【正文】 壓放大器 ? 高增益電荷放大器 電壓放大器等效電路圖 ? ua— 等效電壓 ua=q/ca 電壓放大器分析 設作用在壓電晶體上壓力為 tFKqtFF mqm ?? s i ns i n ???)(1 CCRjRjFKeaq ??????? 前置放大器的輸入電壓等于 壓電式傳感器電壓放大器靈敏系數(shù) ? 壓電式傳感器系統(tǒng)靈敏系數(shù) Ky為 ? — 傳感器的電容量 ? — 電纜電容量 ? — 前置放大器的輸入電容量 22 )()/1( CCRKFeKaqmmy ???? ?；； iLiaia CCCRRRRR ????LCaCiC壓電式傳感器電壓放大器分析 ? 三個結論： (1) 壓電傳感器不能測量靜態(tài)力，因為此時 Ky=0； (2) 電纜電容 Cc的變化使前置放大器的輸入電壓和輸出電壓都發(fā)生變化，因而測量系統(tǒng)的靈敏度將隨電纜長度和類型而異。為防止電纜增長降低靈敏度，應將電壓放大器置于傳感器附近并保持不變 (3) 在低頻壓力（信號）測量，放大系數(shù)與頻率有關 iLAqqy CCCKCKK????? 分析： 由于壓電傳感器的漏電阻 Ra與前置放大器的輸入電阻 Ri均很大，如果在動態(tài)測量時，有時間常數(shù) ωR1，則 22 )()/1( CCRKFeKaqmmy ???? ? 高增益電荷放大器 ?采用電荷放大器時，是在壓電式傳感器后接電路中采用一個有反饋電容的高增益電荷放大器 ?等效測量電路如圖所示 電荷放大器的輸出 Cf— 電荷放大器的反饋電容 Rf— 電荷放大器的反饋電阻 fCqu ??0ILafCCCCCACAqu???????)1(0?放大器輸出電壓的幅值 ? 放大器輸入阻抗 CI和放大系數(shù) (A≥104)均很大，不計傳感器 Ca和電纜阻抗 CL，則放大器輸出電壓為 電荷放大器分析結果 結論： (1) 電荷放大器輸出電壓與電荷 q正比 (2)在一定頻率內，電荷放大器輸出電壓與信號頻率無關；可用于測量低頻信號 () (3)電荷放大器輸出電壓與后接電路的電容量無關，不受電纜電容等的影響，這是電荷放大器優(yōu)點 焊接式 電荷放大器 特點及其應用 ? 特點 : a. 輸出電壓或電荷與力成正比，線性度好 b. 靈敏系數(shù)穩(wěn)定，受溫度影響小 c. 剛度大，滯后小工作頻帶寬，最高固有頻率可達 200kHz，可適應較差工作環(huán)境 d. 當采用電荷放大器輸出時，輸出電壓不受電纜電容等的影響 ? 壓電傳感器是力敏元件，它可用于測量最終能轉換為力的那些物理量，如力、壓力、加速度等 ? 在各種動態(tài)力、機械沖擊與振動測量以及聲學、醫(yī)學、力學、宇航等方面都得到應用 ? 電荷放大器有反饋電容，放大器上限頻率較電壓放大器低 壓電式加速度傳感器的應用 ? 壓電傳感器是力敏元件，它可用于測量最終能轉換為力的那些物理量，如力、壓力、加速度等 ? 在各種動態(tài)力、機械沖擊與振動測量以及聲學、醫(yī)學、力學、宇航等方面都得到應用 ? 1)壓電晶體加速度傳感器 ? 壓電晶體加速度傳感器主要是由兩片壓電晶體片 (串聯(lián) )和其上放置的慣性體所組成。慣性體被彈簧壓緊，放入外殼中，外殼固定在被測物上。當壓電傳感器受振動后，慣性體對壓電晶體片施加一個可變的慣性力，該慣性力與加速度正比 ? 如需測速度或位移，加上一次或二次積分電路即可 ? 常用的壓電晶體式加速度傳感器的構造如圖 壓電式加速度傳感器實物照片 加速度計 1) 壓電加速度傳感器工作原理圖 ? 兩片壓電晶體片 (串聯(lián) ) 、慣性體、彈簧組成 當壓電傳感器受振動后，慣性體對壓電晶體片施加一個可變的慣性力，該慣性力與加速度正比 測量到晶體片產生的電勢大小也就測量到加速度 ? 如需測速度或位移，加上一次或二次積分電路即可 2) 壓電式壓力傳感器 常用的壓電式壓力傳感器是膜片型結構，可測工作頻率為 f 動態(tài)壓力 沖擊壓力 傳感 器 壓磁式傳感器 ? 定義： 壓磁式傳感器 （ piezomagic transducer)是利用鐵磁材料的壓磁效應原理制成的 壓磁效應 ? 壓磁效應 （ piezomagic effect） 鐵磁體在外磁場作用下磁化時，長度和體積將發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象 當鐵磁體受到外力作用，產生機械變形時，磁導率將發(fā)生變化現(xiàn)象 ? 壓磁效應特點： ①材料受到壓力時，在作用力方向磁導率減小，而在作用力相垂直方向，略有增大；作用力是拉力時，其效果相反 ②作用力取消后，磁導率復原 ③鐵磁材料的壓磁效應還與外磁場有關 ? 鐵磁體 — 坡莫合金，硅鋼片 ? 相對導磁率 ?變化與機械應變 ε之間存在如下關系 ??? ZK?? Kz — 鐵磁體壓磁的靈敏度 結構 ? 壓磁式傳感器結構有多種形式 ? 中字形結構 ? 傳感元件 — 帶孔硅鋼 ? 勵磁線圈 (原繞組 ) — W1 ? 測量線圈 (副繞組 ) — W2 ? 當 W1中流過一定的交變電流時，鐵芯中將產生磁場 中字形壓磁式傳感器 ? 在無外力作用時，硅鋼片的導磁率是相同，磁力線沿最短路徑閉合，基本上不通過測量線圈，故測量線圈中無電感應電動勢輸出 ? 在壓力 F作用下， Ⅲ 區(qū)將受到很大壓應力 Ⅰ 、Ⅱ 區(qū)基本上仍處于自由狀態(tài)。于是 Ⅲ 區(qū)導磁率下降，即磁阻增大，而 Ⅰ 、 Ⅱ 區(qū)的導磁率不變。使部分磁力線繞過 Ⅱ 區(qū)而閉合。在測量線圈W2中感應出電動勢 E。壓力 F值越大，電動勢 E值也越大 ? 根據(jù)上述原理和 E與 F的標定關系，能則成壓磁式傳感器。 特點和應用 ? 特點 ? 輸出功率大，信號強， ? 抗干擾能力和過載能力強，壽命長， ? 能在惡劣條件下工作， ? 但精度較低 (約 1％ )，反應速度低。常用于機械、冶金、礦山、運輸?shù)炔块T測力、測扭矩和稱重。 1) 稱重傳感器 ? 由傳感器、機架或外殼、傳感器引出電纜、接線盒、中間電纜、激磁電源、儀表和輸出電纜組成。 2) 壓磁式鉆孔應力計 ? 在巖體孔徑變形預應力法中， ? 鉆孔應力計 — 壓磁式傳感器 ? 磁芯 勵磁線圈 測量線圈和框架，磁芯工字形 2. 10 新型傳感器簡介 ? 霍爾傳感器 ? 光電式傳感器 ? 光纖傳感器 ? 半導體氣敏傳感器 ? 熱敏電阻傳感器 ? 濕敏傳感器 ? 智能化傳感器 ? 它不僅用于檢測外界的信息 ? 同時還具有識別功能 ? IC技術的不斷開發(fā)，與信息處理器一體化的傳感器正在逐漸增多。 ? 霍爾傳感器是利用霍爾效應原理的一種傳感器 ? 霍爾效應 — 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生電動勢 霍爾位移傳感器 ? 改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置 — 改變外磁場 B 特點： ?具有結構簡單、體積小、噪聲小 ?頻率范圍寬 (從直流到微波 ) ?動態(tài)范圍大 (輸出電勢變化范圍可達 1000:1) ?壽命長等 光電式傳感器 ? 光電式傳感器是利用光電效應（ photoelectric effect）原理制成的傳感器 ? 光電效應 當光照射某一物體時，物體受到一連串光子的轟擊，物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應電效應的物理現(xiàn)象 ? 光電效應 — 外光電效應和內光電效應 ? 外光電效應 — 在光線作用下 ,物質內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象 ? 內光電效應 — 在光線作用下，受光照物體 (通常為半導體材料 )電導率發(fā)生變化（光電導效應）或產生光電動勢的效應（光生伏特效應 ） 光敏電阻 (光導管 ) 光敏二極管和光敏三極管 光電池 1— 開路電壓曲線 2— 短路電流曲線 （ lx勒克斯） 光電傳感器的應用 ? 特點： 非接觸、響應快、性能可靠等特點 ? 應用： ?檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等； ?檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等 光電傳感器工作方式 直射式光電轉速傳感器 光纖傳感器 ? 光纖傳感器（ Fiber optic Sensor）是一種把被測量的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置 ? 光纖傳感器測試系統(tǒng)組成 — 由光源、接口、光導纖維、光調制機構、光電探測器和信號處理系統(tǒng)等 傳感型與傳光型 ? 傳感型 (功能型 ) ： 利用光纖本身感受被測量變化而改變傳輸光的特性，光纖既是傳光元件，又是敏感元件 ? 傳光型 (非功能型 ) ：利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為光信號的傳輸介質 ? 特點： ? 光纖傳感器具有不受電磁場干擾、傳輸信號安全 ? 非接觸測量，高靈敏度、高精度、高速度、高密度 ? 惡劣環(huán)境下使用以及非破壞性和使用簡便 ? 光纖傳感器特別適應于： ? （ 1）在高壓、電磁感應噪音條件下的測試 ? （ 2）在危險和環(huán)境惡劣條件下的測試 ? （ 3）在機器設備內部的狹小間隙中的測試 傳感型光纖傳感器應用應例 傳光型光纖傳感器應用應例 半導體氣敏傳感器 定義： 檢測到的氣體成分和濃度轉換為電信號的傳感器 原理： 利用半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質的變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度 電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏半導體材料，如氧化錫(SnO2)、氧化錳 (MnO2)等金屬氧化物制成敏感元件，當它們吸收了可燃氣體的煙霧，如氫、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然氣、沼氣等時，會發(fā)生還原反應，放出熱量，使元件溫度相應增高，電阻發(fā)生變化。 氣敏傳感器應用應例 ? 天然氣報警器 RRC 0? 熱敏電阻傳感器 ? 用半導體熱敏電阻制成的傳感器 ? 半導體熱敏電阻：一種由錳、鎳、銅、鈷、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結而成的半導體 ? 具有負的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降 ?????? ??0110TTeRR ? 濕敏傳感器 ? 濕敏元件： 電阻式、電容式兩大類 ? 濕敏電阻： 在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化 ? 濕敏電容： 用高分子薄膜電容制成的，當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比 常用材料 ：聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。