精密測試技術(shù)課程講義-wenkub
2023-04-09 07:03:00 本頁面
【正文】 四、電感式傳感器1. 基本原理：基于電磁感應(yīng)原理，把被測物理量如位移轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。l 人機(jī)對話功能（顯示和報警）（儀器化）l 接口功能。精密測試技術(shù)課程講義第三章 傳感器技術(shù)一、傳感器概述 傳感器的分類l 按被測的物理量分類：位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器。l 掉電保護(hù)功能發(fā)展原因：（1） 應(yīng)用、需求（2） 新材料、新技術(shù)、新工藝、微電子技術(shù)（3） 仿生學(xué)發(fā)展（仿生原理）蝙蝠：超聲定向功能超過高級雷達(dá)裝置毒蛇借助于眼下方的面部小窩遠(yuǎn)距離測量、感知附近動物的存在（非常發(fā)達(dá)的溫度傳感器）二、電阻式傳感器1．分類將被測量的物理量如位移、力等轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器，分為變阻式和電阻應(yīng)變式。2. 分類：自感型（可變磁阻式與渦流式）、互感型3. 可變磁阻式可變磁阻式傳感器典型結(jié)構(gòu)4. 互感型—差動變壓器式電感傳感器(1) 基本原理電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，當(dāng)線圈輸入交流電流i時，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 (2) 差動式變壓器(3) 測量電路l 相敏檢波l 差動整流電路(4) 優(yōu)點(diǎn)l 測量精度高，線性范圍大，可到l 穩(wěn)定性好，使用方便。而與金屬導(dǎo)體的電阻率，導(dǎo)磁率，厚度h和線圈與金屬導(dǎo)體表面之間的距離x有關(guān)。壓電效應(yīng)：某些物質(zhì)沿一定方向受到外力作用時，在其表面上便產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，表面的電荷也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。2） 電荷與作用力間關(guān)系i—1，2，3分別代表垂直于x軸，y軸，z軸的表面j—1，2，3，4，5，6分別表示x軸，y軸，z軸的作用力方向，圍繞x軸，y軸，z軸的剪切力方向。（1） 壓電晶體：石英晶體(SiO2)（2） 壓電陶瓷PZT:鎬鈦酸鉛系壓電陶瓷PbTiO3 、 PbZrO3 組成的固溶體Pb(ZrTi)O3PMN：鈮鎂酸鉛壓電陶瓷，多用作高壓力傳感器。l 電壓放大器 使用電壓放大器時，電纜形成的接地電容Ci和放大器輸入阻抗并聯(lián)，形成傳感器的負(fù)載阻抗，因此測量系統(tǒng)對電纜電容的變化非常敏感，這使得電壓放大器的使用受到限制。6．應(yīng)用力、壓力、加速度、機(jī)械沖擊和振動等補(bǔ)充1：多普勒速度計(jì)1. 多普勒效應(yīng) 當(dāng)警車向自己方向駛過來時，人們聽到警笛聲音越來越刺耳，（頻率變高），而在警車遠(yuǎn)離時聽到的聲音越來越柔（頻率變低）。利用多普勒效應(yīng)可以測量運(yùn)動物體的速度； 圖 多普勒速度計(jì)的原理3. 應(yīng)用球速測定器就是利用這種原理制成的。2. 應(yīng)用超聲波傳感器用來測量距離。補(bǔ)充3：激光距離傳感器和超聲波傳感器一樣，利用激光測量距離的最簡單方法是測定激光從光源到被測物體往返所需要的時間。正弦波調(diào)制的發(fā)射強(qiáng)度可以用下式表示： I＝I 其中m為調(diào)制度 0m1設(shè)激光從光源到被測物體往返所需要時間為T，則接收光強(qiáng)度 為：I=I(tT)= I{1+msinw(tT)} 其中為衰減度。當(dāng)通過透鏡用梳狀感光元件對速度進(jìn)行檢測時，因?yàn)槠漭敵霾ㄐ蔚闹芷赥與點(diǎn)光源的像移過梳狀感光元件的一個節(jié)距P所需要的時間相同，因此有： T＝ 其中： m－光學(xué)系統(tǒng)的倍率 － 點(diǎn)光源的像的移動方向與感光元件的方向夾角。（2）泥石流、河流等流速的測定。熱電偶式傳感器：溫度變化影響電勢的變化(熱電效應(yīng))。l 金屬熱電阻：鉑、鎳、銅等金屬材料在一定的溫度范圍內(nèi)電阻隨溫度的變化關(guān)系：= *[1+(tt)] =*[1+t＋＋。主要用于彩電消磁，各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制等。特別適合－100 ～ 300 度溫度測量。 BA12熱電效應(yīng)l 產(chǎn)生熱電效應(yīng)的條件:不同導(dǎo)體、閉合回路、兩端溫差l 熱電勢組成：接觸電勢和溫差電勢l 接觸電勢：不同導(dǎo)體自由電子密度不同,接觸面產(chǎn)生電子的擴(kuò)散運(yùn)動接觸處形成接觸電勢減弱擴(kuò)散運(yùn)動 平衡 穩(wěn)定的接觸電勢.接觸電勢t 接觸處的溫度, K 波爾茲曼常數(shù), e 電子電荷量、為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。 2. 熱電偶的基本定律 （1）均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種性質(zhì)均勻的導(dǎo)體組成的閉會回合，當(dāng)有溫度差時不產(chǎn)生熱電勢。熱電偶分度都是以冷端溫度為0時做出的。 ABACCB標(biāo)準(zhǔn)電極定律 3. 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。 4. 熱電偶的冷端補(bǔ)償技術(shù)l 冰瓶法l 冷端恒溫法l 專用補(bǔ)償導(dǎo)線法（1）不同的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用；（2）正負(fù)極性不能接錯；（3）熱電偶連接點(diǎn)的溫度必須相等，且小于規(guī)定的溫度值。l 霍爾效應(yīng)：把一薄片半導(dǎo)體材料垂直于磁力線方向放在磁場中，在半導(dǎo)體材料上通上激勵電流I，那么移動的電子（載流子）將受到磁場力的作用，在的作用下，電子就會在向前移動運(yùn)動的同時向側(cè)面偏轉(zhuǎn)，形成一邊（側(cè)面）電子積累，而另一邊積累了正電荷，從而在半導(dǎo)體的兩側(cè)面產(chǎn)生電場，此電場阻止電子繼續(xù)向側(cè)面偏轉(zhuǎn)。由于金屬材料的n很大，會比較小，因此金屬材料不宜作霍爾元件。磁場梯度越均勻，輸出特性的線性度越好。前者稱為碼盤（編碼器），后者稱為碼尺。增量式碼盤 結(jié)構(gòu)示意圖l 角位移單位脈沖對應(yīng)的角度 n個脈沖對應(yīng)的角度l 速度脈沖的頻率l 辨向A、B: 相信號通過比較A、B相的相位來判斷方向Z相：圓周零位（索引）。纖芯和包層的折射率不同：（光纖）〉（包層）l 種類 按材料分：玻璃光纖、塑料光纖 按折射率分布分：階躍折射率型和梯度折射率型兩種 階躍型光纖：纖芯的折射率n分布均勻，不隨半徑變化，包層內(nèi)的折射率分布也大體均勻，但纖芯和包層的折射率呈現(xiàn)階綈狀。 按傳輸模式分類：分為多模光纖和單模光纖兩類。這時的入射角=, 為臨界角。若將光纖彎曲，只要保證光射至界面的入射角大于，光線仍能在光纖內(nèi)逐次全反射傳播，但若光纖彎曲過大，以致光射至界面的入射角小于，大部分光將透過包層損失掉。它決定了能被傳播的光束的孔半徑角的最大值，反映了光纖的集光能力。設(shè)入射光強(qiáng)為，反射光束的光強(qiáng)為定義為費(fèi)涅耳反射損耗率光強(qiáng)的透射系數(shù)：則l 光吸收損耗光通過任何媒質(zhì)，都或多或少要被媒質(zhì)所吸收，特別是光纖很長時，不能忽略光吸收的影響，透過媒質(zhì)的光強(qiáng)I與入射光強(qiáng)之間的關(guān)系為：I＝（——光纖纖芯的吸收系數(shù)X——光透過媒質(zhì)層的距離）光強(qiáng)透射系數(shù) L——光纖總長度 ——光線在光纖端面上的折射角l 全反射損耗由于纖芯和包層之間的界面
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