安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用1

1、安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院重要性安全第一！課程體系第一章：測試系統(tǒng)第二章：傳感器技術(shù)第三章：信號(hào)及信號(hào)處理第四章：常用的安全檢測方法第五章：安全監(jiān)測技術(shù)在工程中的應(yīng)用1.1：結(jié)構(gòu)組成爆破震動(dòng)監(jiān)測實(shí)例問題：1監(jiān)測目的2監(jiān)測內(nèi)容3監(jiān)測方法第一章：測試系統(tǒng)地震波監(jiān)測系統(tǒng)檢波器信號(hào)放大器數(shù)據(jù)采集器信號(hào)處理系統(tǒng)輸出控制系統(tǒng)信號(hào)獲取決策控制第一章：測試系統(tǒng)1.2測試系統(tǒng)主要性能指標(biāo)我們構(gòu)建/購買一個(gè)測試系統(tǒng)應(yīng)考慮哪些問題？第一章：測試系統(tǒng)1）精度和誤差精度：系統(tǒng)測量值與真實(shí)值的接近程度。 用誤差來表示精度的高低。第一章：測試系統(tǒng)絕對誤差：相對誤差：引用誤差：測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測量儀器的精度等

2、級(jí)。最大引用誤差：2)穩(wěn)定性第一章：測試系統(tǒng)時(shí)間穩(wěn)定性環(huán)境穩(wěn)定性穩(wěn)定度影響系數(shù)溫度影響系數(shù)壓力影響系數(shù)電壓影響系數(shù)濕度影響系數(shù)單位/時(shí)間3)量程系統(tǒng)正常工作時(shí)所能測量的最大值范圍。第一章：測試系統(tǒng)4）分辨率系統(tǒng)可能檢測到的被測量的最小變化值。第一章：測試系統(tǒng)5）信躁比信號(hào)功率與噪聲功率之比。信號(hào)電壓與噪聲電壓之比。第一章：測試系統(tǒng)6）傳遞特性系統(tǒng)輸入與輸出對應(yīng)關(guān)系的性能。第一章：測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測試靜態(tài)測試傳遞特性動(dòng)態(tài)傳遞特性7）其它第一章：測試系統(tǒng)1.3線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)第一章：測試系統(tǒng)h(t)輸入/激勵(lì)x(t)輸出/響應(yīng)y(t)測試系統(tǒng)的傳遞特性/轉(zhuǎn)換特性線性系統(tǒng)/定常系統(tǒng)1）疊加性第一章：

3、測試系統(tǒng)若：，則：2）比例性第一章：測試系統(tǒng)若：則：3）微分特性第一章：測試系統(tǒng)若：則：4）積分特性第一章：測試系統(tǒng)若：則：5）頻率保持特性第一章：測試系統(tǒng)若：則：1.4靜態(tài)傳遞特性及其主要參數(shù)第一章：測試系統(tǒng)靜態(tài)測量：均為常量，不隨時(shí)間變化而變化。那么：靜態(tài)傳遞特性方程（靜態(tài)方程）標(biāo)定因子第一章：測試系統(tǒng)標(biāo)定曲線：標(biāo)定方法：用系列高出標(biāo)定系統(tǒng)精度一個(gè)數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測出相 應(yīng)的輸出，用數(shù)學(xué)方法擬合出輸入輸出曲線（標(biāo)定曲線）。1）靈敏度第一章：測試系統(tǒng)單位？2）線性度第一章：測試系統(tǒng)標(biāo)定曲線和理想曲線的接近程度。BxyA3）回程誤差第一章：測試系統(tǒng)相同測試條件下和全量程范圍內(nèi)，輸入由小增

4、大再由大減小的行程中，對于同一輸入值所得到的2個(gè)輸出值之間的最大差值與量程的比值。xyA1.5動(dòng)態(tài)傳遞特性及其測定第一章：測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測量：輸入輸出隨時(shí)間變化而變化。時(shí)間響應(yīng)頻率響應(yīng)時(shí)間域、頻率域第一章：測試系統(tǒng)h(t)輸入/激勵(lì)x(t)輸出/響應(yīng)y(t)測試系統(tǒng)的傳遞特性/轉(zhuǎn)換特性線性系統(tǒng)/定常系統(tǒng)1）傳遞函數(shù)第一章：測試系統(tǒng)令：傳遞函數(shù)1）H(s)與輸入無關(guān)；2）H(s)只反映系統(tǒng)的響應(yīng)特性與具體的物理結(jié)構(gòu)無關(guān)。第一章：測試系統(tǒng)2）系統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)H1(s)H2(s)X(s)Y(s)Z(s)H(s)N個(gè)串聯(lián)：串聯(lián)：第一章：測試系統(tǒng)N個(gè)并聯(lián)：Y1(s)H(s)H1(s)H2(s)X(s)Y(

5、s)Y2(s)并聯(lián)：第一章：測試系統(tǒng)當(dāng)輸入一系列正弦波，只考慮穩(wěn)態(tài)（ ），則傳遞函數(shù)：傅立葉變換稱為頻率響應(yīng)函數(shù)。3）頻率響應(yīng)函數(shù)第一章：測試系統(tǒng)幅頻特性：相頻特性：幅頻特性曲線相頻特性曲線第一章：測試系統(tǒng)4）一階系統(tǒng)靈敏度s時(shí)間常數(shù)令：傳遞函數(shù)：第一章：測試系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)：幅頻特性：相頻特性：低通特性第一章：測試系統(tǒng)第一章：測試系統(tǒng)第一章：測試系統(tǒng)5）二階系統(tǒng)令：傳遞函數(shù)：第一章：測試系統(tǒng)令：系統(tǒng)固有頻率系統(tǒng)阻尼系數(shù)第一章：測試系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)：幅頻特性：相頻特性：第一章：測試系統(tǒng)第一章：測試系統(tǒng)第一章：測試系統(tǒng)6）不失真?zhèn)鬟f第一章：測試系統(tǒng)A0第一章：測試系統(tǒng)7）測試系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng) 測試

6、元件總要從被測對象中吸取一些能量，會(huì)或多或少的改變被測值，這種效應(yīng)稱為系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng)。輸入阻抗Z：（功率）越大越好第一章：測試系統(tǒng)8）測試系統(tǒng)特性參數(shù)的測定方法靜態(tài)特性參數(shù)的測定動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的測定一階躍函數(shù)法：第一章：測試系統(tǒng)第一章：測試系統(tǒng)二階躍函數(shù)法：第一章：測試系統(tǒng)在出現(xiàn)峰值M1可得：則，MiMi+ntiti+n 測量過程中，除待測量信號(hào)外，各種不可見的、隨機(jī)的信號(hào)可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測量結(jié)果。 9 測量系統(tǒng)的抗干擾 測量系統(tǒng)信道干擾電磁干擾電源干擾1)電磁干擾:干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測 量系統(tǒng)。2)信道干擾：信號(hào)在傳輸過程中，通道中各元件

7、產(chǎn) 生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。2)電源干擾：這是由于供電電源波動(dòng)對測量電路引 起的干擾。 一般說來，良好的屏蔽及正確的接地可去除大部分的電磁波干擾。使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動(dòng)的影響。信道干擾是測量裝置內(nèi)部的干擾，可以在設(shè)計(jì)時(shí)選用低噪聲的元器件，印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)元件合理排放等方式來增強(qiáng)信道的抗干擾性。 1.6測試系統(tǒng)的選擇原則第一章：測試系統(tǒng)測試目的和要求技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約靈敏度準(zhǔn)確度穩(wěn)定性響應(yīng)特性線性范圍測量方式各特性參數(shù)之間的配合第二章：傳感器技術(shù)各種傳感器的分類；各種常用傳感器的基本原理；各種傳感器的性能指標(biāo)及其標(biāo)定方法。第二章：傳感器技術(shù)傳感器的命名及代號(hào)（

8、GB766687）由主題（傳感器）前面加四級(jí)修飾詞。主要性能指標(biāo)特征描述變換原理被測量必不可少例：100mm大量程應(yīng)變式位移傳感器第二章：傳感器技術(shù)1）按被測量：2.1傳感器分類a.結(jié)構(gòu)型速度、位移、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度2）按原理b.物性型電阻電感電容頻率壓電磁電熱電光電第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式變阻器式傳感器單位長度的電阻原理：第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器單位角度的電阻第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器讀數(shù)電路：第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器線性(或曲線的一致性); 分辨率; 3) 整個(gè)電阻值的偏差; 4) 移動(dòng)或旋

9、轉(zhuǎn)角度范圍; 5) 電阻溫度系數(shù);6) 壽命。性能參數(shù):第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器類型:第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)簡單；性能較穩(wěn)定；使用方便。分辨率低；噪聲大。檢測較大的線位移或角位移。特點(diǎn)：電阻器 制作 特點(diǎn) 繞線式 直徑0.012-0.1mm的鎳鉻合金的精密電阻絲繞在絕緣的薄膜銅絲或絕緣膠木板等卷芯上而制作 電阻溫度系數(shù)非常好，為5-20*10-6/0C;精度,穩(wěn)定性,重復(fù)性比薄模式好,分辨力低于薄模式. 金屬陶瓷式 電阻膠印在陶瓷基板上,并用高溫?zé)贫? 分辨力高,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)前, 電阻溫度系數(shù),為200*10-6/0C左右.

10、 導(dǎo)電-塑料式 將基板的樹脂與電阻墨制成一體,獲將電阻膠涂于薄膜基片上. 分辨力,壽命,高速現(xiàn)響應(yīng)特性好,電阻溫度系數(shù)為400*10-6/0C 混合式 導(dǎo)電性樹脂涂于限繞式電阻元件上 兼有繞線式和導(dǎo)電-塑料式的優(yōu)點(diǎn)，電阻溫度系數(shù)為：150*10-6/0C 應(yīng)用:第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器應(yīng)用:第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器金屬絲式半導(dǎo)體式絲式箔式第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器原理:第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.

11、2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器軸向/縱向應(yīng)變徑向/橫向應(yīng)變泊松比壓阻系數(shù)彈性模量第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器主要參數(shù)： 1）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用bL 表示。 2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。 4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電阻應(yīng)變片式傳感器優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高、使用簡便、靈敏度高、頻響范圍

12、寬、測量范圍大熱穩(wěn)定性差、靈敏度系數(shù)分散度大、大應(yīng)變時(shí)非線性誤差大用途：應(yīng)變、應(yīng)力、位移、加速度、速度、扭矩等的高精度測量特點(diǎn)：應(yīng)變片的工作特性：應(yīng)變片的電阻值：初始狀態(tài)，室溫測得的電阻值。機(jī)械滯后量：恒溫加載，各應(yīng)力水平下應(yīng)變片指示應(yīng)變的最大差值。零點(diǎn)漂移和蠕變：恒溫、試件不受力，應(yīng)變片指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化； 恒溫，試件受恒定機(jī)械應(yīng)變，應(yīng)變片指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化。應(yīng)變片的工作特性：第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式應(yīng)變片的工作特性：應(yīng)變極限：室溫，對試件逐漸加載，應(yīng)變片應(yīng)變與機(jī)械應(yīng)變相對誤差達(dá)到 規(guī)定值。絕緣電阻：敏感柵及引線與被測試件之間的電阻。最大工作電流：允許通過應(yīng)變片而不

13、影響其工作特性的最大電流。疲勞壽命：在恒定加載幅值交變應(yīng)力作用下，應(yīng)變片疲勞損壞的加載次數(shù)。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式惠根斯直流電橋ABCDR1R2R4R3V可有效測量10 10 數(shù)量級(jí)的微小電阻變化率36第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式惠根斯直流電橋ABCDR1R2R4R3UDB當(dāng)：，等臂電橋假設(shè)阻值有變化輸出電壓與應(yīng)變在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式惠根斯直流電橋ABCDR1R2R4R3UDB假設(shè)阻值分別有的變化第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式惠根斯直流電橋ABCDR1R2R4R3UDB討論：全等臂電橋輸入

14、對稱電橋電源對稱電橋令：有：第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式惠根斯直流電橋ABCDR1R2R4R3UDB電橋的加減特性：相鄰橋臂應(yīng)變極性如果一致，則輸出電壓為2者之差；如果極性不一致，則輸出電壓為2者之和第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電橋平衡電阻串聯(lián)平衡法ABCDR1R2R4R3UDB第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電橋平衡電阻并聯(lián)平衡法ABCDR1R2R4R3UDB第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）電阻式電橋平衡電阻無觸點(diǎn)平衡法ABCDR1R2R4R3UDB案例：橋梁固有頻率測量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對橋梁進(jìn)行激勵(lì)，

15、再通過應(yīng)變片測量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。應(yīng)用案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式相對介電常數(shù)真空介電常數(shù)極板面積極板間距+A第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式間歇變化很小，優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，對被測系統(tǒng)影響?。蝗秉c(diǎn)：測量范圍受限，測量精度受雜散電容影響，電路要求高；應(yīng)用：非接觸測量、小位移測量（0.01微米數(shù)百微米）。極距變化差動(dòng)式極距變化型傳感器靈敏度可提高一倍，而非線性可大大減小。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式面積變化第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式面積變化定

16、板動(dòng)板第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式面積變化Dd輸入輸出成線性關(guān)系，適用于測量較大的直線位移和角位移。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式測量電路e0eyC0Cx運(yùn)算放大器式電路第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）電容式測量電路電橋電路諧振電路4 應(yīng)用案例：電容傳聲器 案例:液面高度測量廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測量，而且逐步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用于壓力、差壓、液面、成分含量等。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）電感式被測量電感自感互感可變磁阻渦流式電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳

17、感器3）電感式可變磁阻電感式傳感器線圈鐵心銜鐵L空氣導(dǎo)磁率空氣隙導(dǎo)磁橫截面積第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）電感式改變空氣隙優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；缺點(diǎn)：測量范圍受限；應(yīng)用：小位移測量（1微米1毫米）。間歇變化很小，可變磁阻電感式傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）電感式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便可靠；缺點(diǎn)：測量范圍受限；應(yīng)用：小位移測量（1微米1500微米）， 非接觸測量。電渦流式傳感器線圈電感互感系數(shù)金屬板等效電感電流頻率金屬板等效電阻應(yīng)用：位移、力、振動(dòng)測量，NDT，測厚,材質(zhì)判別案例： 連續(xù)油管的橢圓度測量Coiled TubeEddy Sensor Reference Cir

18、cle原理：案例： 測厚案例： 零件計(jì)數(shù)第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）電感式優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（0.1微米）、線性范圍大（250mm）、穩(wěn)定性好；應(yīng)用：直線位移、大量程測量。差動(dòng)變壓器式電感傳感器雙螺管線圈差動(dòng)型傳感器及測量電路交流電橋應(yīng)用: 厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度; 壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩, 應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.案例：板的厚度測量 案例：張力測量第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）鋼弦式傳感器第二章：傳感器技術(shù)2.2結(jié)構(gòu)型傳感器3）鋼弦式傳感器原理 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢的一種轉(zhuǎn)換器。 感應(yīng)

19、線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢e為磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢。 第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器1）磁電式面積磁電式動(dòng)圈式磁阻式線速度型角速度型N第二章：傳感器技術(shù)分類：1）磁電式動(dòng)圈式傳感器 線速度型 第二章：傳感器技術(shù)測速電機(jī)第二章：傳感器技術(shù)動(dòng)圈式傳感器 第二章：傳感器技術(shù)動(dòng)圈式傳感器 磁阻式傳感器第二章：傳感器技術(shù)磁阻式傳感器磁電式車速傳感器第二章：傳感器技術(shù)磁阻式傳感器第二章：傳感器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小靈敏度高，頻率響 應(yīng)范圍較寬(一般為152000Hz) ；缺點(diǎn)：尺寸和重量較大 ，只能用于動(dòng)態(tài)測量；應(yīng)用：適用于振動(dòng)、

20、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量 。第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器1）磁電式2）壓電傳感器 原理:壓電效應(yīng) +并聯(lián)+串聯(lián) 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。F+q=DF第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器壓電系數(shù)2）壓電傳感器 第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器2）壓電傳感器 等效電路 第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器壓電元件等效為一個(gè)電荷源Q和一個(gè)電容器C0的等效電路也可等效為一個(gè)電壓源U和一個(gè)電容器C0串聯(lián)的等效電路 2）壓電傳感器 壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式 第二章：傳感器技術(shù)2.3

21、物性型傳感器 并聯(lián)連接：兩壓電元件的負(fù)極集中在中間極板上，正極在上下兩邊并連接在一起，此時(shí)電容量大，輸出電荷量大，適用于測量緩變信號(hào)和以電荷為輸出的場合。串聯(lián)連接：上極板為正極，下極板為負(fù)極，在中間是一元件的負(fù)極與另一元件的正極相連接，此時(shí)傳感器本身電容小，輸出電壓大，適用于要求以電壓為輸出的場合，并要求測量電路有高的輸入阻抗。2）壓電傳感器 放大電路第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器 壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。 高阻抗電壓放大器：輸出電壓與輸入電壓成線性關(guān)系； 電路簡單，成本低；連接電纜分布電

22、容會(huì)帶來較大誤差。電荷放大器：輸出電荷與輸入電荷成線性關(guān)系。 不受分布電容影響，可遠(yuǎn)距離監(jiān)測；電路復(fù)雜，成本高。產(chǎn)品壓力變送器 加速度計(jì)力傳感器 第二章：傳感器技術(shù)示例：飛機(jī)模態(tài)分析第二章：傳感器技術(shù)3）霍爾式傳感器 原理:霍爾效應(yīng) 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢 ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器霍爾效應(yīng)原理 霍爾電勢可用下式表示: 霍爾靈敏度霍爾系數(shù)3）霍爾式傳感器 原理:霍爾元件 基于霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件稱為霍爾元件，霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體材料?；魻栐奖?d越小)，kH就越大，薄膜霍爾元件厚度只有1m

23、左右 。第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器霍爾元件 目前最常用的霍爾元件材料有鍺(Ge)、硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)等半導(dǎo)體材料。 3）霍爾式傳感器 示例 1第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器霍爾式位移傳感器 從 a端通人電流I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢VH1，右半部產(chǎn)生露爾電勢VH2，其方向相反。因此，c、d兩端電勢為VH1VH2。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。 3）霍爾式傳感器 示例 2第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器霍爾乘法器 霍爾元件置于由坡莫合金(

24、Ni79Mo4)制成的鐵芯氣隙中，激磁線圈繞于中間芯柱上，當(dāng)輸入直流激磁電流Im時(shí)，形成恒定磁場。如果通入霍爾元件的控制電流為i，則霍爾電勢： 即正比于i與了Im的乘積，因此霍爾元件可作為乘法器。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電勢變化范圍可達(dá)1000:1）、壽命長等特點(diǎn)應(yīng)用：用于將位移、力、加速度等量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器；在計(jì)算技術(shù)中用于作加、減、乘、除、開方、乘方以及微積分等運(yùn)算的運(yùn)算器等。 3）霍爾式傳感器 第二章：傳感器技術(shù)2.3物性型傳感器4）光電式 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，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)。 a) 光敏電阻 光電導(dǎo)效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對,使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng),阻值愈低,這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象,稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管。 2.3物性型傳感器b)光電池 光生伏特效應(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)勢的效應(yīng)。以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+-PNc ) 應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。 案例：光電鼠標(biāo)就是利用LED與光