第一節(jié)傳感器概述傳感器是一種能將非電被測量變換成電學量輸出的功能性器件。一、傳感器的分類常用的分類方法：按工作原理分：如電容式傳感器，電阻式傳感器按功能分：如位移傳感器，壓力傳感器等第四章常用傳感器常用傳感器見表4.1二、傳感器的性能要求第二節(jié)傳感器選用原則靈敏度：靈敏度越高，噪聲也越容易混入，所以信噪比要高。線性范圍：線性范圍越寬，傳感器的工作量程越大。響應特性：它對測試結果有直接影響。 它必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。穩(wěn)定性：影響穩(wěn)定性的因素是時間和環(huán)境，常用時漂和溫漂反映。精確度：常用不確定度、準確度、重復性、回程誤差表示。 并非精確度越高越好。其他：根據(jù)實際測試情況而定。如接觸或非接觸測量，直接或間 接測量等。第三節(jié)

電阻式傳感器一、電阻應變式傳感器絲式應變片:電阻絲直徑0.012mm軸向應變橫向應變箔式應變片：用照相制版或光刻腐蝕，將電阻箔材（厚度0.001-0.01mm）在絕緣基底上制成各種圖形。二、壓阻式傳感器壓阻效應：用半導體材料作敏感柵，在外力作用下，其電阻率發(fā)生變化。三、變阻式傳感器（電位器式傳感器）變阻式傳感器有：線繞式、薄膜式、光電式等?？捎脕頊y量位移、壓力、加速度等。非線性電位器又稱為函數(shù)電位器。可以對某些傳感器的某些非線性環(huán)節(jié)進行補償。第四節(jié)電感式傳感器一、自感型傳感器1.可變磁阻式傳感器2.電渦流式傳感器（1）高頻反射式渦流傳感器高頻激勵電流i產生的高頻電磁場使金屬板表面產生渦流i1，渦流又產生反向的磁場，反作用于線圈上，由此引起線圈自感L或阻抗的變化。（2）低頻透射式渦流傳感器渦流傳感器的應用二、互感型（差動變壓器式）傳感器三、壓磁式傳感器壓磁效應：應力使鐵磁材料的磁性質發(fā)生變化的現(xiàn)象。壓磁式傳感器的工作原理：應用：測力軌道衡第五節(jié)電容式傳感器變極距型變面積型變介電常數(shù)型應用：第六節(jié)壓電式傳感器——利用壓電材料的壓電效應（將力→電荷）和逆壓電效應（電場→形變或力）壓電效應：壓電材料在一定方向的外力作用下，使材料內部產生極化現(xiàn)象，材料表面有電荷出現(xiàn)，形成電場。逆壓電效應：外電場作用下，使壓電材料產生機械變形的現(xiàn)象。力沿X軸（電軸）作用產生電荷——縱向壓電效應……Y…（機械軸）——橫向壓電效應……Z…（光軸）不產生電荷壓電陶瓷的其它應用煤氣點火器超聲波發(fā)生器超聲波電機第七節(jié)磁電式傳感器一、磁感應電式傳感器原理 電磁感應定律：線圈在磁場中運動，線圈兩端的感應電動勢1.恒定磁通式2.變磁通式二、霍爾式傳感器霍爾乘法器三、磁阻效應傳感器磁阻效應：在磁場作用下，半導體片內電流分布不均勻，改變磁場強弱可以影響電流密度的分布，表現(xiàn)為半導體內的電阻變化。下圖為用磁阻效應測量位移。第八節(jié)光電式傳感器光電式傳感器是將光量轉換為電量。它是利用光電效應。一、光電效應及光電器件1.外光電效應在光線作用下，物質內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。這類器件有：光電管、光電倍增管等。2.內光電效應內光電效應：受光照物體（如半導體）電導率發(fā)生變化或產生光電動勢的效應。按原理分為：光電導效應和光生伏特效應。(1)光電導效應光電導效應：光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。這類器件有：光敏電阻、光電二極管、光電三極管。光敏電阻靈敏度高、頻譜響應范圍寬等。光敏二極管當光照在半導體結上時，P-N結產生穩(wěn)態(tài)光電流。特點：體積小、頻率特性好、弱光下靈敏度低。光敏三極管具有放大作用，故電流靈敏度高。(2)光生伏特效應光生伏特效應：半導體材料P-N結受到光照后產生一定方向的電動勢的效應。這類器件有：硅光電池。穩(wěn)定性：影響穩(wěn)定性的因素是時間和環(huán)境，常用時漂和溫漂反映。第三節(jié)電阻式傳感器下圖為用磁阻效應測量位移。的成分或濃度。激光器1發(fā)出的激光束，經鍍有半透明銀箔層的分光鏡5將光分為兩路，并重新在分光鏡5處匯合成相干光。水分傳感器的種類有直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質型、近紅外型、中子型、核磁共振型等。響應特性：它對測試結果有直接影響?？蓽y量長度、厚度、線位移、角位移、光干涉法測距的分辨率至少為λ/2，的成分或濃度。使用光電元件的通、斷開關狀態(tài)。θ—兩光柵的夾角下圖為光纖流速傳感器的工作原理。按原理分為：光電導效應和光生伏特效應。在光線作用下，物質內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。它必須在所測頻率范圍內盡量保持不失真。二、應用：1.模擬式光電傳感器吸收式可測量液體、氣體的透明度、成分等反射式可測量零件的表面粗糙度、位移等遮光式可測量長度、厚度、線位移、角位移、振動等輻射式被測物體本身就是輻射源。可用于光電高溫計、比色高溫計、紅外測量等2.脈沖式光電傳感器使用光電元件的通、斷開關狀態(tài)。主要用于產品計數(shù)、光控開關、光電編碼器及報警器等。三、光電盤和編碼盤——可用于測量角位移、轉速1.光電盤 它是在玻璃表面鍍一層不透明的鉻，再用照相腐蝕法制成幾百或上千條狹縫。 用光電原理進行測量。見圖2.編碼盤見下圖四、光柵——用于精密測量位移常用光柵線紋密度為50、100、200/mm 即柵距為：0.02、0.01，0.005mm有兩類：透射光柵、反射光柵 透射光柵：在透明的光學玻璃板上刻制線紋，利用光的透射，形

成光柵。其原理如下圖反射光柵：在不透明的金屬上刻制線紋，利用光的透射，形成光柵。其原理如下圖透射式光柵讀數(shù)頭示意圖如下：工作原理

形成的莫爾條紋見右圖

W—光柵節(jié)距，θ—兩光柵的夾角莫爾條紋的寬度：

光柵移動一個柵距，干涉條紋移動一個莫爾條紋寬度例：當光柵節(jié)距W=0.04mm 若θ=0.1o時，莫爾條紋寬度BH=22.9mm 0.2o時，………………..11.46mm ∴W取決于θ的大小用光電轉換可以檢測出莫爾條紋的位移光電轉換后的輸出電壓波形如下圖

第九節(jié)其他傳感器一、氣敏傳感器將檢測到的氣體成分和濃度轉換為電信號的傳感器。半導體氣敏傳感器利用半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質變化來檢測特定氣體的成分或濃度。二、濕敏傳感器常用的有高分子膜濕敏元件、半導體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、氯化鋰濕敏元件等。高分子膜濕敏元件利用高分子膜吸收或放出水分會引起電導率或電容變化的特性測量環(huán)境相對濕度。如右圖三、水分傳感器將水分量（即含水量，用百分比表示）轉換成電信號。水分傳感器的種類有直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質型、近紅外型、中子型、核磁共振型等。直流電阻型水分傳感器：利用高分子物質的電阻R隨含水量M而變化。如下圖四、光纖傳感器分為物性型和結構型。物性型（功能型或敏感型）：利用光纖對被測量的敏感性，如被測量變化使光強或相位發(fā)生變化。這里光纖本身就是敏感元件。結構型（傳光型）：光纖只作為光的傳輸媒質。下圖為光纖流速傳感器的工作原理。這類器件有：硅光電池。按原理分為：光電導效應和光生伏特效應。——利用壓電材料的壓電效應（將力→電荷）和逆壓電效應（電場→形變或力）θ—兩光柵的夾角反射光柵：在不透明的金屬上刻制線紋，利用光的透射，形成光柵。光干涉法測距的分辨率至少為λ/2，光生伏特效應：半導體材料P-N結受到光照后產生一定方向的電動勢的效應?！璝…（機械軸）——橫向壓電效應按原理分為：光電導效應和光生伏特效應。利用高分子物質的電阻R隨含水量M而變化。體積小、頻率特性好、弱光下靈敏度低。下圖為用磁阻效應測量位移。它是利用光的干涉原理和多卜勒效應產生頻差的原理來進行位置檢測的?？蓽y量長度、厚度、線位移、角位移、用光電轉換可以檢測出莫爾條紋的位移應用測振動測速度測轉速10、激光高度單色性：激光的譜線寬度窄。高度相干性：方向性好：發(fā)散角很小，幾乎是平行光。亮度高激光干涉法測距原理光的干涉原理：兩束具有固定相位差，而且有相同頻率、相同振動方向或振動方向之間夾角很小的光相互交疊，會產生干涉現(xiàn)象。見圖 兩束光S1、S2在分光鏡處合成相干光束。 當S1、S2的路程差為Nλ（λ為波長，N為整數(shù)） 光強最大；……..λ/2（或半波長的奇數(shù)倍）………小。光干涉法測距的分辨率至少為λ/2， 甚至可測定0.01個光干涉條紋。單頻激光干涉儀如圖 5是分光鏡，7是可動棱鏡，4是固定棱鏡激光器1發(fā)出的激光束，經鍍有半透明銀箔層的分光鏡5將光分為兩路，并重新在分光鏡5處匯合成相干光。折射光和反射光的波形相同、相位不同。 適當調整2、3的位置，使兩光電信號相位差90o

兩者相位超前或滯后的關系，取決于7的移動，則干涉條紋移動，每移動一個干涉條紋，光電信號變化一個周期。雙頻激光干涉儀它是利用光的干涉原理和多卜勒效應產生頻差的原理來進行位置檢測的。如圖激光器發(fā)出的激光為方向相反的左、右旋偏振光、其振幅相同、頻率不同(f1、f2) 檢偏器及光電管可得到兩頻率差的光電流。本章小結主要介紹了部分傳感器的工作原理 電阻式（應變片）、電感式（自感、互感）、電容式、壓電式、磁電式（發(fā)電原理）、感應同步器、光柵、光電盤、編碼盤、