發(fā)動(dòng)機(jī)測試技術(shù)第四章傳感器基本類型及其工作原理-資料下載頁
2024-10-19 13:11本頁面
【正文】 t EeeEE ??? ????? ? ? ? ? ?0000 , tttttt EEE ?? ??0t? ? ?00 ,ttE ?2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 58 ? 光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(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)。 ? 光電效應(yīng) ：當(dāng)具有一定能量 E的光子投射到某些物質(zhì)的表面時(shí)，具有輻射能量的微粒將透過受光的表面層，賦予這些物質(zhì)的電子以附加能量，或者改變物質(zhì)的電阻大小，或者使其產(chǎn)生電動(dòng)勢，導(dǎo)致與其相連接的閉合回路中電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)了光 — 電轉(zhuǎn)換過程。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 59 ?見圖 491 ?由于被光照射的物體材料不同，所產(chǎn)生的光電效應(yīng)也不同，通常光照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為： 外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)以及阻擋層光電效應(yīng) 。 ? 1）外光電效應(yīng) ?在光線作用下能使電子逸出物質(zhì)表面的稱為外光電效應(yīng)，屬于外光電效應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管等。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 60 ? 2）內(nèi)光電效應(yīng) ? 在光線作用下能使物體電阻率改變的稱為內(nèi)光電效應(yīng)。屬于內(nèi)光電效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件有光敏電阻以及由光敏電阻制成的光導(dǎo)管等。 ? 3）阻擋層光效應(yīng) ? 在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的稱為阻擋層光電效應(yīng)，屬于阻擋層光電效應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件有光電池和光敏晶體管等。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 61 ? 光電轉(zhuǎn)換元件的種類很多，常用的元件有 光電管，光敏電阻，光電池 等。限于篇幅這里我們著重講解光電管的有關(guān)特性。 ? 1）光電管 光電管的特性主要取決于光電極的材料，其基本的特性是光譜特性，光電特性和伏安特性。 ? ①光譜特性 用單位輻射通量不同波長的光分別照射光電管，在光電管上產(chǎn)生大小不同的光電流。這里，光電流 I與光波波長 λ的關(guān)系曲線稱為光譜特性曲線，又稱頻譜特性。 ? 對于不同波長區(qū)域的光，應(yīng)選用不同光電陰極的光電管。此外在測量與控制技術(shù)中，光電管可以擔(dān)負(fù)人眼不能勝任的工作。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 62 ? ② 光電特性 ? 光電管在固定陽極電壓下，光通量與光電流 (陽極電流 )之間的關(guān)系稱為光電特性。圖 434為光電管的光電特性曲線。從圖 434可知，光電管的光電特性基本上呈線性關(guān)系，直線的斜率為其靈敏度。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 63 ? ③ 伏安特性 光電管在光通量一定的情況下，陽極電壓與陽極電流的關(guān)系稱為伏安特性。圖 435為光電管的伏安特性曲線。在陽極電壓大于 50V時(shí)，光電流開始飽和，陽極電流近于常數(shù)，而與電壓無關(guān)。真空光電管一般工作于伏安特性的飽和部分，內(nèi)阻達(dá)幾百兆歐 。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 64 ?光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為吸收式、遮光式、反射式、輻射式四種基本形式。下圖 492是反射式光電傳感器工作原理。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 65 ? 下面舉一實(shí)例 493 ，說明光敏器件的具體應(yīng)用。直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)見下圖。 ? 它由開孔圓盤、光源、光敏元件及縫隙板等組成。開孔圓盤的輸入軸與被測軸相連接，光源發(fā)出的光，通過開孔圓盤和縫隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)輸出。開孔圓盤上有許多小孔，開孔圓盤旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件輸出的電脈沖個(gè)數(shù)等于圓盤的開孔數(shù)，因此，可通過測量光敏元件輸出的脈沖頻率，得知被測轉(zhuǎn)速，即 n=f/N ? 式中 n轉(zhuǎn)速； f脈沖頻率； N圓盤開孔數(shù)。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 66 ? 霍爾效應(yīng) : 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng) 4101。 ?霍爾元件 : 基于霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件稱為霍爾元件，霍爾元件多采用 N型半導(dǎo)體材料。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 67 ? 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖所示。霍爾片是一塊半導(dǎo)體單晶薄片 (一般為 4mm 2mm )，在它的長度方向兩端面上焊有 a、 b兩根引線，稱為控制電流端引線，通常用紅色導(dǎo)線，其焊接處稱為控制電極；在它的另兩側(cè)端面的中間以點(diǎn)的形式對稱地焊有 c、 d兩根霍爾輸出引線，通常用綠色導(dǎo)線，其焊接處稱為霍爾電極。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 68 ? 1) 測量轉(zhuǎn)速 :霍耳元件通以恒定電流，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使元件上的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在霍耳元件上便輸出反映了轉(zhuǎn)速高低的脈沖信號(hào)。 ? 2) 霍耳元件無觸電電子點(diǎn)火 ? 3) 位移傳感器 : 將霍爾元件置于磁場中，左半部磁場方向向上，右半部磁場方向向下，從 a端通入電流 I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢 VH1，右半部產(chǎn)生露爾電勢 VH2，其方向相反。因此， c、 d兩端電勢為 VH1—VH2。如果霍爾元件在初始位置時(shí) VH1=VH2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。如下圖。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 69 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 70 課后練習(xí) ? 應(yīng)變式電阻傳感器溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心男? ? 論述霍爾元件測量轉(zhuǎn)速裝置的原理。 ? 壓電式傳感器測量電路中為什么要接入前置放大器？電荷放大器有什么特點(diǎn)？ ? 為什么不能用壓電式傳感器測量變化比較緩慢的信號(hào)？ ? 為什么電感式傳感器一般都采用差動(dòng)形式？ ? 通常采取什么方式提高壓電式傳感器的輸出靈敏度？
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