18-其他傳感器知識講解

第一章傳感器及其應用

—其他傳感器—

超聲波傳感器振動傳感器磁傳感器氣敏傳感器濕敏傳感器聲敏傳感器色敏傳感器觸覺觸感器接近傳感器……

1超聲波特性

人們能聽到的聲音是由物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ～20kHZ范圍內(nèi)。頻率超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ稱為次聲波。檢測中常用的超聲波頻率范圍為幾十kHZ到幾十MHZ。超聲波與一般聲波比較，它的振動頻率高，而且波長短，因而具有束射特性，方向性強，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。例如，在鋼材中甚至可穿透10米以上。一超聲波傳感器及其應用

超聲波傳感器是一種利用沖擊脈沖驅(qū)動壓電元件產(chǎn)生超聲波輸出的功能器件，可用于檢測金屬材料內(nèi)部的氣泡和裂紋，被廣泛用于金屬的探傷和液體的測量。超聲傳感器包括超聲發(fā)射器、超聲接受器、定時電路和控制電路四個主要部分。2超聲波傳感器的應用超聲傳感器測距的工作原理：首先由超聲發(fā)射器向被測物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。發(fā)射器發(fā)出一連串超聲波后即自行關(guān)閉，停止發(fā)射。同時超聲接受器開始檢測回聲信號，定時電路也開始計時。當超聲波遇到物體后，就被反射回來。等到超聲接受器收到回聲信號后，定時電路停止計時。此時定時電路所記錄的時間，是從發(fā)射超聲波開始到收到回聲波信號的傳播時間。利用傳播時間值，可以換算出被測物體到超聲傳感器之間的距離。（1）超聲波傳感器在液位測量中的應用（2）超聲波探傷－縱波探傷－橫波探傷－表面波探傷（3）超聲波流量測量F1F2T2T1TBTFB探頭液面液面超聲波探頭負脈沖T1導通0.01u放電T2截止1000p高壓充電輸出負高壓波超聲波PVDF（聚偏氟乙烯）

壓電薄膜心音脈搏電荷量二振動傳感器－PVDF心音脈搏傳感器利用高性能、低成本的振動傳感器構(gòu)成的功能器件，用于頸動脈波、心尖波動、體表動脈搏動波檢測。三磁傳感器一種對磁感應強度、磁場強度和磁通量敏感，并把磁學量轉(zhuǎn)換成電信息的傳感器。有霍爾器件、磁敏傳感器等。1霍爾傳感器

金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。產(chǎn)生的電動勢稱霍爾電勢,半導體薄片稱霍爾元件。

霍爾效應原理霍爾常數(shù)

霍爾電勢

霍爾常數(shù)大小取決于導體的載流子密度，金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也小，金屬材料不宜制作霍爾元件。霍爾電勢與導體厚度d成反比，為了提高霍爾電勢值，霍爾元件制成薄片形狀。霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路霍爾元件霍爾元件是—種四端型器件圖（a）中，從矩形薄片半導體基片上的兩個相互垂直方向側(cè)面上，引出一對電極，其中1-1電極用于加控制電流，稱控制電極。另一對2-2電極用于引出霍爾電勢，稱霍爾電勢輸出極。圖（b）是霍爾元件通用的圖形符號。圖（c）所示，霍爾電極在基片上的位置及它的寬度對霍爾電勢數(shù)值影響很大。通?；魻栯姌O位于基片長度的中間，其寬度遠小于基片的長度。圖（d）是基本測量電路。

霍爾式傳感器的應用測量原理

霍爾電勢與磁感應強度成正比，若磁感應強度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。

應用（1）測量恒定的或交變的磁感應強度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；（2）位移測量、力、壓力、應變、機械振動、加速度

優(yōu)點

結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動態(tài)特性好和壽命長霍爾式壓力傳感器

彈簧管磁鐵霍爾片加速度傳感器

磁敏電阻

當外加磁場增加時，電阻的阻值也隨之增加的現(xiàn)象叫磁阻效應，利用這種效應制成的元件稱為磁敏電阻。金屬和半導體材料都有磁阻效應，但半導體材料的磁阻效應顯著，故目前生產(chǎn)的磁敏電阻都是用半導體材料制成。磁敏二極管:一種磁電轉(zhuǎn)換器件，能將磁信息轉(zhuǎn)換為電信號。磁敏三極管2磁敏傳感器由于磁敏傳感器對磁敏感，因此均可用于轉(zhuǎn)速、磁性產(chǎn)品計數(shù)和角位移的測量。

3磁敏傳感器的應用1氣敏傳感器及其應用氣敏傳感器是一種把氣體中的特定成分和濃度檢測出來,并將它轉(zhuǎn)換成電信號的器件。目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器主要是半導體式及接觸燃燒式。半導體氣敏傳感器基本工作原理：利用半導體氣體傳感器中的氣敏元件同被測氣體接觸，產(chǎn)生半導體特性（如電阻等電學性質(zhì)）變化的原理來檢測氣體成分或測量氣體濃度。應用：CO濃度的測控、可燃氣體泄漏報警器、自動換氣扇的控制等。四氣敏和濕敏傳感器及其應用

氧化鋅元件是比較常用的一種氣敏元件。

根據(jù)所用催化劑的不同，可以推測環(huán)境空氣中大體含有哪些氣體。比如Ｎ型半導體氧化鋅與少量的三氧化二鉻混合后，如有催化劑鉑存在，其元件的阻值與環(huán)境氣體中的乙烷、丙烷、異丁烷的含量有關(guān)，這些氣體含量越高，這種氣敏元件阻值越小。

三氧化二鐵為主的氣敏元件。這類材質(zhì)也是Ｎ型半導體材料，它分為兩種：分別為α—三氧化二鐵和γ—三氧化二鐵。前者用來監(jiān)測液化石油氣；后者用來監(jiān)測乙烷、丙烷、丁烷、氫氣和以甲烷為主的天然氣，還可以用來檢測乙醇氣體。

氣敏元件2濕敏傳感器濕敏傳感器是檢測物質(zhì)中所含水蒸氣含量的器件。是由濕敏元件配以相應的檢測、控制電路構(gòu)成。具體有：毛發(fā)濕度計；干濕球溫度計；電阻濕度傳感器（固體電介質(zhì)濕度傳感器、高分子電阻式濕度傳感器、半導體陶瓷濕度傳感器、熱敏電