三常用传感器.ppt

第三章 常用传感器 本章重点 第六节 压电式传感器 前置放大器电路有两种形式：其一是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压（即传感器的输出）成正比；另一种是带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。 上式表明，在一定条件下，电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，并且与电缆对地电容无关。因此，采用电荷放大器时，即使连接电缆长达百米以上，其灵敏度也无明显变化，这是电荷放大器突出的优点。但与电压放大器比较，其电路复杂，价格昂贵。 第六节 压电式传感器 五、压电式传感器的应用 压电式传感器常用来测量力、压力、振动的加速度，也用 于声学（包括超声）和声发射等测量。 压电效应是一种力一电荷变换，可直接用作力的测量。现在已形成系列的压电式力传感器，测量范围从微小力值10-3 N到104kN，动态范围一般为60dB；测量方向有单方向的，也有多方向的。 压电式压力传感器包围映真免一种是利用膜片式弹性元件，通过膜片承压面积将压力转化为力。膜片中可看函台，凸台背面放置压电片。力通过凸台作用于压电片上，使之产生相应的电荷量。另一种是利用活塞的承压面承受压力，并使活塞所受的力通过在活塞另一端的顶杆作用在压电片上。测得此作用力便可推算出活塞所受的压力。 第六节 压电式传感器 五、压电式传感器的应用 现在广泛采用压电式传感器来测量加速度。此种传感器的压电片处于其壳体和一质量块之间，用强弹簧（或预螺栓）将质量块、压电片紧压在壳体上。运动时，传感器壳体推动压电片和质量块一起运动。在加速时，压电片承受由质量加速而产生的惯性力。在第七章中将会进一步讨论加速度计的有关问题。 压电式传感器的工作原理是可逆的，施加电压于压电晶片，压电片便产生伸缩。所以压电片可以反过来做“驱动器”。例如对压电晶片施加交变电压则压电片可作为振动源，可用于高频振动台、超声发生器、扬声器以及精密的微动装置。 第七节 磁电式传感器 磁电式传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。 从电工学已知，对于一个匝数为W的线圈，当穿过该线圈的磁通自发生变化时，其感应电动势： 按照结构方式不同，磁电式传感器可分为动圈式与磁阻式。 第七节 磁电式传感器 一、动圈式 动圈式又可分为线速度型与角速度型。图3－35a表示线速度型传感器工作原理。在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一个可动线圈，当线圈在磁场中作直线运动时，它所产生的感应电动势：e=WBl?sin?. 式中，B—磁场的磁感应强度；l—单匝线圈有效长度； W－线圈匝数； ?—线圈与磁场的相对运动速度； ?—线圈运动方向与磁场方向的夹角。 说明：当W、B、l均为常数时，感应电动势大小与线圈运动的线速度成正比，这就是一般常见的惯性式速度计的工作原理。 第七节 磁电式传感器 一、动圈式 图3-35b是角速度型传感器工作原理。线圈在磁场中转动时产生的感应电动势： e=kWBA? 式中，? －角速度； A—单匝线圈的截面积； k—与结构有关的系数，k＜1。 说明：当传感器结构一定时，W、B、A均为常数，感应电动势e与线圈相对磁场的角速度成正比，这种传感器被用于转速测量 第七节 磁电式传感器 图3-36 动圈磁电式传感器等效电路 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3－36所示。图中，e是发电线圈的感应电势；Z0是线圈阻抗； R0是负载电阻（含放大器输入电阻）；Cc是电缆导线的分布电容； Rc是电缆导线的电阻。 Re甚小可忽略，故等效电路中的输出电压 第七节 磁电式传感器 二、磁阻式 磁阻式传感器的线圈与磁铁彼此不作相对运动，由运动着的物体（导磁材料）来改变磁路的磁阻，而引起磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电动势。其工作原理及应用例如图3－37所示。此种传感器是由永久磁铁及缠绕其上的线圈组成。例如图3－37a可测旋转体频数，当齿轮旋转时，齿的凸凹引起磁阻变化，使磁通量变化，在线圈中感应出交流电动势，其频率等于齿轮的齿数和转速的乘积。 磁阻式传感器使用简便、结构筒单，在不同场合下可用来测量转速、偏心量、振动等。 第八节 半导体传感器 半导体材料有一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等理化量的敏感性。利用半导体材料的这些特性，作为非电量电测的转换元件，是近代半导体技术应用的一个重要方面。 半导体传感器具有许多明显的特点：它们是一些物性型传感器，通常可以做成结构简单、体积小、重量轻的器件；它们的功耗低、安全可靠、寿命长；它们对被测量敏感，响应快；易于实现集成化。但是它们的