重点班附加课件：传感器及其应用详解.ppt

霍尔效应 力传感器 应变片 测量电路 （电阻应变式）电子计价秤 2005年5月19日，“勇气号”火星车在火星古塞夫环形山附近拍摄到的落日图片 勇气号火星车 勇气号火星车 勇气号火星车 勇气号火星车 第一节 传感器及其工作原理 1．传感器概念： 传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。 2．传感器常见分类： A．按传感的物理量分类，可分为位移、力、光、速度、温度、 流量、气体成份等传感器。 B．按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、 霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。 3．传感器的构成：敏感元件和转换电路 声音 磁场 光 加速度 各 类 传 感 器 压强 温度 湿度 力 电信号 …… 磁敏感元件(干簧管中的簧片，霍尔元件） 光敏感元件（光敏电阻） 热敏感元件（热敏电阻和金属热电阻） 磁场 电路通断 干簧管 光照 电阻变化 光敏电阻 电阻变化 热敏电阻 温度 非电学物理量 电学物理量或电路的通断 传感器 第二节和第三节传感器的应用 传感器应用的一般模式示意图 传感器 转换或放大电路 执行机构 仪表显示 微机系统 1． 第二节：侧重力、声、热传器的应用 2．第三节：侧重电、温度、光传感器的应用 第四节传感器的应用实验 主要了解二极管、门电路和传感器的简单应用设计（如集成门电路（斯密特触发器），单个的门电路） 受力端 固定端 F 固定端 悬臂梁是一种弹性元件，其一端固定，另一端受力。 在受力时，悬臂梁的上、下表面将产生微小的形变（应变）：上表面伸长，下表面压缩。 F 当应变片产生形变时，金属电阻丝被拉伸或压缩，它的电阻发生相应的变化。 受力方向 在悬臂梁产生应变的部位粘贴应变片，将悬臂梁的应变传递到应变片上，从而将悬臂梁的应变转换为电阻的变化。 应变片（R1、R4） 应变片（R2、R3） 悬臂梁的上、下表面各粘贴2片应变片，它们的电阻值相同。 当悬臂梁受力时，梁的上表面伸长，R1、R4电阻值增大；梁的下表面压缩，R2、R3电阻值减小。此时UA＜UB，输出与外力成正比的电压值（模拟信号）。 F R1 R2 R3 R4 UOUT UA UB 悬臂梁 应变片 固定端 力传感器在电子秤中的应用 悬臂梁 应变片 电子计价秤中的应变片 应变片的应用 将应变片粘贴在机械、桥梁、建筑等被测构件上，通过专用的“电阻应变仪”直接测定其工作状态下的应力和变形情况。 对桥梁进行多点测量 F 应变片 桥面 崇明跃进桥检测——布置应变片 桥梁加载，检测桥梁的应变 羽毛球馆穹顶结构的测试 对斜拉桥钢索进行应变测试 加速度传感器 传感器内有一个用弹簧片支撑的质量块，可以上下活动。 固定电极1与质量块之间构成电容C1 质量块与固定电极2之间构成电容C2 α C1 C2 固定电极1 质量块 固定电极2 电容式加速度传感器的工作原理 先将加速度的变化转换成质量块的位移，然后将位移转换成电容量的变化，最后将电容量转换成电压信号。 α C1 C2 d1 d2 加速度 位移 电容量 电压 三维加速度传感器 信号处理电路 加速度测试单元 显微镜下， 利用MEMS技术加工的 芯片 三维加速度传感器结构 当框架作上下运动时，质量块2、4不动，质量块1、3产生相反的前后位移。 当框架作左右运动时，质量块1、3不动，质量块2、4产生相反的前后位移。 当框架作前后运动时，4个质量块均产生位移。 外形：6×4×1.4（mm） A—B 质量块（活动电极） 斜支撑 固定电极 活动电极 向右运动，间隙加大，电容减小 向左运动，间隙减小，电容加大 斜支撑 活动电极的位移 A—B 活动电极 固定电极 固定电极 光电鼠标中的图象传感器 当鼠标移动时，其移动轨迹通过图象传感器，形成一组高速拍摄的连贯图像，鼠标内的数字微处理器对图像特征点位置的变化进行分析，判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。 图象传感器 CMOS芯片 例1：力传感器的应用——电子秤 （1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？ （2）简述力传感器的工作原理。 （3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ （4）如何设计一个转换电路？ 例2：：温度传感器的应用——电熨斗 思考与讨论： （1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？ （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？