机械工程测试技术韩建海第2章_传感器分解.ppt

2.5.2 气敏传感器 气体检测是保护和改善生态居住环境不可缺少手段。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。另外易燃、易爆气体、酒精等的探测，气敏传感器发挥着极其重要的作用。 烟雾报警器 酒精传感器 二氧化碳传感器 2.5.2 气敏传感器 利用半导体气敏材料，如氧化锌(ZnO)、二氧 化锡(SnO2)、二氧化锰(MnO2)等)，吸附被测气体 (氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等)时，电阻率发生 变化，从而使电阻随被测气体浓度的改变而变化。 1. 工作原理：气敏效应 2.5.2 气敏传感器 气敏器件电阻值与气体浓度关系曲线： 2.5.2 气敏传感器 ???????????????????????????? 气敏器件： 2.5.2 气敏传感器 2. 气敏传感器的应用 当室内可燃气体浓度增大时，气敏传感器吸附可燃气体 使电阻值降低，检测回路电流增加，直接驱动蜂鸣器BZ报警。 家用可燃气体报警器 2.5.2 气敏传感器 当无瓦斯气体时，气敏传感器电阻值较大，调节电位器Rp 使输出电压小于0.7V，555集成器件的4脚被嵌位，振荡器不工 作。当周围空气有瓦斯气体时，气敏传感器电阻值降低，电位 器输出电压增加，555集成器件的4脚变为高电平，振荡器起振， 扬声器报警。 小型煤矿瓦斯报警器 2.5.2 气敏传感器 烟雾报警器 案例： 燃气报警器 2.5.2 气敏传感器 酒精传感器 案例： 2.5.2 气敏传感器 2.5.3 湿敏传感器 在实际生活中，如人体的感觉、植物的枯萎、水分蒸发的快慢等，都与相对湿度有关。 1. 工作原理：湿敏效应 利用半导体湿敏材料， 如四氧化三铁(Fe3O4)、铬 酸镁—二氧化钛(MgCr2O4 -TiO2)、氧化锌—三氧化二 铬(ZnO-Cr2O3)吸附空气中 的水分时，电阻值发生变化。 MgCr2O4-TiO2特性曲线 2.5.3 湿敏传感器 2. 湿敏传感器的应用 若检测出相对湿度≥65%RH，温度≥55oC时，判断为 泄漏状态，通过与门输出。若检测湿度变化率大于设定值时， 也可判断为泄漏状态，通过或门输出。或门的输入端只要有 一端输入为高电平，即可判断有泄漏，并进行声光报警。 微量水蒸气检漏仪 2.5.3 湿敏传感器 生物传感器： 热/光 电信号 酶/微生物等 热敏/光敏器件 生物传感器由生物敏感膜与变换器构成，根据敏感物质不同，可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。 生物传感器 血糖－乳酸测定 体育上耐力训练 德国研发的环境废水BOD分析仪 手掌型葡萄糖(glucose)分析仪 照相机测距反射式 光电传感器 2.4.1 光电器件 P35-T46 P39-T52 2.4.1 光电器件 机械手抓取鸡蛋实验照片 案例：利用光电式滑觉传感器实现机械手软抓取 触觉 传感器 滑觉 传感器 2.4.1 光电器件 滑与不滑的波形 U(V) U(V) (b)触头 滑觉传感器结构图 (a)基座 光电器件 A B 弹性体 2.4.1 光电器件 2.4.2 光纤传感器 1. 工作原理：全反射现象 全反射条件： 或 2.4.2 光纤传感器 参考光纤置于恒温器内，测量光纤置于被测温度场中， 当温度变化时，引起测量光纤中光的相位变化。将测量光纤 和参考光纤的输出端偶合在一起，两束光将发生干涉而产生 干涉条纹，温度变化引起干涉条纹的移动，光电器件检测出 干涉条纹移动的数量，就可以反映温度的变化。 功能型温度测量 2. 光纤传感器的应用 2.4.2 光纤传感器 在前坡区：光电器件输出的光电流与位移x成正比，用 来测量微小位移和表面粗糙度等。 在光峰点：接收光纤端面被全部照亮，输出的光电流 达到最大值，用来检测被测表面的状态。 在后坡区：输出光电流与x2成反比，实现远距离测量。 非功能型位移测量 2.4.2 光纤传感器 光纤检测型传感器 工件检测 颜色检测 案例: 2.4.2 光纤传感器 1. 光栅的结构与分类 2.4.3 光栅传感器 在玻璃尺(或金属尺)上进行密集刻划，得到黑白相间的条纹。栅线的宽度为a，缝隙宽度为b，一般取a=b，a+b=W称作光栅的栅距或节距。 （1）光栅的结构 计量光栅按用途可分为长光栅和圆光栅，而圆光栅又可 分为径向光栅、切向光栅和环形光栅。 （2）光栅的分类：物理光栅和计量光栅 2.4.3 光栅传感器 2.