【正文】 非功能型傳感器 (傳光型傳感器 ):光纖僅僅起傳輸光的作用 ， 它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化 。 外界信號可能引起光的強度 、 波長 、 頻率 、 相位 、 偏振態(tài)等光學性質的變化 ， 從而形成不同的調制 。 集成溫度傳感器 電流輸出型集成溫度傳感器 AD590 工作原理：輸出電流與溫度成比例的電流源。 ? 采用補償導線將冷端遠移至溫度變化比較平緩的環(huán)境中 , 再采用上述的補償方法進行補償。 ? 通常設計在 20℃ 下使電橋平衡 (R1=R2=R3=RCu)，此時 Uab=0 ，電橋對儀表讀數(shù)無影響。 冷端補償器 mV EAB(T,T0) T0 T0 T A B + + a b U Uab RCu R1 R2 R3 R ? 不平衡電橋由 R R R3(錳銅絲繞制，溫度系數(shù)為零 )、RCu(銅絲繞制，其值隨溫度變化 )四個橋臂和橋路電源 組成。 實質：在測量結果中人為地加一個恒定值，因為冷端溫度穩(wěn)定不變，電動勢 EAB(TH,0)是常數(shù)，利用指示儀表上 調整零點 的辦法，或在回路中加入相應的 修正電壓 而實現(xiàn)補償。 3）熱電偶的冷端補償 冰點槽法 (0℃ 恒溫法 ) 實施方法：把熱電偶的參比端置于 冰水混合物 容器里 ， 使 T0=0℃ 。 ? 但在實際測量中 ,熱電偶的冷端溫度將受環(huán)境溫度或熱源溫度的影響 ,并不為 0℃ 。 對于任何一種實際的熱電偶 ,并不是由精確的關系式表示其特性 ,而是用特性分度表 。 均質導體定律 BAAB NNekTTe ln)( ?2. 中間導體定律（或第三方導體定律） 當在 A、 B材料組成的熱電偶回路中接入第三導體 C時 ,只要引入的第三導體 C兩端溫度相同 ,則此導體的引入不會改變總電勢 EAB(T,T0)的大小。 （ 2）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，回路如產(chǎn)生熱電勢，便說明該材料是不均勻的。 dTTTe TT AA ??0),( 0 ?+ A B T eAB(T ) A eA(T,To) To T 溫差電勢原理圖 C）回路總電勢 00000( , ) l n l n ( )TATATA B A BTB T B TNkTNkTE T T d Te N e N??? ? ? ? ??? ? ? ?00( , )A B A B A BE T T e T e T??忽略溫差電勢，則總電勢為： ?如果冷端溫度 固定 0T0000( , ) l n l n ( ) ( )ATATABB T B TNkTNkTE T T f T C g Te N e N? ? ? ? ?2）熱電偶基本定律 （ P44) 該定律內容是：由一種均質導體或半導體組成的閉合回路，不論導體或半導體的截面積、長度和各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。 BAAB NNekTTe ln)( ?a) 接觸電勢 是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。此電勢稱為熱電勢。 ? 為消除由于連接導線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測量誤差，常采用三線和四線連接法。cmNTC——負溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC——正溫度系數(shù)熱敏電阻 CTR——臨界溫度系數(shù)熱敏電阻 電阻式溫度傳感器 熱電阻溫度傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度的變化轉化為元件電阻的變化。 。 調整好以后 , 固定可調電阻 , 即可由輸出電壓 VT讀出 AD590所處的熱力學溫度 。 AD590在 25℃ （ ） 時 , 理想輸出電流為 , 但實際上存在一定誤差 , 可以在外電路中進行修正 。 ③ 靈敏度 1uA/K ④ 傳輸距離達 100m 2． AD590集成溫度傳感器應用實例 AD590是應用廣泛的一種集成溫度傳感器 , 由于它內部有放大電路 , 再配上相應外電路 ,方便地構成各種應用電路 。 基本電路與圖 1 20一樣 , 只是增加了一些啟動電路 , 防止電源反接以及使左右兩支路對稱的附加電路 , 以進一步地提高性能 。 流過電路的總電流 IT為 : 式中當 R和 r一定時 , 電路的輸出電流與溫度有良好的線性關系 。 當電流 I1恒定時 , 通過改變 R1的阻值 , 可實現(xiàn) I1=I2, 當晶體管的 β≥1時 , 電路的輸出電壓可由下式確定 , 即 : 若取 R1=940Ω, R2=30KΩ, r=37, 則電路輸出的溫度系數(shù)為 : 20 2 2 211lnbeU R KTU I R RR R q ??? ? ? ? ?KmvqKRRdTdUC T /10ln120 ???? ?20 2 2 211lnbeU R KTU I R RR R q ??? ? ? ? ?KmvqKRRdTdUC T /10ln120 ???? ?若取 R1=940Ω, R2=30KΩ, r=37, 則電路輸出的溫度系數(shù)為 : （ 2） 電流輸出型圖 1 20 為電流輸出型集成溫度傳感器的原理電路圖 。 這就是集成溫度傳感器的基本工作原理 , 在此基礎上可設計出各種不同電路以及不同輸出類型的集成溫度傳感器 。 r 是 T1和 T2管發(fā)射結的面積之比 。 q是電子電荷量 。 圖 118 集成溫度傳感器基本原理 1 2 12 1 2l n ( ) l n ( )be I A E IK T K TU q I A E q I ?? ? ? ? ?其中 T1和 T2是互相匹配的晶體管 ,I1和 I2分別是 T1和 T2管的集電極電流 , 由恒流源提供 。 1． 目前在集成溫度傳感器中 , 都采用一對非常匹配的差分對管作為溫度敏感元件 。 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是利用晶體管 PN結的電流電壓特性與溫度的關系 , 把感溫 PN結及有關電子線路集成在一個小硅片上 , 構成一個小型化 、 一體化的專用集成電路片 。透射過半導體材料的光強隨溫度而變化，探測器檢測輸出光強的變化即達到測量溫度的目的。 被測對象光 纖 敏 感元 件光源光探測器至 信 號 處理 系 統(tǒng)光纖光源光探測器至 信 號 處理 系 統(tǒng)光纖被測對象光 敏 感 元件( a )( b )光纖傳感器組成示意圖 （ a） 傳感型（功能型）； （ b） 傳光型 （非功能型） 光纖溫度傳感器 根據(jù)工作原理它可分為相位調制型 、 光強調制型和偏振光型等 。 光纖傳感器的組成 光纖傳感器由光源 、 敏感元件 （ 光纖或非光纖的 ） 、 光探測器 、 信號處理系統(tǒng)以及光纖等組成 。 光纖傳感器一般分為兩大類： 功能型傳感器 (傳感型傳感器 ):利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器 。 2 ?c?i? ?? ??in0n2n1纖芯包層光纖傳感器的工作原理 光纖傳感器原理實際上是研究光在調制區(qū)內 ， 外界信號 （ 溫度 、 壓力 、 應變 、 位移 、 振動 、 電場等 ） 與光的相互作用 ， 即研究光被外界參數(shù)的調制原理 。 光纖的 NA越大 ， 表明它的集光能力越強 ， 一般希望有大的數(shù)值孔徑 ， 這有利于提高耦合效率； 但數(shù)值孔徑過大 ， 會造成光信號畸變 。 其意義是：無論光源發(fā)射功率有多大 ， 只有入射角處于 2θc的光椎角內 ， 光纖才能導光 。 可見這里的光線 “ 轉彎 ” 實際上是由光的全反射所形成的 。s i ns i n39。 時，有 22211 39。211si n 39。 。 若要在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射 ， 則界面上的光線臨界折射角 φc=90176。s i ns i n39。 折射率 n2折射率 n1參考軸 參考軸 參考軸?2折射光?2＝ 9 0 176。 纖芯的折射率 n1略大于包層的折射率 n2， 光纖的導光能力取決于纖芯和包層的性質 。 光纖結構及其傳光原理 1. 光導纖維 (光纖 )結構 光纖的基本結構 纖芯 n1包層 n2保護層由纖芯和包層組成 。 光纖傳感器和傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一定的優(yōu)點 ， 如不受電磁干擾 ， 體積小 ， 重量輕 ， 可繞曲 ， 靈敏度高 ， 耐腐蝕 ， 高絕緣強度 ， 防爆性好 ， 集傳感與傳輸于一體 ， 能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等 。 靈敏度高，能分辨微小的溫度變化； 測量范圍廣 (10～ 1300?C)； 抗干擾能力強，無需修正。 激光僅 用于 瞄準 紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應用 集成 IC 溫度測量 輻射式溫度傳感器：利用物體的輻射能隨溫度變化的原理測溫的。 雙通道光電比色溫度計 5 非接觸式測溫（輻射測溫） 9 2 . 2 癋1 0 0 . 6 癋951007 3 . 5 癋1 0 6 . 4 癋80100S P 0 1L I0 1紅外線輻射溫度計 紅外輻射溫度計既可用于高溫測量，又可用于冰點以下的溫度測量，所以是輻射溫度計的發(fā)展趨勢。 經(jīng)整理 ， 可得 比色溫度的概念：溫度為 T的物體在波長 λ 1和 λ 2下的光譜輻射出射度的比值 ， 與溫度為 Tc的全輻射體在同樣的波長 λ 1和 λ 2下的光譜輻射出射度的比值如果相等， 則把全輻射體的溫度稱為該物體的比色溫度 。 如：紅外溫度傳感器 :被測對象的兩個不同波長的光譜輻射能量投射到一個檢測元件上，或同時投射到兩個檢測元件上，根據(jù)它們的比值與被測對象溫度之間的關系實現(xiàn)輻射測溫的方法，比值與溫度之間的關系由兩個不同波長下普朗克公式之比表示，典型測溫傳感器是比色溫度計。 全輻射溫度計 部分輻射溫度計 為了提高儀表的靈敏度，有時熱敏元件不是采用熱電堆，而是采用光電池、光敏電阻以及其它的一些紅外探測元件，這些元件和熱電堆相比具有光譜選擇性，它們僅能對某一波長范圍的光譜產(chǎn)生效應。光學系統(tǒng)有透射式、反射式和混合式幾類。 輻射高溫計由輻射傳感器和顯示儀表組成，輻射傳感器又由光學系統(tǒng)與輻射變換器兩部分構成。 缺點： 人眼觀察 ， 并需用手動平衡 ， 因此不能實現(xiàn)快速 測量和自動記錄 ， 且測量結果帶有主觀性 。 bTm ?? mKbTm ????? 輻射測溫方法 ? :比較被測物體與參考源在同一波長下的光譜亮度，并使二者的亮度相等，從而確定被測物體的溫度，典型測溫傳感器是光學高溫計。 0 1 2 3 4 5 )(TM?m)(??維恩位移 定律 每條曲線的峰值叫最大單色輻射強度，與峰值對應的波長用 表示。 2897m T m K????254100 00 dd 1cTcE E Te ??? ? ????? ? ???? 斯忒藩－玻耳茲曼定律： 確定了黑體全輻射與溫度的關系 。 熱輻射測溫基本原理 ? ?2510 (),T 1cTcEe ??? ???式中， λ — 波長， m ； T — 黑體溫度， K ； c1 — 第一輻射常數(shù)， 1016 W?m2； c2 — 第二輻射常數(shù)， 102 W?K； ? ? 2 ()501,T cTE c e ??? ???普朗克定律： 揭示了各種不同溫度下黑體輻射能量按波長分布的規(guī)律，其關系