【正文】 紅外線可分為三部分： 近紅外線：波長為 ～ ； 中紅外線：波長為 ～ ； 遠(yuǎn)紅外線：波長為 ～ l000μm之間。 智能傳感器是將傳感器與微型計(jì)算機(jī)集成在一塊芯片上，其主要特征是將敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)相結(jié)合，使其除了具有感知的本能外，還具有認(rèn)知能力。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 光纖傳感器 一、光纖傳光原理：光的全反射 二、光纖傳感器分類：單模，多模 按照 光的作用分類 可分為物性型（功能型）光纖傳感器和結(jié)構(gòu)型（非功能型）光纖傳感器。 (2) 外徑測量 。 ? (4) 測量精度高 。 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 在半導(dǎo)體硅片上按線陣或面陣排列 MOS單元 ，如果照射在這些光敏元上的是一幅明暗起伏的圖像 ， 則這些光敏元上就會感生出一幅與光照強(qiáng)度相對應(yīng)的光生電荷圖像 。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時(shí)，電阻發(fā)生變化。 優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度高 體積小 溫度測量范圍大 缺點(diǎn)： 非線性大 對環(huán)境溫度敏感，易受干擾 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 氣敏電阻傳感器 氣體與人類日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。 ?應(yīng)用 ? 磁頭；接近開關(guān)和無觸點(diǎn)開關(guān)。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁敏傳感器 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)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 適于信號遠(yuǎn)傳。 案例 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 其工作原理為 :由激光光源 (氫 氦激光 )發(fā)出的光 (頻率為 fi)導(dǎo)入光導(dǎo)纖維，經(jīng)過分光鏡后，光線通過光纖射向振動物體，由于振動物體 (被測體 )振動，產(chǎn)生散射 (頻率為 fs)，被測物體的運(yùn)動速度與多普勒頻率之間的關(guān)系為 式中， fi為入射光頻率，即激光源頻率； fs為散射光頻率； n為發(fā)生散射介質(zhì)的折射率； λ 為入射光在空氣中的波長； ν 為被測物體的運(yùn)動速度。返回光強(qiáng)發(fā)生突變時(shí)，表明測頭已接觸到液位。它由 LED光源，光電二極管，多模光纖等組成。多模光纖插入順流而置的銅管中，由于流體流動而使光纖發(fā)生機(jī)械變形，從而使光纖中傳播的各模式光的相位發(fā)生變化，光纖的發(fā)射光強(qiáng)出現(xiàn)強(qiáng)弱變化。 它是利用在光纖的端面或在兩根光纖中間，放置光學(xué)材料及機(jī)械式或光學(xué)式的敏感元件，感受被測物理量的變化。 在光纖的輸出端采用適當(dāng)?shù)墓怆姍z測元件檢出光強(qiáng)的變化，就可以制作溫度、壓力、振動、位移等傳感器。其典型例子如光纖陀螺、光纖水聽器等。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 二、光纖分類 物性型（功能型）光纖傳感器 光纖一方面起傳輸光的作用，另一方面是敏感元件，是靠被測物理量調(diào)制或影響光纖的傳輸特性，把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制的光信號。 單模光纖的折射率分布是階躍型的，但光纖的光學(xué)尺寸很小，只能傳輸單模光波，是一種超寬帶光纖；多模光纖能傳輸數(shù)百種模式。如此光線將會在光纖中永遠(yuǎn)傳播下去。 開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光纖傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光纖傳感器是 20世紀(jì) 70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù) , 它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 模擬量光電傳感器應(yīng)用 光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式 (直射式 )、 吸收式 、 遮光式 、 反射式 、 四種基本形式 。 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光生伏特效應(yīng)指半導(dǎo)體材料 PN結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動勢的效應(yīng) 。 光譜特性： 對于不同頻率的入射光，其靈敏度不同。 光敏電阻的亮電阻越大，暗電阻越小，靈敏度越高。例如 MG4142型光敏電阻的暗阻大于等于 。 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 光電導(dǎo)效應(yīng)原理 一、光電測量原理 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光生伏達(dá)效應(yīng) 在光線照射下，物體能夠產(chǎn)生一定方向上的電動勢的現(xiàn)象，被稱為光生伏達(dá)效應(yīng)。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 hf 光子 光電子 外光電效應(yīng)（光電子發(fā)射效應(yīng)） 愛因斯坦光電效應(yīng)方程： 第 3章 常用傳感器和敏感元件 一、光電測量原理 光電傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，激發(fā)出的光生載流子（電子空穴對）停留在物質(zhì)內(nèi)部不逸出。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 光量 電量 光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng) 光敏電阻 光生伏特效應(yīng) 光電池， 光電二、三 極管 外光電效應(yīng) 真空光電管，光電倍增管 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 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)化成電信號的器件。 單個光子能量： 普郎克常數(shù) 光波頻率 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 3章 常用傳感器和敏感元件 光電傳感器 一、光電測量原理 采用光電元件作為檢測元件的傳感器被稱為光電傳感器。 ?光的量子學(xué)說最初是由A． Einstein于 1905年在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)提出來。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 三、熱電阻 應(yīng)用 金屬熱電阻傳感器 － 200～ +500℃ 范圍的溫度測量 特點(diǎn)：精度高、適于測低溫。 優(yōu)點(diǎn)： 熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（ 4～ 9倍）；電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點(diǎn)溫、表面溫度及快速變化的溫度。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。 Pt10主要用于 650℃ 以上溫區(qū)測量； Pt100主要用于 650℃ 以下溫區(qū)測量。測量范圍 ―200～850℃。 熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù) α要大，以提高熱電阻的靈敏度；在測量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，復(fù)現(xiàn)性好； 電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。 用于測溫的導(dǎo)體或半導(dǎo)體元件稱為熱電阻。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 二、熱電偶 熱電偶的冷端補(bǔ)償：計(jì)算修正法 ?在實(shí)際應(yīng)用中熱電偶的參比端往往不是 0℃，而是環(huán)境溫度 t0，這時(shí)測量出的熱電勢不是 E（ t， 0），不能直接用于查表求溫度。接線盒用鋁合金材料制成 ,裝在保護(hù)套管的尾部 ,接線盒的上部有墊片或墊圈加以密封。使熱電極避免遭受有害氣體的腐蝕及機(jī)械損傷，防止或減小火焰與氣流的沖刷和輻射，保護(hù)熱電極。普通插入式熱電偶的長度可在 300mm2150mm之間。質(zhì)脆 鉑銠系 PtRh PtRh40 PtRh PtRh20 300～ 1500 1800 1800 在高溫下使用，熱電動勢小，其它性能與 R型相同 銥銠系 Ir、 Ir、 Ir IrRh IrRh50、 IrRh60 1100～ 2022 2100 適用于真空、惰性氣體及微氧化性氣氛。 例： K型熱電偶， E（ 300， 0） = mV （查分度表可得） 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 二、熱電偶 常見熱電偶：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶： 工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛，具有統(tǒng)一分度表并已列入國際和國家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。 若令 T0=0℃ ，則有： 則熱電偶的熱電勢成為被測溫度的 單值函數(shù) 。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 熱電傳感器 熱電偶 : 特性 :中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入與第三種導(dǎo)體 （ 如中間導(dǎo)體 C） 時(shí) ， 只要中間導(dǎo)體的兩端溫度相同 ， 熱電偶回路總電動勢不受中間導(dǎo)體接入的影響 。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 熱電傳感器 熱電偶： 特性 :均質(zhì)導(dǎo)體定律 ? 由一種勻質(zhì)導(dǎo)體所組成的閉合回路 ， 不論導(dǎo)體的截面積如何及導(dǎo)體的各處溫度分布如何 ， 都不能產(chǎn)生熱電勢 。 逆壓電效應(yīng)： 當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或者機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場撤去時(shí)，這些變形或者應(yīng)力也隨之消失。 T T0 4)中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。 熱電式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電偶測溫基本定律 1)均質(zhì)導(dǎo)體 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁電、壓電、熱電傳感器 熱電傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 熱電式傳感器 熱電式傳感器 把兩種膨脹系數(shù)不同的金屬薄片焊接在一起制成的。 dtdWe ???感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動勢 e為 磁通變化率與磁場強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動速度有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變感應(yīng)電動勢。 電容式傳感器 壓力變送器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 c) 介質(zhì)變化型 ??? AC 0? 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 產(chǎn)品 . 電容式液位傳感器（液位計(jì) /料位計(jì)） 電容式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式接近開關(guān) 振蕩電路 被測物體 感應(yīng)電極 被測電容 測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化 .接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電容式傳感器 a)極距 δ 變化型 + + + ??? AC 0?+ + + 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。 ：用 704硅橡膠覆于應(yīng)變片上，防止 受潮。同一電橋中各應(yīng)變片之間阻值 相差不得大于 . ：貼片處置用細(xì)紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復(fù)擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。 2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。體積小 。 (3)變阻器式傳感器的分類 電阻式傳感器 按測量類型： 單圈電位器 多圈電位器 直線滑動式電位器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電阻式傳感器 按制作方式： 線繞電位器 導(dǎo)電塑料電位器 普通塑料基底 導(dǎo)電材料粉 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 變阻器式傳感器產(chǎn)品 電阻式傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 重量的自動檢測 配料設(shè)備 比較 重量設(shè)定 原材料 電阻式傳感器 原理：彈簧 力 位移 電位器 電阻 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ） 原理：電機(jī) 轉(zhuǎn)角 電位器 電阻 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 (4) 變阻器式傳感器特點(diǎn) : 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。 2) 分辨率 。 ?x電刷移動量 . ?R總電阻 。 4．特點(diǎn)： 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電阻、電容、電感傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 電阻式傳感器 ? 電阻式傳感器 是把被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器 , ? 按工作的原理可分為 :變阻器式、電阻應(yīng)變式、熱敏式、光敏式、電敏式 . ?1 變阻器式傳感器 電阻、電容與電感式傳感器 AlρR ??基本原理：將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。 2．彈性敏感元件的材料： 1）彈性滯后和彈性后效要小 2）彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要小 機(jī)械式指針儀表 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 3．典型應(yīng)用 : 3）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定 4）彈性極限和強(qiáng)度極限要高 5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性 6）具有良好的機(jī)械加工性和熱處理性 第 3章 常用傳感器和敏感元件 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ② 機(jī)械式放大，指示系統(tǒng)使其慣性大，固有頻率低， 故多用于靜態(tài)量或低頻變化量的測量。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。 傳感器的作用 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 傳感技術(shù)