【正文】 電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 溫度傳感器 3. 集成溫度傳感器 將溫度敏感元件和放大 、 運(yùn)算及補(bǔ)償電路采用微電子技術(shù)和集成工藝集成在一片芯片上 ,從而構(gòu)成集測(cè)量 、 放大 、 電源供電回路于一體的高性能集成溫度傳感器 ， 又稱溫度 IC。 目前較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料是鉑 (Pt)、 銅 (Cu)。 當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí) ， 其電阻值突然下降 ， 可用于各種電子電路中抑制浪涌電流 。 熱敏電阻的測(cè)量范圍為－ 50～＋ 300?C。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 溫度傳感器 1. 熱敏電阻 MF12型 NTC熱敏電阻 聚脂塑料封裝熱敏電阻 貼片式 NTC熱敏電阻 MF58型 （ 珠形 ）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 非標(biāo)熱敏電阻 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 溫度傳感器 熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件 ， 有正溫度系數(shù)熱敏電阻 （ PTC） 和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 （ NTC） 兩大類 。 固定在活塞上的磁性環(huán)運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)位置時(shí) ， 由于其磁場(chǎng)的作用 ， 使開(kāi)關(guān)內(nèi)振蕩線圈的電流發(fā)生變化 ， 內(nèi)部發(fā)放大器將電流轉(zhuǎn)換成輸出開(kāi)關(guān)信號(hào) 。 反射鏡 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光電傳感器 9. 反射型光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用 集成電路方向檢測(cè) 集成電路管腳排列檢測(cè) 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光電傳感器 10. 漫反射型光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光電傳感器 透明簿膜 透明物上的標(biāo)記物檢出 11. 光電斷續(xù)器的應(yīng)用 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光電傳感器 12. 光電斷續(xù)器的應(yīng)用 遮光板 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光纖傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光纖傳感器 反射型 遮斷型 反射鏡反射型 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光纖傳感器 ? 電路板標(biāo)志檢測(cè) 當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過(guò)標(biāo)志孔時(shí) ， 若無(wú)反射 ，說(shuō)明電路板方向放置正確 。 當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過(guò)該光電開(kāi)關(guān)時(shí) ， 發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接受 ， 于是產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào) 。 檢測(cè)距離 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 光電傳感器 反射鏡使用偏光三角棱鏡 ，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去 ， 光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡 ， 只能接受反射鏡反射回來(lái)的偏振光 。 當(dāng)被檢測(cè)物體位于發(fā)射器和接受器之間時(shí) ， 光線被阻斷 ， 接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào) 。 當(dāng)進(jìn)氣口向大氣敞開(kāi)時(shí) ，輸出電壓對(duì)應(yīng)于 “ 表壓 ” （ 相對(duì)于大氣壓的壓力 ） ；當(dāng)進(jìn)氣口封閉并抽真空時(shí) ， 輸出電壓對(duì)應(yīng)于 “ 絕對(duì)壓力 ” 。 應(yīng)變片粘貼在承重等截面鋼制圓柱表面上 ， 當(dāng)?shù)冉孛鎴A柱受外加力作用時(shí) ,應(yīng)變片隨圓柱的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的變形 ，從而使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化 ， 應(yīng)變片組成的電橋電路將電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓輸出 ， 經(jīng)后續(xù)電路處理顯示出外加力的大小 。 （ 2）是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體。 圖中的 R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻 。 電阻絲或半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量 ΔR/R與材料力學(xué)中的軸相應(yīng)變 εx的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的 。 當(dāng)動(dòng)極板在兩靜極板中間時(shí) ， 電容 C1等于C2， 總電容值 C等于零 （ C＝ C1－C2＝ 0） ， 當(dāng)動(dòng)極板向上有微小移動(dòng)時(shí) ， 電容 C1增大 ΔC（ C1‘ ＝ C1＋ ΔC） ， 電容 C2減小 ΔC（ C2’ ＝C2－ ΔC） ， 則總電容 C＝ C1＇－C2＇＝ 2ΔC， 這就是差動(dòng)的基本原理 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 加速度傳感器 7．差動(dòng) 電容 電容的大小與極板的面積 、極距和極板間的介質(zhì)有關(guān) ?？奢敵雠c加速度成正比的電壓 ， 也可輸出占空比正比于加速度的 脈沖 。 當(dāng)電容加速度傳感器受到上下振動(dòng)時(shí) ， 電容差動(dòng) 變化 ， 與加速度測(cè)試單元封裝在一起的信號(hào)處理電路將電容變化量摶換成電壓輸出 。 通過(guò)表面微加工技術(shù) ， 在硅襯底上制造出三個(gè)多晶硅電極 ， 組成差動(dòng)電容 。 當(dāng)力的方向改變時(shí) ， 電荷的極性隨之改變 ， 輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率相同；當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí) ，電荷將由于表面漏電而很快泄漏 、 消失 。 在壓電式動(dòng)態(tài)力傳感器中 ， 被測(cè)力通過(guò)傳力上蓋使壓電晶片受壓力作用而產(chǎn)生電荷 ，通過(guò)電極和引出插頭將電荷輸出 。 具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)有石英晶體 、 壓電陶瓷等 。 許多壓電加速度傳感器將電荷放大器做在同一殼體中 ， 傳感器輸出信號(hào)是電壓 ，同時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)重力加速度 g作為加速度的單位 ，所以壓電加速度傳感器的靈敏度單位為mV/g， 通常為 10~1000mV/g。 當(dāng)傳感器與被測(cè)振動(dòng)加速度的機(jī)件緊固在一起后 ， 傳感器受機(jī)械運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)加速度作用 ， 壓電晶片 受到質(zhì)量塊慣性引起的壓力 ， 大小由 F＝ ma決定 。 光電斷續(xù)器的發(fā)光二極管可以用直流電驅(qū)動(dòng) ， 亦可用 40kHz尖脈沖電流驅(qū)動(dòng)；紅外LED的正向壓降約為 ~， 驅(qū)動(dòng)電流控制在 20mA以內(nèi) 。 通過(guò)脈沖頻率的測(cè)量或脈沖計(jì)數(shù) ， 即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移 。 6. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 速度傳感器 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中 ， 磁場(chǎng)方向垂直于薄片 ， 當(dāng)有電流 I 流過(guò)薄片時(shí) ， 在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) EH， 這種現(xiàn)象 稱為 霍爾效應(yīng) 。 若翼片數(shù)為 Z， 則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 為： n=60f / Z 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 速度傳感器 若汽車在剎車時(shí)車輪被抱死 ， 將產(chǎn)生危險(xiǎn) 。 當(dāng)翼片轉(zhuǎn)到磁鐵與霍爾 IC之間時(shí) ， 磁場(chǎng)被屏蔽 ， 霍爾 IC輸出高電平 ， 反之為低電平 。 響應(yīng)時(shí)間 t 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物體時(shí)刻到接近開(kāi)關(guān)出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間之差 。 齊平式 （ 又稱埋入型 ）的接近開(kāi)關(guān)表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面 ， 不易被碰壞 ， 但靈敏度較低；非齊平式 （ 非埋入安裝型 ） 的接近開(kāi)關(guān)則需要把感應(yīng)頭露出一定高度 ， 否則將降低靈敏度 。 回差值越大 ， 對(duì)外界的干擾以及被測(cè)物的抖動(dòng)等的抗干擾能力就越強(qiáng) 。 復(fù)位距離 接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作后 ， 又再次復(fù)位時(shí)的與物的距離 ， 它略大于動(dòng)作距離 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 電感式接近開(kāi)關(guān) 接近開(kāi)關(guān)的術(shù)語(yǔ)解釋（ 1） 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 電感式接近開(kāi)關(guān) 動(dòng)作 （ 檢測(cè) ） 距離 被測(cè)體按一定方式移動(dòng)時(shí) ， 從基準(zhǔn)位置 （ 接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)表面 ） 到開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置到檢測(cè)面的空間距離的標(biāo)稱值 。 這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān) ， 使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減 ， 內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化 ， 由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近 ， 進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷 。A、 B兩個(gè)傳感器的輸出波形如圖中所示 ，從中獲得如下信息：一是 ， A、 B兩路脈沖不是對(duì)齊的 ， 而是有先后 ， 稱為超前或滯后 ， 如 A脈沖超前 B脈沖 ， 則表示齒輪正轉(zhuǎn) ， 如 B脈沖超前 A脈沖 ， 則表示齒輪反轉(zhuǎn)；二是 ， 脈沖頻率與齒輪轉(zhuǎn)速是相對(duì)應(yīng)的 ， 轉(zhuǎn)速越快 ， 頻率越高 。 每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒 ， 傳感器輸出一個(gè)脈沖信號(hào) ， 在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)即可獲得脈沖頻率 ， 再根據(jù)齒輪齒數(shù) ， 就可獲得齒輪的轉(zhuǎn)速 。 若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)有 Z個(gè)槽 （ 或齒 ） ， 頻率計(jì)的讀數(shù)為 f（ Hz） ， 則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 為 n=60f / Z 市售的電渦流式轉(zhuǎn)速表俗稱“ 電感轉(zhuǎn)速表 ” ， 其工作 原理實(shí)質(zhì)上是電渦流效應(yīng) 。 方向 TTL為高電平時(shí) ， 表示 CP脈沖為正轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖；方向 TTL為低電平時(shí) ， 表示 CP脈沖為反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖 。 Un n Un n +Un max － Un max +nmax － nmax 1. 測(cè)速發(fā)電機(jī) 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 速度傳感器 n 鑒 相 PA PB CP 方向 TTL 2. 增量式 光電編碼器數(shù)字測(cè)速 f f ∝ n M法測(cè)速和 T法測(cè)速 。 ? 零標(biāo)志 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 ?M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合） m1 T 有一增量式光電編碼器 ， 其參數(shù)為 1024p/r， 在5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得 65536個(gè)脈沖 ， 則轉(zhuǎn)速 （ r/min)為 ： n = 60 65536 /（ 1024 5） =768 r/min 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 N 個(gè)脈沖 ， 在 T 時(shí)間段內(nèi)有 m1 個(gè)脈沖產(chǎn)生 ， 則轉(zhuǎn)速 （ r/min)為 : n = 60m1/（ NT） 5. 增量式編碼器數(shù)字測(cè)速 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測(cè)與傳感器 ?T法測(cè)速（適合于低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合） 編碼器輸 出脈沖 時(shí)鐘脈沖 fc m2 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 N 個(gè)脈沖 ， 用已知頻率 fc作為時(shí)鐘 ，填充到編碼器輸出的兩個(gè)相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為 m2， 則轉(zhuǎn)速(r/min)為： n = 60fc / （ Nm2 ）