测试与传感技术.ppt

4.4 压电式传感器 压电效应 某些电介质物体，在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之变形时，它们的表面上会产生电荷，当将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种观象就称为“压电效应”。 压电单晶 压电陶瓷 新型压电材料 石英晶体 z-z: 光轴 y-y: 电轴 x-x: 机械轴 压电常数大、灵敏度高、价格低廉 柔软、不易破碎、面积大 阵列传感器 机器人触觉传感器 逆压电效应（电致伸缩效应） 有机压电薄膜 压电半导体 硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、硫化钙(CaS)等 压电材料 压电式传感器等效电路 压电晶片相当于一只平行极板介质电容器 a)压电晶体 b)并联 c)串联 d)等效电路 压电元件可以等效为一个具有一定电容的电荷源 4.5 磁敏传感器 霍尔元件 磁敏电阻 磁敏管 霍尔效应 将导电体薄片置于磁场B中，如果在a、b端通以电流I，则在c、d端就会出现电位差，这一现象称为霍尔效应。电位差称为霍尔电势。 霍尔效应原理图 b 霍尔电势 霍尔元件可以用来测量磁场强度、位移、力、角度等。 KH——霍尔常数； B——磁感应强度； α——电流与磁场方向的夹角。 一、基本元件 二、磁栅式位移测量系统 磁栅 磁栅是一种测量位移的数字传感器，它是在非磁性体的平整表面上镀一层磁性薄膜，并用录制磁头沿长度方向按一定的节距λ录上磁性刻度线而构成的，因此又把磁栅称为磁尺。 磁栅主要用于大型机床和精密机床的位置或位移量的检测元件。 单面型直线磁栅 同轴型直线磁栅 旋转型磁栅 磁栅式位移传感器的结构示意图 1-输出绕组 2-铁心 3-激励绕组 4-磁头 5-磁尺 最高工作速度为12m/min 系统的精度可达0.0lmm/m 最小指示值为0.001mm 使用范围为0～40℃ 感应同步器 （略） 4.6 光电式传感器 基本概念 光电效应 外光电效应 在光的照射下，金属中的自由电子吸收光能而逸出金属表面的现象称为外光电效应。 内光电效应半导体材料受光的照射后，其电导率发生变化的现象称为光导效应，而受光后产生电势的现象称为光生伏特效应。二者统称为内光电效应。 光电管 光电倍增管 基于光导效应的光电器件有光敏电阻， 基于光生伏特效应的有光电池、光敏晶体管等。 光电管 光电池 光敏晶体管 二、固体图像传感器 电荷耦合器件 (Charge Coupled Device，CCD) CCD基本单元的结构 具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。 金属一氧化物一半导体结构元(MOS) 读出移位寄存器的结构原理 读出移位寄存器 遮光层 每个像素由三个(也有二个、四个的)电极组成一个耦合单元 结构形式 线阵结构 面阵CCD CCD应用举例 尺寸自动检测 缺陷检测 工件尺寸测量系统 光学系统放大率：1:M L=(Nd±2d)M L——工件尺寸； N——覆盖的光敏单元数； d——相邻光敏元中心距离。 最大误差：±2d（图像末端两个光敏单元）。 验钞机结构原理图 两列信号比较 4.7 光纤位移测量系统 元件型 反射型 反射型光纤位移传感器工作原理 1-光纤接受端头 2-光纤发送接受端头 3-光纤发送端头 4-反射镜面 5-电源 微弯光纤传感器 位移分辨力为0.01μm 光纤生物传感器 ①轻、细长、小，光纤探针可应用于生物体内研究； ②抗电磁干扰强，在强电磁干扰、高温高压、易燃易爆和强放射性等恶劣环境中应用，便于遥测； ③应用范围广，成本低，且操作方便； ④应用于多波长和时间分辨测量技术，改进分析结果的重现性。 4.8 轴角编码器 绝对式编码器 增量式编码器 轴角编码器又称码盘，是测量轴角位置和位移的一种数字式传感器。 敏感元件：光电式的、磁电式的或电刷接触式。 数控机床、机器人位置控制、机床进给系统控制、角度测量、通信和自动化控制 增量编码器（脉冲盘式） 增量码道与辨向码道 Radar II Ground Speed Sensor Velocity Range 0.53 to 107km/hr(0.33 to 67MPH) 4.9 智能传感器 向微型化发展； 应用新机理（物理现象、化学反应、生物效应）； 使用新型材料； 向微功耗及无源化发展； 采用新加工技术(如化学微腐技术、微机械加工技术)； 高可靠性、宽温度范围发展。 以智能传感器技术为检测头的呼吸医疗监视仪, 能研究各种情感和呼吸之间的联系，并且用来真实纪录一个人的呼吸状况及其变化. 呼吸医疗监视仪 * 测试与传感技术（2） 孙裕晶 2012.10.22 被测量 信号调理 传感器 信号处理 显示记录 激励装置 传感器原理与应用 性质 测试系