第4章常用传感器及典型调理电路设计汇编.ppt

第4章 常用传感器及典型  调理电路设计 产生原因：霍尔电极安装不对称、半导体材料电阻率不均 匀、基片厚度宽度不一致、霍尔电极与基片接触不良等 补偿方法： 交流激励情况下： 3. 霍尔电压传感器 4. 利用霍尔元件测量空间磁场 4.5.2 光纤种类 工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85pm、1.3pm、 1.55pm）； 折射率分布：阶跃（SI）型、近阶跃型、渐变（GI）型、其它（如三角型、W型、 凹陷型等）； 传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤； 原材料：石英玻璃、多成分玻璃、塑料、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）、 红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料 等。 4.5.5 光纤传感器的分类 （1）按光纤在传感器中的作用分 功能型：光纤本身起传感作用。外界被测量对光纤内传输的光波参数进 行调制，通过对被调制过的光波信号进行解调检测，从而获得 被测量。 非功能型：又称传型光纤传感器。光纤只当做传播光的媒介，依靠其它 敏感元件实现对待测对象的调制功能。 （2）按光在光纤中被调制的原理分 强度调制、相位调制、频率调制、波长调制、偏振态调制等等 （3） 按被测对象划分 光纤温度传感器、光纤电流传感器、光纤电压传感器、光纤压力传感器…… 4.5.7 光纤传感器举例 1. 磁光式光纤电流传感器 2. 磁光光纤电流传感器原理 工作原理:由光源出射的光经过起偏器后变为线偏振光，经保偏光纤传输入传感光纤。传感光纤是采用具有磁光效应的材料制作的特种光纤。其缠绕在电流导线上面。由于Faraday效应，线偏振光的磁致旋光角为 式中，μ0为真空介电常数，r为传感光纤半径。 电光效应测量电压信号的特点： 体积小，电气安全性好； 无电极式，不影响环境被测电场影响； 测量频率范围最高达到GHz，传统方法很难达到； 灵敏度高，最小检测值可到10V/m； 4.6 电涡流传感器及其应用 1)电涡流的产生原理： 一个有交变电流I通过的线圈靠近金属板时，金属板中有环形电流i形成，这种电流就称之为电涡流。 线圈电感与线圈和金属板距离d、金属板磁导率?和电阻率?有关； 线圈的半径r越大，形成的电涡流范围越大，形成的涡流场就越强。 线圈电抗与各种参数的函数可写做： 4.6 电涡流传感器及其应用 2) 电涡流测量系统等效电路 4.6 电涡流传感器及其应用 4）电涡流传感器的特点 优点： 非接触测量； 测量灵敏度高； 缺点: 线圈阻抗和被测材料磁导率、导电率等参数有关，需要对不同被测对象进行标定； 采用软磁材料做铁心的线圈，灵敏度高但性能受环境温度影响较大；空芯线圈改善了温度性能但灵敏度低 ； 受环境电磁干扰； 4.6 电涡流传感器及其应用 5）电涡流传感器常用调理电路——相敏检波 探头线圈阻抗/电压转换电路 6）采用电涡流传感器测量位移实例 ?? 单模光纤： 8 um core, 125 um cladding ?? 多模光纤: 50, 62.5, 100 um core, 125 um cladding 4.5 光纤传感器及其应用 4.5.3 典型光纤结构 4.5 光纤传感器及其应用 4.5.4 光纤传光原理 光在纤芯（光密介质）和包层（光疏介质）分界面上发生全反射而向前传输。 数值孔径反应光纤波或光线能力的大小。与纤芯和包层折射率分布有关，而与光纤直径大小无关。NA越大捕获能力越强，光纤与光源之间耦合型越好。 4.5 光纤传感器及其应用 4.5.6 构成光纤传感器的主要器件 光源：钨丝灯、（固定波长/波长可调谐）激光器、发光二极管等 光纤：单模光纤、多模光纤、保偏光纤、塑料光纤、掺杂光纤等 探测器：光电池、光电二极管（PIN光电二极管、雪崩式光电二极管）、光电倍增管。（主要参数：灵敏度、工作波长） 其它常用光学器件：光纤耦合器、隔离器、光纤滤波器等 4.5 光纤传感器及其应用 4.5 光纤传感器及其应用 4.5 光纤传感器及其应用 磁致旋光效应 一束线偏振光沿外加磁场方向或磁场强度方向通过置于磁场中的磁光介质时，其偏振面发生旋转的现象称为磁光效应，通常又称为法拉第效应。 光波偏振面转过的角度θ与 光在介质中通过的长度d及介质 中光传播方向上的磁感应强度 B成正比，即 式中V称为费尔德常数，它表 征物质的磁光特性 磁光效应原理图 基于磁光效应的光纤电流传感器结构图 传感头