【學(xué)習(xí)課件】第四章發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器

1、第四章、傳感器測(cè)量原理本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類(lèi) 2.掌握常用傳感器測(cè)量原理及應(yīng)用3.了解傳感器后續(xù)處理電路4.1 概述1.傳感器的基本概念定義：傳感器是一種把特定的被測(cè)信息量按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為可用信號(hào)輸出的器件或裝置。被測(cè)量：位移、（角）速度、加速度、力（壓力）、高度、扭矩R例：熱敏電阻 ： 溫度變化 - 電阻變化傳感器：傳-傳遞信息；感-感受被測(cè)量；器-器件可用信號(hào)：便于處理和傳輸?shù)姆窃肼曅盘?hào) （電信號(hào)、光信號(hào)）1-彈簧管 2-電位器圖4-1 傳感器 組成框圖2、傳感器的構(gòu)成型式 舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器是傳感器的核心彈性敏感元件（彈簧管） 敏感元件在傳感器中直接感受被

2、測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。彈性敏感元件（彈簧管）在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移彈簧管放大圖 當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。 被測(cè)量通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)傳感元件轉(zhuǎn)換成電參量 在右圖中， 電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-電阻的變化（R） 3、分類(lèi)汽車(chē)上使用的傳感器的種類(lèi)很多，一般可按以下幾種方法分類(lèi)： 1）根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器壓力傳感器速度傳感器溫度傳感器扭矩傳感器等。 2）根據(jù)工作原理可分為：電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器電動(dòng)勢(shì)式傳感器等。3）根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為：模擬式傳

3、感器數(shù)字式傳感器4）根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可分為：有源傳感器、等。無(wú)源傳感器。、等。4.2 電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器,按工作的原理可分為:電位器式（電位計(jì)式）、電阻應(yīng)變式.一、電位器式傳感器等效電路分析:xL4.2 電阻式傳感器L-變阻器總長(zhǎng);x-電刷移動(dòng)量.R-總電阻; Rx電刷電阻;EE1Lx=RRx=EE1E1=E/L * x4.2 電阻式傳感器0 LEE1xE1=E/L * x如何獲得電壓呢？4.2 電阻式傳感器EE1VRmRxR-Rxm:電壓表的內(nèi)阻（輸入電阻）E1=(Rx / Rm) (R-Rx + (Rx / Rm) *E考慮負(fù)載效應(yīng)情況下：4.2

4、電阻式傳感器1EE1=xLRmR+Lx()-0LE怎么減小負(fù)載效應(yīng)的影響呢？希望Rm越大越好?。妷罕淼妮斎胱杩梗?yīng)用：1、線位移、角位移的測(cè)量。比如：加速踏板位置傳感器、夜面高度比如：油量表。 特點(diǎn)一般實(shí)現(xiàn)較大物理量的測(cè)量，價(jià)格便宜但精度不高。二、電阻應(yīng)變片式傳感器1、電阻應(yīng)變片的變換原理結(jié)構(gòu)：變換原理: 金屬電阻絲在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻率、長(zhǎng)度l和截面積A都將發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起電阻值發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。1- 引出線 2,4 基底 3-電阻絲上述任何一個(gè)參數(shù)變換均會(huì)引起電阻變化,求導(dǎo)數(shù)代入4.2 電阻式傳感器有：當(dāng)敏感元件為金屬絲時(shí)：金屬絲體積不變：4.2

5、電阻式傳感器對(duì)金屬材料，導(dǎo)電率不變：電阻絲縱向應(yīng)變，dl/l 當(dāng)敏感元件為半導(dǎo)體時(shí)：4.2 電阻式傳感器簡(jiǎn)化為：為與材料有關(guān)的壓阻系數(shù)；E為電阻材料的彈性模量。 半導(dǎo)體應(yīng)變片一般比金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏度大幾十倍，表示由于材料電阻率的變化而引起電阻的相對(duì)變化量。 應(yīng)變片的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)（1）金屬絲電阻應(yīng)變片 金屬絲電阻應(yīng)變片是將直徑0.0120.05mm的電阻絲繞制或焊接成柵形，粘結(jié)在絕緣基底上并覆蓋保護(hù)層而制成的。金屬絲電阻應(yīng)變片制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。 （2）金屬箔式電阻應(yīng)變片如圖 c) ，利用現(xiàn)代照相制版，光刻腐蝕技術(shù)在絕緣基底上將厚0.0010.01mm的金屬箔片制成各種需要的形狀，就得到各種

6、金屬箔式電阻應(yīng)變片。與金屬電阻絲應(yīng)變片相比較，箔式應(yīng)變片線條均勻，電阻值偏差小，能通過(guò)較大的電流，并且便于大量生產(chǎn)。 如圖 e ) ，直接用單晶硅、單晶鍺等半導(dǎo)體材料切割、光刻成的單條狀敏感柵。也可以在半導(dǎo)體材料上擴(kuò)散雜質(zhì)而獲得擴(kuò)散型敏感柵。其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，機(jī)械滯后和橫向效應(yīng)小。其缺點(diǎn)是靈敏度易受外載荷的影響，因而離散度大溫度穩(wěn)定性也較差。 3）半導(dǎo)體應(yīng)變片4.2 電阻式傳感器、應(yīng)變片測(cè)量電路VER1R2RR3電橋金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。4.2 電阻式傳感器4、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)

7、量轉(zhuǎn)換電路等組成。應(yīng)變式力傳感器 FFFF荷重傳感器原理演示 荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。 電子秤 磅秤超市打印秤遠(yuǎn)距離顯示電子天平電子天平的精度可達(dá)十萬(wàn)分之一人體秤 吊鉤秤 便攜式案例：電子稱(chēng)原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。4.2 電阻式傳感器懸臂梁式、柱式方式測(cè)量力的特點(diǎn)：懸臂梁式測(cè)量靈敏度高、但只適合較小力的測(cè)量。柱式測(cè)量靈敏度較低，但可測(cè)量很大的力。比如：地秤。彎矩由于彎矩測(cè)得彎矩后，也就知道力的大小。應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手 可用于汽車(chē)、摩托車(chē)、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500

8、N.m，耗電量10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。4.2 電阻式傳感器測(cè)扭矩比如：制動(dòng)扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向力矩傳感器。最大剪應(yīng)力測(cè)量液體或氣體壓力測(cè)量加速度慣性力ma應(yīng)用在：空氣氣囊、安全帶中采用應(yīng)變式加速度傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器在汽車(chē)測(cè)試上的應(yīng)用： 1、測(cè)量汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)扭矩傳感器。2、汽車(chē)軸、梁所受的載荷大?。y(cè)力）。 例如在汽車(chē)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)量汽車(chē)轉(zhuǎn)向所受的轉(zhuǎn)向阻力大小。 3、主油缸壓力傳感器。 4、進(jìn)氣壓力傳感器。5、汽車(chē)轉(zhuǎn)向扭矩傳感器。6、加速度傳感器（用在空氣氣囊、安全帶中 ）第三章、傳感器測(cè)量原理4.3 電容式傳感器 1、變換原理:將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量

9、變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+A:相對(duì)面積: 介電常數(shù)、A或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。4.3 電容式傳感器 a)極距變化型+變極距式電容傳感器的特性曲線 從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使當(dāng)d0小些還是大些？當(dāng)變極距式電容傳感器的初始極距d0較小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變?。?a） 結(jié)構(gòu)示意圖 b）電容量與極板距離的關(guān)系1定極板 2動(dòng)極板 b)面積變化型角位移型+4.3 電容式傳感器 平面線位移型4.3 電容式傳感器 柱面線位移型.4.3 電容式傳感器 c) 介質(zhì)變化型4.3 電容式傳感器 2、測(cè)量電路a)電橋電路 （調(diào)幅）4.3 電容式傳感器 b) 諧振電路 （調(diào)頻）4

10、.3 電容式傳感器 c) 運(yùn)算放大器電路 4.3 電容式傳感器 可見(jiàn)這時(shí)電壓輸出與間隙成線性關(guān)系。 3、應(yīng)用： 測(cè)量力、位移、夜面高度、振動(dòng)、加速度等等。在汽車(chē)上的應(yīng)用：1、靜電電容式燃油性質(zhì)傳感器 汽油成分變化時(shí)，介電常數(shù)變化很小， 而甲醇成分變化時(shí)，介電常數(shù)變化很大。2、測(cè)量汽車(chē)油箱的油面高度。3、碰撞加速度傳感器第三章、傳感器測(cè)量原理4.4 電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類(lèi):電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型變隙式 變截面式 螺線管式 1 自感型-可變磁阻式1-線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測(cè)桿 5-底座 6、7- 工件 基本工

11、作原理則自感系數(shù)L與氣隙成反比，與氣隙導(dǎo)磁面積A0成正比。若固定A0，改變 ，這就是常用的變氣隙電感式傳感器。為減少非線性，這種傳感器一般只適用于0.0011mm范圍的小位移測(cè)試。常采用差動(dòng)式連接，其輸出靈敏度可提高一倍，且可改善其非線性特性。一般只適合用于低頻測(cè)量。差動(dòng)電感傳感器的特點(diǎn) 曲線1、2為L(zhǎng)1、L2 的特性，3為差動(dòng)特性（曲線1-曲線2） 在變隙式差動(dòng)電感傳感器中，當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)形式。 1-差動(dòng)線圈 2-鐵心 3-銜鐵 4-測(cè)桿 5-工件 差動(dòng)變隙式 差動(dòng)螺線管式 差動(dòng)式電感傳感器的特點(diǎn) 從曲線圖可以看出，差動(dòng)式電感

12、傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。 從結(jié)構(gòu)圖可以看出，差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。 2 電渦流式原理:渦流效應(yīng)。4.4 電感式傳感器 當(dāng)線圈中流過(guò)高頻交變電流i，并且讓 線圈靠近金屬導(dǎo)體時(shí)，線圈中產(chǎn)生交變磁通，此交變磁通使鄰近的金屬板表面產(chǎn)生感應(yīng)電流i1。這種感應(yīng)電流在金屬體內(nèi)是閉合的，故稱(chēng)“渦電流”。渦電流也將產(chǎn)生交變磁通1，并與線圈磁通相互作用，從而使線圈的等效阻抗Z發(fā)生變化 。4.4 電感式傳感器4.4 電感式傳感器 干凈、高效的 電磁爐電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈

13、電磁爐的工作原理 高頻電流通過(guò)勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開(kāi)鍋 內(nèi) 的 食 物。大直徑電渦流探雷器 當(dāng)有金屬物體穿越安檢門(mén)時(shí)報(bào)警油管探傷測(cè)量電路 調(diào)幅電路石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz1MHz）用于激勵(lì)電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場(chǎng)中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對(duì)電渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。2）調(diào)頻（FM）式電路(100kHz1MHz） 當(dāng)電渦流線圈與被測(cè)體的距離x 改變時(shí)，電渦流線圈的電感量L 也隨之改變，引起LC 振蕩器的輸出頻率變化，此

14、頻率可直接用計(jì)算機(jī)測(cè)量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時(shí)，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo 。 3 互感型-差動(dòng)變壓器工作原理:互感現(xiàn)象.EwEout4.4 電感式傳感器差動(dòng)變壓器測(cè)量電路4.4 電感式傳感器4.5 磁電式傳感器 1.變換原理: 基于電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e:B-磁場(chǎng)強(qiáng)度, Rm-磁阻、v-線圈運(yùn)動(dòng)速度,N-線圈的匝數(shù)。2 分類(lèi) 磁電式動(dòng)圈式磁阻式線速度型角速度型動(dòng)圈式傳感器 線速度型線速度型測(cè)速電機(jī)動(dòng)圈式傳感器 角速度型磁阻式傳感器可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速如何測(cè)量轉(zhuǎn)速：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出波形： 3、應(yīng)用 可測(cè)量線速度、角速

15、度（轉(zhuǎn)速）、扭矩等。磁電式扭矩傳感器：4.6 壓電式傳感器 1.變換原理:壓電效應(yīng) + 某些物質(zhì)，如石英晶體、壓電陶瓷或高分子壓電材料，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(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。+串聯(lián)(輸出為電壓）+并聯(lián)(輸出為電荷）F+q=DF4.6壓電式傳感器 2、測(cè)量處理電路 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(guò)阻抗變換后，方可接后續(xù)裝置。 前置放大器有：電壓放大器 高輸入阻抗的比例放大器，其電路比較簡(jiǎn)單，輸出與輸入成正比，但還受到連接電纜對(duì)地電容的影響，現(xiàn)已很少使用

16、。適用于串聯(lián)式壓電傳感器。 電荷放大器 目前常采用，可以不考慮電纜電容的影響。適用于并聯(lián)式壓電傳感器。 3、應(yīng)用壓力變送器 力傳感器 4.6壓電式傳感器 可用來(lái)測(cè)量力、加速度等。 加速度計(jì)壓電式腳踏報(bào)警器 壓電式跳舞毯玻璃打碎報(bào)警裝置 將高分子壓電測(cè)振薄膜粘貼在玻璃上，可以感受到玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。 粘貼位置 將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車(chē)型分類(lèi)信息（包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車(chē)速監(jiān)測(cè)、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車(chē)區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場(chǎng)滑行道等。交通監(jiān)測(cè)高分子壓電電纜的應(yīng)用演示 將兩根高分子壓電電纜相距若干米，平行埋設(shè)于

17、柏油公路的路面下約5cm，可以用來(lái)測(cè)量車(chē)速及汽車(chē)的載重量，并根據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的檔案數(shù)據(jù)，判定汽車(chē)的車(chē)型。 4.7 霍爾傳感器 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)。 1、變換原理:霍爾效應(yīng) 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出波形2、應(yīng)用 測(cè)量位移、力、加速度、轉(zhuǎn)速等等。 當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過(guò)霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，輸出為低電平?；魻柺綗o(wú)觸點(diǎn)汽車(chē)電子點(diǎn)火裝置 無(wú)磨損、點(diǎn)火時(shí)間準(zhǔn)確、高速時(shí)動(dòng)力足。桑塔納汽車(chē)霍爾

18、式分電器示意圖 1-觸發(fā)器葉片 2-槽口 3-分電器轉(zhuǎn)軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC） a）帶缺口的觸發(fā)器葉片 b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系 c）葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系 UGN350lT 是一種開(kāi)關(guān)型霍爾元件集成電路芯片，可檢測(cè)黑色金屬的有無(wú) 。 4.8 溫度傳感器 1.雙金屬溫度計(jì) 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。它是一種固體膨脹溫度計(jì)，可將溫度變化轉(zhuǎn)換成機(jī)械量變化。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固可靠防爆 2. 熱電溫度計(jì)(熱電偶) 熱電效應(yīng) 將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，形成電流

19、，此現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。T0T1U （T1-T0)3 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器 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，一般它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。 RT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4、金屬熱電阻 溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱(chēng)其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。 易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻 汽車(chē)用水溫傳感器及水溫表 銅熱電阻4. 傳感器原理 4.9 光電傳感

20、器 P53 光電傳感器是指能將光能轉(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)。 1 類(lèi)型 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光敏電阻 當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)， 阻值減小。光敏電阻演示 當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，光生電子空穴對(duì)增加，阻值減小，電流增大。暗電流（越小越好）光敏二極管 將光敏二極管的PN 結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結(jié)時(shí)，電子-空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。 光敏三極管 光敏三極管有兩個(gè)PN結(jié)。與普通三極管相似，有電流增益

21、，靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒(méi)有引出線，只有正負(fù)（c、e）兩個(gè)引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。 光敏三極管外形 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(shì)的效應(yīng)。以可見(jiàn)光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+-PN2 應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式。 測(cè)亮度.P54 圖4-45 煙塵濁度檢測(cè)儀.測(cè)轉(zhuǎn)速、位置檢測(cè)等，光電開(kāi)關(guān)。圖4-47 （a)遮斷式光電開(kāi)關(guān)原理ObjectReceiver 遮斷式光電開(kāi)關(guān)由相互分離且相對(duì)安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當(dāng)被檢測(cè)物體位于發(fā)射

22、器和接受器之間時(shí)，光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。被檢測(cè)物體光發(fā)射器光接收器寬度 測(cè)量長(zhǎng)度 測(cè)量高度 測(cè)量圖4-47 （b)案例：光電鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來(lái) 測(cè)量位移。 齒盤(pán)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，光電斷續(xù)器就輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)脈沖頻率的測(cè)量或脈沖計(jì)數(shù)，即可獲得齒盤(pán)轉(zhuǎn)速和角位移。光電斷續(xù)器n 當(dāng)工件經(jīng)過(guò)光電斷續(xù)器時(shí)，接收器即產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。4.10 超聲波傳感器第三章、傳感器測(cè)量原理一、超聲波及其特點(diǎn)頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)波稱(chēng)為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。 在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，

23、能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就愈好。 4.11 超聲波傳感器二、超聲波探頭 又稱(chēng)超聲波換能器。超聲波換能器的工作原理有壓電式、電磁式等數(shù)種。 壓電式超聲波探頭工作原理 將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。接觸式直探頭原理超聲脈沖電壓輸入端 接地端空氣超聲探頭 a） 超聲發(fā)射器 b）超聲接收器 1外殼 2金屬絲網(wǎng)罩 3錐形共振盤(pán) 4壓電晶片 5引腳 6阻抗匹配器 7超聲波束 空氣超聲探頭（續(xù)） 三、超聲波傳感器的應(yīng)用 當(dāng)超

24、聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類(lèi)型稱(chēng)為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等。 超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。 超聲波傳感器應(yīng)用舉例 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)疊放高度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制機(jī)械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）紙卷直徑檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）平整度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超長(zhǎng)距離檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）流水線計(jì)數(shù)超聲波傳

25、感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波多普勒測(cè)量車(chē)速多普勒效應(yīng) 前進(jìn)方向的頻率升高 如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出f 就可得到運(yùn)動(dòng)速度。超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小超聲波測(cè)距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。 超聲波測(cè)厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只壓電晶片所接收。只

26、要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以2，就得到厚度 ： 超聲波測(cè)厚石料測(cè)厚超聲波手持式測(cè)厚混凝土測(cè)厚木材測(cè)厚小提琴 木料測(cè)厚雙晶超聲波測(cè)厚探頭（續(xù)）超聲波測(cè)量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。 超聲波液位計(jì)原理 1液面 2直管 3空氣超聲探頭 4反射小板 5電子開(kāi)關(guān) 超聲防盜報(bào)警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將

27、由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移f。 便攜式超聲波探魚(yú)器超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用 胎兒的 B超影像超聲波清洗原理及清洗器超聲換能器氣泡波浪清洗物4.11 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。 a)靈敏度過(guò)高引起的干擾問(wèn)題； b)量程范圍。 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。 3 線性范圍 任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。 第三章、傳感器測(cè)量原理4 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。5 精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。 第三章、傳感器測(cè)量原理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，