【正文】 一、概述 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 紅外測試系統(tǒng) 第 3章 。 因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 嵌入式計(jì)算機(jī) 智能 傾角 RS232傳感器 IC總線數(shù)字溫度傳感器 智能傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 振動網(wǎng)絡(luò)傳感器 智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器 智能傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 GSM/SMS 智能傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 紅外測試系統(tǒng) 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 紅外測試系統(tǒng) 第 3章 常用傳感器和敏感元件 紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學(xué)家霍胥爾于 1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射 ,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計(jì)，試圖測量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。 1 霍爾元件 2 熱敏傳感器 3 氣敏傳感器 4 濕敏傳感器 5 CCD視覺傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 GREY = RED* + GREEG* + BLUE* 數(shù)碼相機(jī) CCD固態(tài)圖象傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 智能傳感器 傳感器一般指能夠感知某種物理量（如電、光、磁等）、化學(xué)量（如濃度、 PH值等）、生物量（如細(xì)菌等）等的信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為電信息的裝置。 按照 光受被測對象的調(diào)制形式 可分為 強(qiáng)度調(diào)制型、偏振調(diào)制型、頻率調(diào)制型、相位調(diào)制型。 三、光電傳感器應(yīng)用：模擬光電傳感器，數(shù)字碼盤。 (3) 主軸徑向跳動測量 . CCD固態(tài)圖象傳感器 條形碼掃描器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 復(fù)習(xí) 光電傳感器 一、光電測量原理：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏達(dá)效應(yīng)。 ? (7) 受被測物體以外的光的影響 . ? 應(yīng)用 : ? (1) 寬度測量 。 ? (5) 體積小 ,重量輕 。 ? (3) 可靠性高 ,為修簡便 。 CCD固態(tài)圖象傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ? 特點(diǎn) : ? (1) 非接觸檢測 。 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 CCD固態(tài)圖象傳感器 MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體 (P型硅 )基片上形成一種氧化物 (如二氧化硅 )，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個(gè)金屬 氧化物 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元 (MOS)。從而使氣敏元件電阻值隨被測氣體的濃度改變而變化。 煙霧報(bào)警器 酒精傳感器 二氧化碳傳感器 氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳。 如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá) ～ ml/L時(shí)，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，中毒死亡。電阻值隨著溫度的升高而下降。 磁阻效用：霍爾元件處于磁場中，會產(chǎn)生載流子偏移，引起傳導(dǎo)電流分配不均，表現(xiàn)為電流方向的電阻變化。 磁敏元件傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 鐵磁材料裂紋檢測 N S 磁敏元件傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 葉片和齒輪位置傳感器 應(yīng)用 磁敏元件傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例： 汽車速度測量 : 磁敏元件傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：轉(zhuǎn)速測量 磁敏元件傳感器 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2 磁電阻元件 ?特點(diǎn) ? 電阻的增量與磁場的平方成正比； ? 與磁場的正負(fù)無關(guān)； ? 溫度系數(shù)影響大； ? 磁感應(yīng)的范圍比霍爾元件大。 1 霍爾元件 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 半導(dǎo)體傳感器 磁敏元件傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 霍爾元件由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖示。 缺點(diǎn)： 對溫度變化敏感，且非線性強(qiáng)。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 半導(dǎo)體傳感器 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體對 光、熱、力、磁、濕、氣體 等量敏感，這種敏感特性可以實(shí)現(xiàn)非電量到電信號的轉(zhuǎn)變。 頻帶寬、動態(tài)范圍大，對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，精度高。 上式表明，多普勒頻率△ f與被測物體運(yùn)動速度 ν 成比例變化關(guān)系，從頻率分檢器中測得△ f后，即可得到物體的運(yùn)動速度。當(dāng)單色光束人射到運(yùn)動體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動速度的頻率偏移，稱為 多普勒頻移 。 案例 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 三、光纖傳感器應(yīng)用 該系統(tǒng)主要由激光光源、分光器、光接收器、頻率檢測器及振動物體等部分組成。當(dāng)測頭接觸液面時(shí)，由于液體折射率與空氣不同，全內(nèi)反射被破壞，將有部分光線透入液體內(nèi)，使返回到光電二極管的光強(qiáng)變?nèi)?；返回光?qiáng)是液體折射率的線性函數(shù)。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在光纖測頭端有一個(gè)圓錐體反射器。 圖所示為基于全內(nèi)反射原理研制的液位傳感器。其振幅的變化與流速成正比。 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 三、光纖傳感器應(yīng)用 光纖流速傳感器： 光纖流速傳感器由多模光纖、光源、銅管、光電二極管及測量電路所組成。 此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應(yīng)用于對靈敏度要求不太高的場合。 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 結(jié)構(gòu)型（非功能型）光纖傳感器 在非功能型傳感器中， 光纖不是敏感元件，即只 “ 傳 ” 不“ 感 ” 。 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 結(jié)構(gòu)型（非功能型）光纖傳感器 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測元件與光纖傳輸回路及測量電路所組成的測量系統(tǒng)。圖 (b)所示為光纖在點(diǎn)壓力作用下，引起光纖局部變形，使光纖由于折射率不連續(xù)變化導(dǎo)致傳播光散亂而增加損耗，從而引起光振幅變化。 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 物性型光纖傳感器 右圖所示為施加均衡壓力和施加點(diǎn)壓力的兩種光纖壓力傳感器形式。此類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，但是，它需用特殊光纖和先進(jìn)的檢測技術(shù)，因此成本高。因此光纖具有 “ 傳 ” 和“ 感 ” 的功能。 信號處理 光受信器 光纖敏感元件 光發(fā)送器 按照 光受被測對象的調(diào)制形式 可分為 強(qiáng)度調(diào)制型、偏振調(diào)制型、頻率調(diào)制型、相位調(diào)制型。 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 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。 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 按照 光從纖芯到包層的折射率的變化規(guī)律 ，光纖可分為階躍型、漸變型和單模型三種。 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 一、概述 光纖結(jié)構(gòu)： 光纖是用光透射率高的電介質(zhì) (如石英、玻璃、塑料等 )構(gòu)成的光通路。 光纖傳感器 第 3章 常用傳感器和敏感元件 一、概述 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 一、概述 光纖導(dǎo)光原理 ： 當(dāng)光線有光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)折射角大于 90度時(shí)，光線會產(chǎn)生全反射，不進(jìn)入光疏介質(zhì)。 光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點(diǎn)，如不受電磁干擾 , 體積小 , 重量輕 , 可撓曲 , 靈敏度高 , 耐腐蝕 ,電絕緣、 防爆性好 , 易與微機(jī)連接 , 便于遙測等。 ?精度高 ?數(shù)字化 ?量程大 ?安裝方便、維護(hù)簡單 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用 脈沖盤式角度 數(shù)字編碼器 工作原理 通過計(jì)數(shù)器反應(yīng)圓盤轉(zhuǎn)過的角度 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 開關(guān)量光電傳感器應(yīng)用 碼盤式開關(guān)量光電傳感器 工作原理 碼盤式數(shù)字編碼器：光電式、接觸式、電磁式 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 案例：光電轉(zhuǎn)速計(jì)工作原理 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 案例：光電轉(zhuǎn)速計(jì)工作原理 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 案例：明渠水位測量工作原理 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 案例：明渠水位測量工作原理 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 案例： 光電鼠標(biāo)就是利用 LED與光敏晶體管組合來 測量位移。 輻射式實(shí)例：光電比色高溫計(jì) （ 被測量是光源 ） 把被測量轉(zhuǎn)化成連續(xù)變化的光電流 。 二、光電元件：真空光電管、光電倍增管、光敏電阻和光電池。 以可見光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件 。 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 傳感器原理 照相機(jī)自動測光 光控?zé)? 工業(yè)控制 蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 亮度傳感器： 通過檢測周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。 響應(yīng)時(shí)間特性： 光電流對光照強(qiáng)度變化有一個(gè)滯后時(shí)間。 伏安特性： 一定光照條件下，光敏電阻兩端施加的電壓與電流之間的關(guān)系。 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 二、光電元件：光敏電阻 內(nèi)光電效應(yīng)光電元件 光照特性： 光敏電阻光通量與光電流之間的關(guān)系曲線。 光敏電阻接在電路上，亮電流（大）與暗電流（小）之差被稱為 光電流 。 亮電阻 在室溫且一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻。 暗電阻與亮電阻 暗電阻 在室溫且全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻。 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 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 二、光電元件 真空光電管： 光電倍增管： 外光電效應(yīng)光電元件 紫外線光電管 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 二、光電元件 。） v E 半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率 σ=neu 在入射光的照射下，產(chǎn)生光生載流子，濃度增加， 電導(dǎo)率增加，電阻減小。 電子 空穴對 ,使其導(dǎo)電性能增強(qiáng) ,光線愈強(qiáng)，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象 ,稱為內(nèi)光電效應(yīng) 。 愛因斯坦則是因?yàn)檠芯客夤怆娦?yīng)現(xiàn)象并從理論上對其做出了正確的量子解釋而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。其工作原理是基于一些物質(zhì)的光電效應(yīng)。 光電測量就是利用光與能量的關(guān)系，即利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)測量。光電傳感器由光源、光學(xué)通路和光電元件組成。 光 以光速運(yùn)動的粒子流。 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 ?在愛因斯坦之前 M也就是具有波粒二象性。 半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器 應(yīng)用范圍很廣，可在宇宙航船、醫(yī)學(xué)、工業(yè)及家用電器等方面用作測溫、控溫、溫度補(bǔ)償、流速測量、液面指示等。 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 半導(dǎo)體熱電阻 半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鉆、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有 負(fù)的電阻溫度系數(shù) ，隨溫度上升而阻值下降。結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械性能好。 熱電式傳感器 三、熱電阻 金屬熱電阻 :結(jié)構(gòu) 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 半導(dǎo)體熱電阻 定義： 利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)。 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 金屬熱電阻 ⑵ 銅熱電阻 工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的 R0按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取 50Ω和 100Ω兩種 (0℃ 時(shí) )，分度號分別為 Cu50和 Cu100，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。 缺點(diǎn)： 易于氧化，一般只用于 15