4.传感器原理.ppt

§4.1 概述 2. 传感器的构成 3 基本特性 §4.2 电阻式传感器 金属应变计有如下2种 丝式 箔式 优点:稳定性和温度特性好. 缺点:灵敏度系数小. 2) 半导体应变计 优点：应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 3) 两种应变片式传感器 半导体电阻 负电阻温度系数，灵敏度高、体积小、热容量小，可作精密温度测量 常用的测温电阻有锗电阻和热敏电阻 锗电阻 电阻温度关系稳定，重复性好—半导体中迄今最理想的低温测量元件 标定一次可长期使用，且它的测量精度可达到0.005K 许多国家将锗电阻温度计作为4.2K~20K之间的标准测温仪表 ??与K0 衔铁上移 切线斜率变大 衔铁下移 切线斜率变小 (3) 电涡流式传感器的应用 1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 4、无损探伤 §4.4 电容式传感器 §4.4 电容式传感器 光电器件应用 几种设计方式 §4.8 半导体敏感元件传感器 光电式转速传感器 测量原理 通过敏感元件来检测光通量的强弱，从而产生与被测轴转速成比例的电脉冲信号 实际应用 反射式光电传感器 透射式光电传感器 优点 测速范围可达每分钟几十万转 对被测轴无干扰 光源 光电元件 转轴 反光面 透镜 透镜 透镜 半透反光膜 反射式光电传感器 §4.8 半导体敏感元件传感器 反射式表面粗糙度光电传感器 测量原理 敏感元件检测表面反射光通量的强弱，以反映其表面光滑的程度 实际应用 工件表面缺陷或粗糙度检查 反射法测量原理 1. 光源 2. 物镜 3. 被测工件 4 聚光镜 5 光电元件 §4.8 半导体敏感元件传感器 光电耦合器 组成：发光元件与光敏元件封装——光－电转换 优点：无机械触点、噪音低、执行动作快、体积小、寿命长 分类：光电隔离器和光电开关 §4.8 半导体敏感元件传感器 光电隔离器 组成：发光二极管LED和光敏晶体管 优点：LED辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管 应用 输入、输出端隔离——解决信号传输中多地问题 电平转换 提高驱动能力以及抗干扰能力 §4.8 半导体敏感元件传感器 光电开关 组成：发光二极管LED?被测体调制?光敏晶体管 分类 对射式 反射式 用途：计数、有无 光电元件 发射光源 §4.8 半导体敏感元件传感器 案例：光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。 案例：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。 §4.8 半导体敏感元件传感器 4 气敏电阻传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。 气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体测量、酒精浓度探测等方面。 烟雾报警器 酒精传感器 二氧化碳传感器 §4.8 半导体敏感元件传感器 CCD图像传感器 CCD（Charge Coupled Device）——电荷耦合器件 CCD 组成：类似马赛克的网格——MOS电容器、聚光镜片以及底层的测量矩阵 MOS（Metal Oxide Semiconductor）电容器——像素、像点、感光点 构成：在P－Si衬底上淀积金属而构成的一只电容器 工作原理：在光照射下，感光小单元积聚光生载流子——电荷 P－Si 金属 氧化物 载流子/电荷 势阱 表面势 §4.8 半导体敏感元件传感器 CCD图像传感器 CCD功能：根据光的强弱积聚相应的电荷，由测量矩阵读出 分类：线型、面型或圆型 CCD厂商：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji 线型CCD传感器 1－CCD转移寄存器 2－转移控制栅 3－积蓄控制电极 4－PD阵列（1728） SH－转移控制栅输入端 RS－复位控制 §4.8 半导体敏感元件传感器 CMOS图像感光器 CMOS（Complement Metal Oxide Semiconductor）——互补金属氧化物场效应 CMOS经加工可以作为图像传感器 ——每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成 CCD难以比拟的优势：单一电源运作（省电、标准生产、便宜） 缺点：信噪比差、敏感度不够——比CCD传感器低10倍感光度 应用：图像输入设备 电脑、笔记本电脑、掌上电脑、扫描仪、数码相机、摄像机、指纹认证等 900万像素CMOS §4.8 半导体敏感元件传感器 铝板宽度的自动检测