1、測(cè)試技術(shù)課件2常用傳感器2光電光纖半導(dǎo)體聲紅外激光概要測(cè)試技術(shù)課件2常用傳感器2光電光纖半導(dǎo)體聲紅外激光概要第二章 常用傳感器2.5 光電傳感器 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線(xiàn)到紅外線(xiàn)光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的器件。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 2、內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線(xiàn)愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng) 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管1、外光電效應(yīng) 在光照作用下物體內(nèi)的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象 。光電管、光電倍增管第二章 常用傳感器2.5 光電傳感器 光電傳感器通常是2.5 光電傳感器2

2、.5 光電傳感器2.5 光電傳感器照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光光控?zé)艄I(yè)控制2.5 光電傳感器照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光2.5 光電傳感器光電池 光生伏打效應(yīng)指半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見(jiàn)光作光源的光電池是常用的光生伏打器件。+-PN3、光生伏打效應(yīng) 2.5 光電傳感器光電池 光生伏打效應(yīng)指半導(dǎo)體2.5 光電傳感器應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式、吸收式、遮光式、反射式四種基本形式。 輻射式：光源本身是被測(cè)物，其能量輻射到光電元件上 吸收式：恒光源所輻射的光穿過(guò)被測(cè)物，部分被吸收，而后到達(dá)光電元件上 遮光式：恒光源所輻射的光遇到被測(cè)物，部分被遮擋，而后到達(dá)光電元件上 反射式

3、：恒光源所輻射的光照到被測(cè)物，由被測(cè)物反射到達(dá)光電元件上2.5 光電傳感器應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納2.5 光電傳感器2.5 光電傳感器2.5 光電傳感器亮度傳感器： 通過(guò)檢測(cè)周?chē)h(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線(xiàn)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。2.5 光電傳感器亮度傳感器：相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器2.5 光電傳感器相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器2.5 光電傳感器第二章 常用傳感器2.6 光纖傳感器 物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。 一、物性型光纖傳感器第二章 常用傳感器2.6 光纖傳感器 物性型光纖傳感2.6 光纖

4、傳感器光纖流速傳感器2.6 光纖傳感器光纖流速傳感器2.6 光纖傳感器 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱(chēng)為傳光型或非功能型光纖傳感器。二、結(jié)構(gòu)型光纖傳感器2.6 光纖傳感器 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)2.6 光纖傳感器光纖檢測(cè)型光電傳感器 作業(yè)件檢測(cè)顏色檢測(cè)2.6 光纖傳感器光纖檢測(cè)型光電傳感器 作業(yè)件檢測(cè)顏第二章 常用傳感器一、磁敏傳感器霍爾元件 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。 2.7 半導(dǎo)體傳感器 第二章 常用傳感器一、磁敏傳感器霍爾元

5、件 金屬或2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器電流傳感器： 當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，將在導(dǎo)線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小與流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。 2.7 半導(dǎo)體傳感器電流傳感器： 2.7 半導(dǎo)體傳感器鐵磁材料裂紋檢測(cè)： NS2.7 半導(dǎo)體傳感器鐵磁材料裂紋檢測(cè)： NS2.7 半導(dǎo)體傳感器汽車(chē)速度測(cè)量:2.7 半導(dǎo)體傳感器汽車(chē)速度測(cè)量:2.7 半導(dǎo)體傳感器二、熱敏傳感器熱敏電阻 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。 RT2.7 半導(dǎo)體傳感器二、熱

6、敏傳感器熱敏電阻 2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器產(chǎn)品2.7 半導(dǎo)體傳感器產(chǎn)品2.7 半導(dǎo)體傳感器溫控器應(yīng)用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等2.7 半導(dǎo)體傳感器溫控器應(yīng)用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞還廣2.7 半導(dǎo)體傳感器三、氣敏傳感器 氣體與人類(lèi)日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.81.15 ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟省＿€有易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)。煙霧報(bào)警器酒精傳感器二氧

7、化碳傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器三、氣敏傳感器 氣體與人類(lèi)日常生活2.7 半導(dǎo)體傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被測(cè)氣體的濃度改變而變化。 2.7 半導(dǎo)體傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器 2.7 半導(dǎo)體傳感器 2.7 半導(dǎo)體傳感器 實(shí)驗(yàn)室中的傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器 實(shí)驗(yàn)室中的傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器燃?xì)鈭?bào)警器 煙霧報(bào)警器2.7 半導(dǎo)體傳感器燃?xì)鈭?bào)警器 煙霧報(bào)警器2.7 半導(dǎo)體傳感器 酒精傳感器2.7 半導(dǎo)體傳感器 酒精傳

8、感器四、濕敏傳感器 半導(dǎo)體濕度傳感器：濕敏半導(dǎo)體材料多為金屬氧化物材料，一般為多孔結(jié)構(gòu)的多晶體。典型的有四氧化三鐵（Fe3O4）、鉻酸鎂-二氧化鈦（MgCr2-TiO2）、五氧化二釩-二氧化鈦（V2O5-TiO2）、羥基磷灰石（Cd10(PO4)6(OH)2）、及氧化鋅-三氧化二鉻（ZnOCr2O3）等。其中Fe3O4多制成膠體濕敏元件。2.7 半導(dǎo)體傳感器四、濕敏傳感器 半導(dǎo)體濕度傳感器：濕敏半導(dǎo)體材料多為金第二章 常用傳感器與敏感元件2.8 其它類(lèi)型的傳感器 一、熱輻射檢測(cè)傳感器 絕對(duì)零度以上的物體都有輻射，其強(qiáng)度依賴(lài)于物體溫度(K)。應(yīng)用： 冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過(guò)程中都涉及

9、到動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)的檢測(cè)問(wèn)題。第二章 常用傳感器與敏感元件2.8 其它類(lèi)型的傳感器 一、熱2.8 其他類(lèi)型的傳感器二、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器 材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱(chēng)聲發(fā)射。各種材料聲發(fā)射頻率范圍很寬，從次聲、聲頻到超聲。多數(shù)金屬的聲發(fā)射頻帶在超聲范圍內(nèi)。2.8 其他類(lèi)型的傳感器二、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器 2.8 其他類(lèi)型的傳感器案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)2.8 其他類(lèi)型的傳感器案例：材料斷裂等結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)2.8 其他類(lèi)型的傳感器1、聲波及其分類(lèi)（1）次聲波：振動(dòng)頻率低于l6Hz的機(jī)械波。（2）聲波：振動(dòng)頻率在16Hz20KHz之間的機(jī)械波。（3）超聲波：高于20KH

10、z的機(jī)械波。2、超聲波的物理性質(zhì) 超聲波與聲波比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。 三、超聲波傳感器 2.8 其他類(lèi)型的傳感器1、聲波及其分類(lèi)（1）次聲波：振動(dòng)頻2.8 其他類(lèi)型的傳感器3、超聲波傳感器原理（1）超聲波發(fā)射原理：把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。（2）接收原理：當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使磁滯材料磁場(chǎng)變化，線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。 2.8 其他類(lèi)型的傳感器3、超聲波傳感器原理（1）超聲波發(fā)射2.8 其他類(lèi)型的傳感器4、產(chǎn)品：超聲波傳感器對(duì)2.8 其他類(lèi)型的傳感器4、產(chǎn)品：超聲波傳感

11、器對(duì)2.8 其他類(lèi)型的傳感器5、超聲波傳感器應(yīng)用超聲波探傷/測(cè)距/測(cè)物案例1：輸油管檢測(cè)檢測(cè)機(jī)器人2.8 其他類(lèi)型的傳感器5、超聲波傳感器應(yīng)用超聲波探傷/2.8 其他類(lèi)型的傳感器案例2：倒車(chē)?yán)走_(dá) 2.8 其他類(lèi)型的傳感器案例2：倒車(chē)?yán)走_(dá) 2.8 其他類(lèi)型的傳感器 案例3：魚(yú)群探測(cè)器 2.8 其他類(lèi)型的傳感器 2.8 其他類(lèi)型的傳感器四、生物傳感器 熱/光電量微生物/酶等敏感元件 生物傳感器與其它傳感器是檢測(cè)對(duì)象中含生命物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同,生物傳感器分酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。2.8 其他類(lèi)型的傳感器四、生物傳感器 熱/光電量微生物/酶2.8 其他類(lèi)型的

12、傳感器2、環(huán)境監(jiān)測(cè)3、醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域1、發(fā)酵工業(yè)（食品）2.8 其他類(lèi)型的傳感器2、環(huán)境監(jiān)測(cè)3、醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域1、發(fā)酵2.8 其他類(lèi)型的傳感器血糖乳酸測(cè)定流程體育上耐力訓(xùn)練2.8 其他類(lèi)型的傳感器血糖乳酸測(cè)定流程體育上耐力訓(xùn)練2.8 其他類(lèi)型的傳感器德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀2.8 其他類(lèi)型的傳感器德國(guó)研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀2.8 其他類(lèi)型的傳感器手掌型葡萄糖(glucose)分析儀2.8 其他類(lèi)型的傳感器手掌型葡萄糖(glucose)分析儀2.8 其他類(lèi)型的傳感器工廠發(fā)酵車(chē)間化驗(yàn)員正在分析樣品發(fā)酵工廠谷氨酸葡萄糖分析2.8 其他類(lèi)型的傳感器工廠發(fā)酵車(chē)間化驗(yàn)發(fā)酵工廠谷氨酸葡萄2.8 其他類(lèi)

13、型的傳感器五、紅外測(cè)試系統(tǒng) 紅外輻射又稱(chēng)紅外線(xiàn)（光），指太陽(yáng)光中波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的那部分不可見(jiàn)光。任何物體，當(dāng)其溫度高于絕對(duì)零度（-273.150C）時(shí)，都會(huì)向外輻射電磁波。物體的溫度越高，輻射的能量越多 紅外探測(cè)器是將輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種傳感器。按其工作原理可分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。2.8 其他類(lèi)型的傳感器五、紅外測(cè)試系統(tǒng) 產(chǎn)品光子探測(cè)器熱探測(cè)器熱探測(cè)器產(chǎn)品光子探測(cè)器熱探測(cè)器熱探測(cè)器2.8 其他類(lèi)型的傳感器六、激光測(cè)試傳感器 激光具有很好的單色性、方向性、相干性以及隨時(shí)間、空間的可聚焦性。無(wú)論在測(cè)量精度和測(cè)量范圍上它都具有明顯的優(yōu)越性，目前在測(cè)量領(lǐng)域里已得到廣泛應(yīng)用。 利用激光良好的相干性，

14、可直接進(jìn)行各種物理量的檢測(cè)，如測(cè)量長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、流量以及表面形狀、形變等參量。20世紀(jì)60年代末，基于激光的干涉特性發(fā)展又起來(lái)了激光全息成像技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域更進(jìn)一步擴(kuò)大了。2.8 其他類(lèi)型的傳感器六、激光測(cè)試傳感器 2.8 其他類(lèi)型的傳感器特點(diǎn)： 非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量距離大、抗干擾、測(cè)量點(diǎn)?。◣资⒚祝?、測(cè)量準(zhǔn)確度高。精度：取決于光學(xué)元件本身的精度、環(huán)境溫度、激光束的光強(qiáng)和直徑大小以及被測(cè)物體的表面特征等因素。2.8 其他類(lèi)型的傳感器特點(diǎn)： 非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)2.8 其他類(lèi)型的傳感器應(yīng)用CD光盤(pán)磁頭行程的測(cè)量PC機(jī)集成電路板焊點(diǎn)材料厚度的測(cè)量硅晶片的厚度

15、測(cè)量銷(xiāo)釘穿刺及定位的測(cè)量2.8 其他類(lèi)型的傳感器應(yīng)用CD光盤(pán)磁頭行程的測(cè)量PC機(jī)集成第二章 常用傳感器與敏感元件2.9 傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應(yīng)特性、線(xiàn)性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問(wèn)題。 1、靈敏度 一般說(shuō)來(lái)，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）靈敏度過(guò)高引起的干擾問(wèn)題；（2）量程范圍；（3）交叉靈敏度問(wèn)題。第二章 常用傳感器與敏感元件2.9 傳感器選用原則 2.9 傳感器選用原則2、響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。 實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時(shí)間越短越好。

16、3、線(xiàn)性范圍 任何傳感器都有一定線(xiàn)性工作范圍。在線(xiàn)性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線(xiàn)性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。 2.9 傳感器選用原則2、響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性2.9 傳感器選用原則4、可靠性 可靠性是指儀器、裝置等產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定使用條件，盡量減輕使用條件的不良影響。5、精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值一致的程度。經(jīng)濟(jì)性：定性或定量；精確度要求高或要求低。 6、測(cè)量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線(xiàn)與非在線(xiàn)測(cè)量等。2.9 傳感器選用原則4、可靠性 可靠性是指課堂練習(xí)： 壓電加速度計(jì)的固有電容為Ca，電纜電容為Cc，輸出電壓靈敏度 Se=e0/a(a為輸入加速度)，輸出電荷靈敏度Sq=q/a。 (a) 試推導(dǎo)電壓靈敏度