的 检测 已 经 是 保 护 和 改 善 生 态 居 住 环 境 不 可 缺 少 手 段 ，气 敏 传 感 器 发 挥 着 极 其 重 要 的 作 用 。 如 生 活 环 境 中 一 氧 化 碳 浓 度 达 0.8 1.15 ml/L时 ， 就 会 出 现 呼 吸 急 促 ， 脉 搏 加 快 ， 甚 至 晕 厥 。 还有 易 燃 、 易 爆 气 体 、 酒 精 等 的 探 测 。 烟 雾 报 警 器 酒 精 传 感 器 二 氧 化 碳 传 感 器 气 敏 电 阻 传 感 器 气 敏 传 感 器 是 利 用 气 敏 半 导 体 材 料 ， 如 氧 化 锡 、氧 化 锰 。 当 它 们 吸 收 了 气 体 烟 雾 ， 如 一 氧 化 碳 、 醇等 时 ， 电 阻 发 生 变 化 。 从 而 使 气 敏 元 件 电 阻 值 随 被测 气 体 的 浓 度 改 变 而 变 化 。 气 敏 电 阻 传 感 器 气 敏 电 阻 传 感 器 气 敏 电 阻 传 感 器 实 验 室 中 的 传 感 器 气 敏 电 阻 传 感 器燃 气 报 警 器 烟 雾 报 警 器 酒 精 传 感 器气 敏 电 阻 传 感 器 3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 1)声 波 及 其 分 类(1)次 声 波 ， 振 动 频 率 低 于 l6Hz的 机 械 波 。(2)声 波 :振 动 频 率 在 16Hz 20KHz之 间 的 机 械 波 。(3)超 声 波 :高 于 20KHz的 机 械 波 。2） 超 声 波 的 物 理 性 质 超 声 波 与 声 波 比 ， 振 动 频 率 高 ， 波 长 短 ， 具 有束 射 特 性 ， 方 向 性 强 ， 可 以 定 向 传 播 ， 其 能 量 远远 大 于 振 幅 相 同 的 声 波 ， 并 具 有 很 高 的 穿 透 能 力 。 3.8 超 声 波 检 测 传 感 器声 压 所 谓 声 压 ， 是 指 某 点 上 各 瞬 间 的 压 力 与 大 气 压力 之 差 值 ， 单 位 为 Pa， 1Pa =1N/m2。声 强 声 强 是 声 波 在 传 播 方 向 上 单 位 时 间 内 通 过 单位 面 积 的 能 量 。声 功 率 声 功 率 (W)是 声 源 在 单 位 时 间 内 发 射 出 的 总 能量 ， 单 位 是 W。 超 声 波 传 感 器 原 理 超 声 波 发 射 原 理 是 把 铁 磁 材 料 置 于 交 变 磁 场 中 ，产 生 机 械 振 动 ， 发 射 出 超 声 波 。 接 收 原 理 是 当 超 声 波 作 用 在 磁 致 材 料 上 时 ， 使磁 滞 材 料 磁 场 变 化 ， 使 线 圈 产 生 感 应 电 势 输 出 。 3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 超 声 波 传 感 器 对3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 超 声 波 传 感 器 应 用 超 声 波 探 伤 /测 距 /测 物3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 案 例 ： 输 油 管 检 测 的 检 测 机 器 人3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 倒 车 雷 达3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 鱼 群 探 测 器 3.8 超 声 波 检 测 传 感 器 3.9 光 电 传 感 器 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 。 内 光 电 效 应 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 内 光 电 效 应 。光 敏 电 阻 、 光 敏 二 极 管 和 光 敏 三 极 管 照 相 机 自 动 测 光光 控 灯工 业 控 制 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 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 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 应 用 光 电 传 感 器 在 工 业 上 的 应 用 可 归 纳 为 辐 射式 (直 射 式 )、 吸 收 式 、 遮 光 式 、 反 射 式 、 四 种基 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 案 例 ： 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 亮 度 传 感 器 ：通 过 检 测 周 围 环 境 的 亮 度 ， 再 与 内 部 设 定 值 相 比较 ， 调 整 光 源 的 亮 度 和 分 布 ， 有 效 利 用 自 然 光 线 ，达 到 节 约 电 能 的 目 的 。 半 导 体 敏 感 元 件 传 感 器 相 机 测 距 反 射 式 光 电 传 感 器 3.10 光 纤 传 感 器 物 性 型 光 纤 传 感 器 是 利 用 光 纤 对 环 境 变 化的 敏 感 性 ， 将 输 入 物 理 量 变 换 为 调 制 的 光 信 号 。 1） 物 性 型 光 纤 传 感 器第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 光 纤 流 速 传 感 器3.10 光 纤 传 感 器 结 构 型 光 纤 传 感 器 是 由 光 检 测 元 件 与 光 纤传 输 回 路 及 测 量 电 路 所 组 成 的 测 量 系 统 。 其 中 光纤 仅 作 为 光 的 传 播 媒 质 ， 所 以 又 称 为 传 光 型 或 非功 能 型 光 纤 传 感 器 。2） 结 构 型 光 纤 传 感 器3.10 光 纤 传 感 器 光 纤 检 测 型 光 电 传 感 器 作 业 件 检 测颜 色 检 测3.10 光 纤 传 感 器 3.11 生 物 传 感 器第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理热 /光 电 量微 生 物 /酶 等 敏 感 元 件 生 物 传 感 器 与 其 它 传 感 器 区 别 是 检 测 对 象 中 含生 命 物 质 。 根 据 敏 感 物 质 不 同 ,生 物 传 感 器 分 酶 传感 器 、 微 生 物 传 感 器 、 组 织 传 感 器 、 细 胞 器 传 感器 、 免 疫 传 感 器 等 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理2、 环 境 监 测3.医 学应 用 领 域1、 发 酵 工 业 (食 品 ) 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 血 糖 乳 酸 测 定 流 程体 育 上 耐 力 训 练 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理德 国 研 发 的 环 境 废 水 BOD分 析 仪 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理手 掌 型 葡 萄 糖 (glucose)分 析 仪 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 工 厂 发 酵 车 间 化 验员 正 在 分 析 样 品发 酵 工 厂 谷 氨 酸 -葡 萄 糖 分 析 3.12 智 能 传 感 器第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 传 感 器 一 般 指 能 够 感 知 某 种 物 理 量 （ 如 电 、光 、 磁 等 ） 、 化 学 量 （ 如 浓 度 、 PH值 等 ） 、 生 物量 （ 如 细 菌 等 ） 等 的 信 息 ， 并 将 该 信 息 转 化 为 电信 息 的 装 置 。 智 能 传 感 器 是 将 传 感 器 与 微 型 计 算 机 集 成 在一 块 芯 片 上 ， 其 主 要 特 征 是 将 敏 感 技 术 和 信 息 处理 技 术 相 结 合 ， 使 其 除 了 具 有 感 知 的 本 能 外 ， 还具 有 认 知 能 力 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 嵌 入 式 计 算 机智 能 倾 角 RS232传 感 器 IC总 线 数 字 温 度 传 感 器 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理振 动 网 络 传 感 器 智 能 压 力 网 络 传 感 器 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 G SM/SMS 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理3.13 传 感 器 选 用 原 则 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 面的 问 题 。 1、 灵 敏 度 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 。 a)灵 敏 度 过 高 引 起 的 干 扰 问 题 ； b)量 程 范 围 。 c)交 叉 灵 敏 度 问 题 。 2 响 应 特 性 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 。 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 。 3 线 性 范 围 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 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 4 稳 定 性 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 稳定 性 的 因 素 是 时 间 与 环 境 。5 精 确 度 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 。 第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理 6 测 量 方 式 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 、 破坏 与 非 破 坏 性 测 量 、 在 线 与 非 在 线 测 量 等 。第 三 章 、 传 感 器 测 量 原 理
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