机械工程测试技术基础--03传感器04概要.ppt

2004-11-27 1 第三章 常用传感器与敏感原件 第三章 常用传感器（4） 第三章 常用传感器与敏感原件 第一节 常用传感器分类 第二节 机械式传感器及仪器 第三节 电阻、电容与电感式传感器 第四节 磁电、压电与热电式传感器 第五节 光电传感器 第六节 光纤传感器 第七节 半导体传感器 第八节 红外测试系统 第九节 激光测试传感器 第十节 传感器选用原则 霍尔转速表原理 黑体：能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体。是在任何温度下全部吸收任何波长辐射的物体，即α（物体对辐射能的吸收系数）=1。 镜体：能全部反射红外辐射的物体。 透明体：能全部透过红外辐射的物体。 灰体：能部分反射或吸收红外辐射的物体。 普朗克定律：描述的是不同温度下黑体辐射通量按波长分布的规律。 二、红外探测器 红外探测器是将辐射能转换成电能的一种传感器。红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为热探测器和光子探测器两大类。 1 热探测器 工作机理：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定所吸收的红外辐射量。主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电偶型和气体型。 2 光子探测器 工作原理：半导体材料的光电效应。 光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般需在低温下工作。 热电偶型：将热电偶结点涂上黒层置于辐射中，可根据产生的热电动势来测量入射辐射功率的大小。多采用热电堆型（由多个热电偶的串联而成。辐射接收面分为若干块，每块接一个热电偶，把它们串联起来就构成热电堆）。 热释电型： 热释电效应：电石、水晶、钛酸钡等晶体受热产生温度变化时，其原子排列将发生变化，晶体自然极化，在其两表面产生电荷变化的现象。 用此效应制成的“铁电体”，其极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。 如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱。 在非典时期，为了防止感染，测温不得靠近人体。在这样的特殊要求下，就可以采用非接触式的温度监测器，它也是由热释电型红外传感器作为温度检测传感器。 利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。当物体的温度低于1?000?℃时，它向外辐射的是红外光，可用红外探测器检测温度。 三、红外传感器应用 1 红外测温仪 自动门如何探测人的靠近？ 2 辐射温度计 根据斯蒂芬-波尔兹曼定律进行辐射温度的测量。常用于800?℃以上的高温测量。 3 红外热像仪 是利用光学系统接受被测目标的红外辐射，能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。 红外摄像机 红外成像仪 第九节 激光测试传感器 激光（laser）：由受激发射的光放大产生的辐射。 激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特点，应用于测量和加工等方面，可以实现无触点远距离的测量，而且速度高、精度高，测量范围广，抗光、电干扰能力强，因此激光得到了广泛的应用。测试方面主要应用激光干涉、激光全息技术。 激光全息利用了光的干涉、光的衍射原理。 光的干涉：两列或几列特定光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 光的衍射：光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象。 杨氏双缝干涉的示意图 光的衍射 激光测长仪 激光干涉式测量仪器包括激光测长仪、激光测振仪、激光测速仪等。 当工作台带动棱镜移动时，在光电计数处由于两路光束聚集产生干涉，形成明暗条纹，通过计数就可以计算出工作台移动的距离 ???????? （式中， ?为干涉条纹数， ?为激光波长）。 　激光多普勒测速仪：是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。 激光全息测量仪器 激光全息原理 第三章 常用传感器与敏感原件 * Nor