物性型傳感器ppt課件(2)(已修改)
2025-01-27 02:36 本頁面
【正文】 36330z3 主編 第 3章 物性型傳感器 第 3章 物性型傳感器 壓電式傳感器 光電式傳感器 霍爾式傳感器 磁電式傳感器 超聲波傳感器 核輻射傳感器 壓電式傳感器 壓電效應 某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而發(fā)生變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)生電荷，當外力去掉后，電介質(zhì)表面又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。反之，這些電介質(zhì)在極化方向上施加交變電場，它會產(chǎn)生機械變形，當去掉外加電場后，電介質(zhì)變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。在自然界中大多數(shù)晶體具有壓電效應，但壓電效應十分微弱。隨著對材料的深入研究，發(fā)現(xiàn)石英晶體、鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等材料是性能優(yōu)良的壓電材料?，F(xiàn)以石英晶體為例，簡要說明壓電效應的機理。 壓電式傳感器 圖 31 石英晶體 a)天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形 b)晶體切片 c)晶片結(jié)構(gòu) a— 晶體切片長度 b— 晶體切片厚度 c— 晶體切片高度 x— 電軸 y— 機械軸 z— 光軸 壓電式傳感器 圖 32 石英晶體壓電模型 a)不受力 b)x軸方向受力 c)y軸方向受力 壓電式傳感器的等效電路 壓電式傳感器 由壓電元件的工作原理可知，壓電式傳感器可以看做一個電荷發(fā)生器。同時，它也是一個電容器，晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)，則其電容量 Ca為 圖 33 壓電傳感器的等效電路 a)電壓源 b)電荷源 壓電式傳感器 圖 34 壓電傳感器的實際等效電路 a)電壓源實際等效電路 b)電荷源實際等效電路 壓電式傳感器 圖 35 電荷放大器等效電路 壓電式傳感器的測量電路 壓電式傳感器 壓電式傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量很小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，其作用為：一是把壓電式傳感器的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。壓電式傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有電壓放大器和電荷放大器兩種形式。由于電壓前置放大器中的輸出電壓與屏蔽電纜的分布電容及放大器的輸入電容有關(guān)，故目前多采用性能較穩(wěn)定的電荷前置放大器。 壓電式傳感器的應用 圖 36是壓電式單向測力傳感器結(jié)構(gòu)圖，它主要由石英晶片、絕緣套、電極、上蓋及基座等組成。 壓電式傳感器 圖 36 壓電式單向測力傳感器結(jié)構(gòu)圖 1— 絕緣套 2— 石英晶片 3— 上蓋 4— 基座 5— 電極 壓電式傳感器 圖 37是壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖。 F=ma(3?7) 圖 38是利用壓電陶瓷傳感器測量刀具切削力的示意圖。 圖 37 壓電式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 1— 螺栓 2— 壓電元件 3— 預壓彈簧 4— 外殼 5— 質(zhì)量塊 6— 基座 壓電式傳感器 壓電式傳感器 圖 38 壓電式刀具切削力測量示意圖 1— 壓電式傳感器 2— 輸出信號 “一拍亮”延時小夜燈的電路如圖 39所示，它實際上是一個“聲控延時小夜燈”電路。 壓電式傳感器 圖 39 “一拍亮”延時小夜燈的電路 壓電式傳感器 1)IC選用靜態(tài)功耗很小的 CMOS時基集成電路，如 5G7555或 ICM7555等。 2)VT VT2均選用 9014或 3DG8型硅 NPN小功率晶體管。 3)R1～ R5均用 RTX— 1/8W型碳膜電阻。 4)C用漏電很小的 CD11— 10V型電解電容。 5)B用 ?27mm壓電陶瓷片，如 FT— 27型等，要求配上簡易塑料或金屬共振腔盒。 6)H用手電筒常用的 、 (三節(jié)電池供電的手電筒專用 )。 7)GB用三節(jié) 5號電池串聯(lián) (須配塑料電池架 )而成，電壓 。 壓電式傳感器 圖 310 “一拍亮”延時小夜燈的印制電路板焊接圖 圖 310所示為“一拍亮”延時小夜燈的印制電路板 壓電式傳感器 焊接圖，印制電路板實際尺寸約為 50mm 30mm。 全部電路可裝入一體積合適的市售塑料動物玩具或其他造型的工藝品硬殼體內(nèi)，以起到裝飾美化作用。 光電式傳感器 光電效應 光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應。通常把光電效應分為外光電效應、內(nèi)光電效應和光生伏特效應三類： 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，基于外光電效應的光電元件有光電管、光電倍增管和光電攝像管等。 在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應，基于內(nèi)光電效應的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等。 在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應，基于光生伏特效應的光電元件有光電池等。 光電式傳感器 光電器件及特征 以外光電效應原理制作的光電管的結(jié)構(gòu)由真空管、光電陰極 K和光電陽極 A組成，其符號及基本工作電路如圖 311所示。 光電式傳感器 光電式傳感器 圖 311 光電管符號及基本工作電路 光電式傳感器 圖 312 光電管的光電特性 光敏電阻又稱光導管，是基于內(nèi)光電效應工作的。 圖 313 光敏電阻的結(jié)構(gòu)原理 1— 電源 2— 金屬電極 3— 半導體 4— 玻璃底板 5— 檢流計 光電式傳感器 (1)光敏電阻的主要參數(shù) 1)暗電阻。 2)亮電阻。 3)光電流。 (2)光敏電阻的基本特性 1)伏安特性。 2)光譜特性。 圖 314 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 光電式傳感器 圖 315 幾種不同材料光敏電阻的光譜特性 3)溫度特性。
教學課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1