华东交通大学 机械工程测试技术 第四章 常用传感器.ppt

4-6 光电式传感器 光电式传感器是将光量转换为电量，其物理基础是光电效应。光电效应通常又分为外光电效应和内光电效应 1、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。如光电管和光电倍增管。 2、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。如光敏电阻、光电池、光敏晶体管 4-6 光电式传感器 一、光敏电阻（光导管） 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能增强 ，光线越强、阻值越低。响应时间2-50ms,无光照射为暗电阻、一般为兆欧级。受光照射时阻值为亮电阻，一般几千欧。 光敏电阻的光照特性是非线性的，不适宜做检测光通量变化的元件。 4-6 光电式传感器 二　光电池 　　直接将光能转换为电能的光电元件，在Ｐ－Ｎ结电场的作用下，电子被推向Ｎ　区，空穴被拉向Ｐ区，结果Ｐ区带正电，Ｎ区带负电。 　用于光电池的半导体材料有锗\硒＼硫化镉等多种。目前应用最广的是硅光电池。其性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，用于检测可见光的强弱。 4-6 光电式传感器 三　光敏晶体管 一个ＰＮ结为光敏二极管，两个ＰＮ结为光敏三极管 　光通过透镜照射在光敏二极管上，由于产生光生载流子，因而在一定的反向偏压下，光敏二极管的反向电流要比没有光照时大几十倍到几千倍，因此有较大的光电流。光敏二极管具有暗电流小，灵敏度高等优点，一般在用可见光做光源时，采用硅管，但对红外线探测时，锗管合适。 光敏三极管有放大作用，其灵敏度比光敏二极管高。 一、动圈式磁电传感器（速度拾振器） 4-7 磁电式传感器 2 分类 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N 第四章 常用传感器 角速度型传感器感应电动势 线速度型传感器感应电动势 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 角速度型 测速电机 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 将传感器中线圈产生的感应电势通过电缆与电压放大器联接时，其等效电路如图4-30所示。 是发电线圈的感应电势； 是线圈电阻； 是负载电阻（放大器输入电阻）； 是电缆导线的分布电容； 是电缆导线的电阻。 一、动圈式磁电传感器（速度拾振器） 第四章 常用传感器 通常传感器输出的电压是很微弱的(毫伏级)，因此，感应电动势须经放大检波后方可推动指示仪表。如果经过微积分电路，可以得到加速度和位移 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 4-7 磁电式传感器 二、磁阻式磁电传感器 磁电式车速传感器 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 二、磁阻式磁电传感器 上述动圈式传感器的工作原理也可看作是线圈在磁场中运动时切割磁力线而产生感应电动势。磁阻式传感器则是线圈与磁铁不动，由运动的物体（导磁材料）改变磁路的磁阻，引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 二、磁阻式磁电传感器 在没有被测物体时，永久磁铁的磁路经由铁芯和工作气隙闭合，当将其放置在被测物体旋转齿轮附近时，工作气隙随齿顶和齿谷的交替出现而使磁通 随磁阻的改变作周期性变化，从而在线圈上感应出频率和幅值均与齿轮转速成比例的交流电动势，表达式为 第四章 常用传感器 为转速（ ）； 为齿轮齿数； 为感应电动势频率（ ）。 用频率计记下频率数，即可求得被测转轴的转速。测速发电机就是最普通的应用实例。 磁阻式传感器使用方便、结构简单，常被用来测量转速、偏心量、振动等参数。 第四章 常用传感器 4-7 磁电式传感器 4.7 霍尔传感器 霍尔式传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换器，其转换元件是霍尔元件，一般由锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半导体材料制成。 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果 第四章 常用传感器 由图可见，磁敏二极管受温度的影响较大。 反映磁敏二极管的温度特性好坏，也可用温度系数来表示。硅磁敏二极管在标准测试条件下，u0的温度系数小于＋20mV／℃， 的温度系数小于0.6%/℃。而锗磁敏二极管u0的温度系数小于-60mV／℃， 的温度系数小于1.5%/℃。所以，规定硅管的使用温度为-40～＋85℃，而锗管则现定为-40～＋65℃。 （4）频率特性 硅磁敏二极管的响应时间，几乎等于注入载流子漂移过程中被复合并达到动态平衡的时间。所以，频率响应时间与载流子的有效寿命相当。硅管的响应时间小于1 ，即响应频率高达1MHz。锗磁敏二极管的响应频率小于10kHz。 dB 0.1 -12 -9