第4章常用传感器原理及其测量电路.ppt

光纤多普勒流速测量系统 分束器 n为发生散射介质的折射率；λ为入射光在空气中的波长； ν为被测物体的运动速度。 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应, 但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展, 开始用半导体材料制成霍尔元件, 由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。  霍尔式微位移传感器 如果保持霍尔元件的激励电流不变，而让它在一个均匀梯度的磁场中移动时，则其输出的霍尔电势就取决于它在磁场中的位置。利用这一原理可以测量微位移。当霍尔元件有微小位移时，就有霍尔电势输出，在一定范围内，位移与UH呈线性关系。 2）霍尔传感器的应用 S N 线性霍尔 磁铁 霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。 霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。 带有微型磁铁的霍尔传感器 钢质 霍尔 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。 普通直流电动机使用的电刷和换向器 霍尔式无刷电动机 霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。 可充电电池组 无刷电动机 无刷直流电动机的外转子采用高性能钕铁硼稀土永磁材料；三个霍尔位置传感器产生六个状态编码信号，控制逆变桥各功率管通断，使三相内定子线圈与外转子之间产生连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性强等特点。 无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车 光驱用的无刷电动机内部结构 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 光生伏特效应 光电效应分两大类型： 七、光电传感器 金属 金属氧化物 光照 电子逸出物体表面 外光电效应 光照 半导体 电子在物体内部运动 内光电效应 主要产品： 光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管 主要产品：光电池 照相机自动测光 光控灯 工业控制 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 被测物是光源 通过测量光能量的强度可知被测物的温度。 被测物吸收光量 可根据被测对象对辐射的吸收量或对频谱的选择性来测量液体、气体的透明度或浑浊度，或者对气体进行成份分析，或对液体中某种物质含量进行测定等。 被测物遮蔽光量 根据被测对象阻挡光通量的多少来测量被测对象的几何尺寸（如长度、厚度等）或运动状态（如线位移、角位移） 被测物表面具有反光能力 由于反射光通量的多少决定于被测对象的表面性质和状态，因此它可以测量机械加工零件的表面光洁度、表面粗糙度等。 反射式烟雾报警检测器示意图 箱中空气受灯的热作用而上升，因而引起空气对流，从底部进入，顶部逸出。如果通过检测箱的空气中无烟雾，则白炽灯无反射光照射到光敏电阻上，其阻值很大。如果空气中有烟雾，则烟尘将灯光反射到光敏电阻上使其阻值减小。 报警电路中，当Rt无光照时，Rt很大，UA很小，可控硅触发电压太小，SCR截止。当Rt受光照时，Rt小，UA电压升高足够使SCR导通，电铃响，发出报警。 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分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。 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。 光纤：