傳感器基礎(chǔ)技術(shù)

1、電子設(shè)計(jì)專題講座傳感器技術(shù)與應(yīng)用一、傳感器的概念 1、定義： 人類為了從外界獲取信息, 必須借助于感覺器官。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 一系列代替、 補(bǔ)充、 延伸人的感覺器官功能的各種手段就應(yīng)運(yùn)而生, 從而出現(xiàn)了各種用途的傳感器。 傳感器是與人的感覺器官相對(duì)應(yīng)的元件。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義 “傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。敏感元件： 是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量 （輸入量）的部分; 轉(zhuǎn)換元件： 是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺艿幕蝽憫?yīng)的被探測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測(cè)量的電信號(hào)的部分。傳感器組成

2、方塊圖， 說明了傳感器的基本組成和工作原理。二、傳感器的分類 傳感器種類繁多, 功能各異,有不同的分類。按照被測(cè)量大類分, 可分為力學(xué)量傳感器、熱量傳感器、 磁傳感器、光傳感器、放射線傳感器、氣體成分傳感器、 液體成分傳感器、離子傳感器和真空傳感器等等傳感器作用可細(xì)分如下:(1)壓力; (2）力/荷重; (3）位移（厚度）; (4）力矩; (5）角度; (6）角速度（轉(zhuǎn)速）; (7）速度; (8）加速度; (9）角加速度; (10）傾斜角; (11）編碼器; (12）振動(dòng); (13）氣體/煙霧; (14）溫度; (15）熱能; (16）濕度; (17）水份; (18）露點(diǎn); (19）液位; (

3、20）料位; (21）流量; (22）流速 (23）風(fēng)速; (24)電流; (25）電壓; (26）電功率; (27）電頻率; 相位、Q值等(28）接近開關(guān); (29）磁性開關(guān); (30）光電開關(guān); (31）pH值; (32）電阻率; (33）電導(dǎo)率; (34）水溶氧; (35）生物; (36）紅外線; (37）紫外線; (38）光纖; (39)離子; (40）激光; (41）超聲波; (42）聲音/噪聲; (43）觸覺; (44）圖像/顏色; (45）密度/粘度; (46）混濁度。三、信號(hào)形式及處理開關(guān)量電平。電阻。模擬電壓電流（交直流）電荷（一般要交變采集）電容及電感（交流電橋或振蕩器）時(shí)

4、間差。直接與間接測(cè)量。 在了解傳感器原理的基礎(chǔ)上：明確要求，選用傳感器設(shè)計(jì)合適的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，確定單片機(jī)信號(hào)處理方法。四、傳感器的性能和評(píng)價(jià)傳感器的靜態(tài)特性 (1)靈敏度 靈敏度是描述傳感器的輸出量（一般為電學(xué)量）對(duì)輸入量（一般為非電學(xué)量）敏感程度的特性參數(shù)。 其定義為: 傳感器輸出量的變化值與相應(yīng)的被測(cè)量（輸入量）的變化值之比, (2) 線性度 理想的傳感器輸出與輸入呈線性關(guān)系。 然而, 實(shí)際的傳感器即使在量程范圍內(nèi), 輸出與輸入的線性關(guān)系嚴(yán)格來說也是不成立的, 總存在一定的非線性。線性度是評(píng)價(jià)非線性程度的。 （3）遲滯差 輸入逐漸增加到某一值, 與輸入逐漸減小到同一輸入值時(shí)的輸出值不相等,

5、 叫遲滯現(xiàn)象。（4）穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持其性能參數(shù)的能力。 理想的情況是, 不管什么時(shí)候傳感器的靈敏度等特性參數(shù)不隨時(shí)間變化。但實(shí)際上, 隨著時(shí)間的推移, 大多數(shù)傳感器的特性會(huì)改變。這是因?yàn)閭鞲性驑?gòu)成傳感器的部件的特性隨時(shí)間發(fā)生變化, 產(chǎn)生一種經(jīng)時(shí)變化的現(xiàn)象。五、常用傳感器 傳感器品種繁多，使用有些方便，有些應(yīng)用非常復(fù)雜。針對(duì)電子競(jìng)賽而言，可能用到的傳感器應(yīng)該是必須滿足一個(gè)基本原則：相對(duì)容易購(gòu)買，在系統(tǒng)應(yīng)用中容易實(shí)現(xiàn)。主要原因是電子競(jìng)賽從主要器件清單公布到競(jìng)賽開始只有一周時(shí)間，不易購(gòu)買傳感器一般不會(huì)出現(xiàn)，另一角度來說，實(shí)際運(yùn)行環(huán)境不易組成的傳感器應(yīng)用也不易出現(xiàn)，如

6、流體壓力類傳感器或高溫傳感器，核輻射類傳感器也不易出現(xiàn)?，F(xiàn)電子競(jìng)賽中已出現(xiàn)的常用傳感器測(cè)中低溫（150）的溫度傳感器超聲傳感器（測(cè)距等）紅外傳感器（光電對(duì)管）霍爾(電渦流)接近開關(guān)（用于金屬探測(cè)）點(diǎn)滴流量測(cè)量。重量測(cè)量。轉(zhuǎn)速，速度，位移（長(zhǎng)度）測(cè)量。（電動(dòng)小車）。電流、電壓測(cè)量（互感器）。1、電流、電壓測(cè)量(1)直接提取。應(yīng)采用取樣電阻，并盡量用精密電阻，可采用錳銅絲（溫度系數(shù)好）做，電流取樣電阻適當(dāng)小好。電壓輸入阻抗高好。(2)隔離提取。交流測(cè)量可采用電流電壓互感器（簡(jiǎn)單理解可認(rèn)為和變壓器相似）。(3)應(yīng)用（帶感性容性負(fù)載）。功率因數(shù)計(jì)算-電流電壓相位差。（有功無功功率計(jì)算）。 互感器原理簡(jiǎn)

7、單地說電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)的作用就是把高電壓大電流隔離轉(zhuǎn)換為低電壓小電流,能夠用表計(jì)安全方便地來測(cè)量與監(jiān)控。電流互感器的作用是測(cè)量交流電路的電流。 原理：將被測(cè)電纜或銅排穿過互感器的中心，導(dǎo)體中將產(chǎn) 生交變磁場(chǎng)，于是在互感器的線圈中感應(yīng)出電流，可以測(cè)出電路中電流 。電壓互感器的作用是測(cè)量交流電路中的電壓 原理：與變壓器相同 2、電阻、電感、電容三參數(shù)處理如圖所示，是電阻應(yīng)變片（測(cè)力及位移）的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。（重量測(cè)量、電子秤）。 電位器式角度傳感器測(cè)量角度電阻應(yīng)變片力傳感器電位器式角度傳

8、感器的應(yīng)用直流電橋（或直接分壓）變磁阻式傳感器（測(cè)小位移） 變介質(zhì)型電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度， 也可測(cè)量非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度 電容式液位變換器結(jié)構(gòu)原理圖電容及電感交流電橋電容及電感（鑒頻器頻率轉(zhuǎn)換為電壓振幅，也可直接測(cè)頻率）3、溫度測(cè)量數(shù)字溫度傳感器DS1820熱敏電阻半導(dǎo)體二極管熱電阻熱電偶紅外等非接觸測(cè)溫（1）半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻的溫度特性正系數(shù)型PTC負(fù)系數(shù)型NTC和臨界系數(shù)型CTR型(開關(guān))（2）半導(dǎo)體熱敏電阻電路（3）晶體二極管PN二極管測(cè)溫電路 （4）熱電阻傳感器熱電阻傳感器是利用金屬導(dǎo)體電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來

9、測(cè)量-200850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，PT100 0度100歐 100度138.5歐CU50 0度50歐（5）熱電偶傳感器 兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接在一起，接點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng), 該電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。熱端（測(cè)量端），測(cè)溫時(shí)將它置于被測(cè)介質(zhì)中; 冷端通過導(dǎo)線與顯示儀表相連。測(cè)高溫，如熱電偶K 0MV 0度 30MV 一千多度圖例（6）智能式測(cè)溫傳感器 傳感器與微處理機(jī)可分為兩個(gè)獨(dú)立部分，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)

10、處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理機(jī)部分進(jìn)行運(yùn)算處理。這就是我們指的一般意義上的智能傳感器, 又稱傳感器的智能化(大部分）傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、 微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器，簡(jiǎn)稱集成智能傳感器。單線接口溫度測(cè)量 ds1820 DS1820在使用中不需要任何外圍元件。測(cè)溫范圍55125，固有測(cè)溫分辨率0.5(0.1 ).,DS1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 DS1820引腳及功能美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS182,可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有唯一的硅串

11、行數(shù)所以在一條總線上可掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單線接口）。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無需任何外圍硬件。DS1820與89C51單片機(jī)接口一條線 ，網(wǎng)上現(xiàn)成應(yīng)用程序。（7）雙金屬固體膨脹式雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測(cè)溫的。它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片.二種輸出,接點(diǎn)和電阻. 固體膨脹式是以雙金屬元件作為溫度敏感元件受熱而產(chǎn)生膨脹變形來測(cè)溫的。它由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬緊固結(jié)合而成雙金屬片，上下限報(bào)警和控制。 （8） AD590集成溫度傳感器 25（298.2

12、K）輸出電流為298.2A（9）遠(yuǎn)紅 外 傳 感 器測(cè)溫 紅外輻射俗稱紅外線，它是一種不可見光.紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng).遠(yuǎn)紅 外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、 探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示單元等組成。 紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心光電二極管工作于近紅外。紅外傳感器的應(yīng)用 紅外測(cè)溫儀目前常見的紅外測(cè)溫儀方框圖。它是一個(gè)包括光、 機(jī)、電一體化的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，圖中的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)固定焦距的透射系統(tǒng)，濾光片一般采用只允許814 m的紅外輻射能通過的材料。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)， 將被測(cè)的紅外輻射調(diào)

13、制成交變的紅外輻射線。紅外探測(cè)器一般為（鉭酸鋰）熱釋電探測(cè)器，透鏡的焦點(diǎn)落在其光敏面上。 被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過透鏡聚焦在紅外探測(cè)器上，紅外探測(cè)器將紅外輻射變換為電信號(hào)輸出。 （感應(yīng)電荷，交流更新）紅外測(cè)溫儀方框圖熱釋電型紅外探測(cè)器在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外

14、感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。4、開關(guān)類及光敏傳感器霍爾式傳感器電渦流式傳感器光電式傳感器普通接觸開關(guān)（1） 霍爾式傳感器置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)?；魻栐慕Y(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度霍爾效應(yīng)原理圖E=K*I*B霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度霍爾元件基本結(jié)構(gòu)（a） 外形結(jié)構(gòu)示意圖；b） 圖形

15、符號(hào) 霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成連續(xù)測(cè)量。其輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度B成比例，這類電路有很高的靈敏度和優(yōu)良的線性度，適用于各種磁場(chǎng)檢測(cè)。 霍爾集成元件霍爾集成元件是將霍爾元件和放大器等集成在一塊芯片上。 它由霍爾元件、 放大器、電壓調(diào)整電路、電流放大輸出電路、 失調(diào)調(diào)整及線性度調(diào)整電路等幾部分組成，有三端T形單端輸出和八腳雙列直插型雙端輸出兩種結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是輸出電壓在一定范圍內(nèi)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系?；魻栭_關(guān)霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接

16、近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。具有無觸電、低功耗、長(zhǎng)使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。霍爾開關(guān)可應(yīng)用于接近開關(guān)，里程表等。內(nèi)部原理圖、輸入/輸出的轉(zhuǎn)移特性霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾式微位移傳感器 霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率及電能參數(shù)的測(cè)量， 也在位移測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。圖給出了一些霍爾式位移傳感器的工作原理圖。圖是磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵，同極性相對(duì)地放置， 霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0， 因此霍爾元件輸

17、出的霍爾電勢(shì)UH也等于零，此時(shí)位移x=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變，這時(shí)UH不為零，其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量。這種結(jié)構(gòu)的傳感器， 其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)5 mm霍爾式位移傳感器的工作原理圖(a) 磁場(chǎng)強(qiáng)度相同傳感器； (b) 簡(jiǎn)單的位移傳感器； (c) 結(jié)構(gòu)相同的位移傳感器霍爾開關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾計(jì)數(shù)裝置 霍爾開關(guān)傳感器SL3501具有較高靈敏度的集成霍爾元件，能感受到很小的磁場(chǎng)變化， 因而可對(duì)金屬零件進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)。 下圖是對(duì)鋼球進(jìn)行計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路圖。當(dāng)鋼球通過霍爾開關(guān)傳感器時(shí)，傳感器可輸出峰值 20 mV的負(fù)脈沖電壓，該

18、電壓經(jīng)運(yùn)算放大器(A741) 放大后， 驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體三極管V(2N5812)工作， V輸出端便可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由顯示器顯示檢測(cè)數(shù)值。 霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作及電路圖（2）電渦流式傳感器（工作原理） 電渦流傳感器應(yīng)用-接近開關(guān) 位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測(cè)物體的目的。位移傳感器具有無滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量（

19、或開關(guān)量）的測(cè)量。 （3）光電式傳感器 在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池。 半導(dǎo)體光敏電阻光敏電阻（用半導(dǎo)體材料光電器件）。光敏電阻沒有極性， 純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小。 實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)， 亮電阻值在幾千歐以下光敏電阻就是基于這種效應(yīng)的光電器件。對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)，光

20、敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測(cè)量（照度計(jì)）的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)， 常用做火焰探測(cè)器的探頭。常用可見光 光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案。光敏電阻接線圖火焰探測(cè)報(bào)警器（火焰閃動(dòng)）近紅外光敏二極管和光敏晶體管光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，在沒有近紅外光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流，當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用

21、下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。近紅外光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。可看成一個(gè)光敏電阻。 光敏晶體管光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有兩個(gè)PN結(jié)光敏晶體管的光電靈敏度雖然比光敏二極管高得多，但在需要高增益或大電流輸出的場(chǎng)合，需采用達(dá)林頓光敏管。它是一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)晶體管以共集電極連接方式構(gòu)成的集成器件。由于增加了一級(jí)電流放大，所以輸出電流能力大大加強(qiáng)，可直接驅(qū)動(dòng)靈敏繼電器。適合于開關(guān)狀態(tài)或位式信號(hào)的光電變換NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和基本電路達(dá)林頓光敏管的等效電路光電開關(guān)的基本電路光敏二極管和光敏晶體管應(yīng)用光敏二極管和光敏晶體管一般和

22、紅外發(fā)光二極管組成多種光電傳感器光電開關(guān)，測(cè)阻擋物傳感器光電液位測(cè)量傳感器光電感煙傳感器(4) 超聲波傳感器利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置可稱為超聲波換能器、探測(cè)器或傳感器。 20000 以上的機(jī)械波，稱為超聲波 根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能，傳感器又可分為單換能器和雙換能器。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器擔(dān)任。 密封式壓電陶瓷振動(dòng)空氣超聲換能器超聲波的反射和折射超聲波物位傳感器超聲波物位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的。如果從發(fā)射超聲脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為

23、已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量。時(shí)間為 T=2H/C，C氣體中波聲速為344 m/s，液體中波聲速在9001900m/s。 壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。 它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭； 而正壓電效應(yīng)是將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。 幾種超聲物位傳感器示意圖超聲波流量（）傳感器傳播時(shí)間法T1T2=L/（C-V）L/（C+V)。超聲波測(cè)距儀 超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速 .(5) 氣敏傳感器 氣敏傳感器是用來檢測(cè)氣體類別、濃度和成分的傳感器。 由于氣體種類繁多, 性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器檢測(cè)所有類別的氣體，因此