【正文】 ⑤振蕩器：產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的振蕩電壓，作為電 橋供電電壓和相敏檢波器的參考電壓。彈性應(yīng)變：當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)其尺寸和形狀的應(yīng)變。具有彈性應(yīng)變特性的物體。工作原理當(dāng)被測(cè)物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，引起應(yīng)變片的電阻值變化，通過測(cè)量電路變成電量輸出。分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為：柱式﹑橋式﹑輪輻式﹑梁式﹑環(huán)式等。橋式：傳感器彈性體為橋式，其兩端用兩只螺栓緊固到下面的支撐體上，其彈性體與支撐體之間有一間隙，為彈性體的受力變形空間。輪輻式：高度低、精度高、抗偏心載荷和側(cè)向力強(qiáng)。板環(huán)式：特點(diǎn)是輸出靈敏度高、受力狀態(tài)穩(wěn)定、溫度均勻性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，可制成拉壓2種型號(hào)，～30噸的拉壓方式稱重傳感器，這種方式是很好的。組成：彈性元件，電阻應(yīng)變計(jì)和外殼及補(bǔ)償電阻。應(yīng)變式加速度傳感器 幾種新型的微應(yīng)變式傳感器概念壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象就稱為壓阻效應(yīng)?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）：是半導(dǎo)體技術(shù)中一種常用的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)，這種技術(shù)使用化學(xué)的方法來沉積薄膜。第三章 光電式傳感器第三章 光電式傳感器 教學(xué)要求1．掌握光電效應(yīng)的基本概念，內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。3．掌握光電管，光電倍增管，光敏電阻，光電耦合器件的原理，結(jié)構(gòu)。5．了解其它光電傳感器的組成，原理和發(fā)展趨勢(shì)。 教學(xué)內(nèi)容光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。 光電效應(yīng)外光電效應(yīng)是指，在光線作用下物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的物理現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)是指，半導(dǎo)體材料在光照下禁帶中的電子受到能量不低于禁帶寬度的光子的激發(fā)而躍遷到導(dǎo)帶，從而增加電導(dǎo)率的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)是指光線作用能使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。勢(shì)壘效應(yīng)的機(jī)理是在金屬和半導(dǎo)體的接觸區(qū)(或在PN結(jié))中，電子受光子的激發(fā)脫離勢(shì)壘（或禁帶）的束縛而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在阻擋層內(nèi)電場(chǎng)的作用下電子移向 N區(qū)外側(cè)，空穴移向 P區(qū)外側(cè)，形成光生電動(dòng)勢(shì)?；谕夤怆娦?yīng)的光電敏感器件有光電管和光電倍增管?；趧?shì)壘效應(yīng)的有光電二極管和光電三極管。 熱釋電效應(yīng)所謂熱釋電效應(yīng)是指該種材料中自發(fā)極化的強(qiáng)度隨溫度的變化而變化的效應(yīng)。了解。光譜靈敏度R：, 如果是常數(shù)，則相應(yīng)的探測(cè)器為無選擇性探測(cè)器，如：光熱探測(cè)器；反之，則為選擇性探測(cè)器，如光子探測(cè)器。量子效率表示探測(cè)器吸收的光子數(shù)和激發(fā)的電子書之比。通常認(rèn)為當(dāng)信號(hào)光電流等于噪聲電流時(shí)，剛剛能測(cè)量到光電流存在。噪聲等效功率越小，探測(cè)器探測(cè)微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)。頻率特性表征光電器件的動(dòng)態(tài)性能，反映了交變光照下器件的輸出特性，用響應(yīng)時(shí)間來表示。它是傳感器設(shè)計(jì)時(shí)選擇電參數(shù)的依據(jù)。溫度特性光電器件隨所處環(huán)境溫度的變化，其光電效應(yīng)的外在表現(xiàn)會(huì)發(fā)生變化。 光電傳感器一種是半導(dǎo)體材料類型的光電管，它的工作原理光電二極管又叫光敏二極管，是利用半導(dǎo)體的光敏特性制造的光接受器件。光電二極管是一種特殊的二極管，它工作在反向偏置狀態(tài)下。如我們樓道用的光控開關(guān)。光電倍增管是一種能將微弱的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件。光電倍增管是一種真空器件。典型的光電倍增管按入射光接收方式可分為端窗式和側(cè)窗式兩種類型。其主要工作過程如下： 當(dāng)光照射到光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。然后把放大后的電子用陽(yáng)極收集作為信號(hào)輸出。另外，光電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點(diǎn)。光敏電阻結(jié)構(gòu)：通常由光敏層、玻璃基片（或樹枝防潮膜）和電極等組成的。它在無光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。光敏電阻器種類： 2）按光譜特性分類： ● 可見光光敏電阻器：主要用于各種光電自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子照相機(jī)、光報(bào)警等地。 ● 紅外光光敏電阻器：主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)。2）暗電阻(MΩ)：指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時(shí)的電阻值。4）亮電流：指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時(shí)所通過的電流。6）時(shí)間常數(shù)（s）：指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63％時(shí)所需的時(shí)間。8）靈敏度：指光敏電阻器在有光照射和無光照射時(shí)電阻值的相對(duì)變化。光電二極管和光電三極管光電二極管、光電三極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光電三極管除具有光電轉(zhuǎn)換的功能外，還具有放大功能，在電路圖中文字符號(hào)一般為VT。同光電二極管一樣，光電三極管外殼也有一個(gè)透明窗口，以接收光線照射。正、反向阻值一大一小者為光電二極管。如無標(biāo)記可用一塊黑布遮住其接收光線信號(hào)的 窗口，將萬用表置R*1 K擋測(cè)出正極和負(fù)極，同時(shí)測(cè)得其正向電阻應(yīng)在10K~20K間，其反向電阻應(yīng)為無窮大，表針不動(dòng)。光電三極管檢測(cè)：光電三極管管腳較長(zhǎng)的是發(fā)射極，另一管腳是集電極。光電二極管和三極管的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應(yīng)時(shí)間、溫度特性和頻率特性等來描述。曲線1表示氧銫陰極：光照特性成線性關(guān)系曲線2表示銻銫陰極：光照特性成非線性關(guān)系。光電管的光照特性光譜特性：由于光陰極對(duì)光譜有選擇性，因此光電管對(duì)光譜也有選擇性。一般對(duì)于光電陰極材料不同的光電管，有不同的紅限頻率v0，對(duì)應(yīng)于不同的光譜范圍。光譜特性：對(duì)不同波長(zhǎng)區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極——光譜響應(yīng)范圍。對(duì)紅外光源，常用氧銫陰極。當(dāng)極間電壓高于50V時(shí)，光電流開始飽和，所有的光電子都達(dá)到了陽(yáng)極。光電池常用的材料是硅和硒，也可以使用鍺、硫化鎘、砷化鎵和氧化亞銅等。結(jié)構(gòu)：硅光電池是用單晶硅制成，在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個(gè)大面積的PN結(jié)，P層做得很薄，從而使光線能穿透照到PN結(jié)上?；咎匦?﹑光照特性開路電壓曲線：光生電動(dòng)勢(shì)與照度之間的特性曲線，當(dāng)照度為2000lx時(shí)趨向飽和。短路電流：指外接負(fù)載相對(duì)于光電池內(nèi)阻而言是很小的。硅光電池的光照特性 硅光電池光照特性與負(fù)載的關(guān)系2﹑光譜特性光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長(zhǎng)在500nm附近，適宜測(cè)可見光。光電池的光譜特性 光電池的頻率特性3﹑頻率特性光電池作為測(cè)量、計(jì)數(shù)、接收元件時(shí)常采用調(diào)制光輸入。頻率特性與材料、結(jié)構(gòu)尺寸和使用條件等有關(guān)。硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)，而硒光電池則較差。開路電壓與短路電流均隨溫度而變化，它將關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器設(shè)備的溫度漂移，影響到測(cè)量或控制精度等主要指標(biāo)。硅光電池的溫度特性曲線PIN型硅光電二極管雪崩式光電二極管(APD)達(dá)林頓光電三極管光導(dǎo)攝像管以上各節(jié)均做了解。光電耦合器件 光電耦合器：發(fā)光元件和光電傳感器同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。由于它具有單向信號(hào)傳輸功能，因此適用于數(shù)字邏輯中開關(guān)信號(hào)的傳輸和在邏輯電路中作為隔離器件及不同邏輯電路間的接口。(b)采用高速開關(guān)管構(gòu)成的高速光電耦合器,適用于較高頻率的裝置中。組成與結(jié)構(gòu)： CCD圖像傳感器電荷藕合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。第四章 光纖傳感器第四章光纖傳感器216。2．掌握光纖的主要參數(shù)。4. 了解各類光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。 教學(xué)內(nèi)容光導(dǎo)纖維(光纖) 光纖的結(jié)構(gòu)：石英玻璃，直徑5－75um，材料以二氧化硅為主，摻雜微量元素。：硅酮或丙烯酸鹽，隔離雜光。斯涅爾定理(Snell39。nnθr、θi間的數(shù)學(xué)關(guān)系為：n1sinθi=n2sinθr（1）當(dāng)θr=90186。此時(shí)，出射光線沿界面?zhèn)鞑?，稱為臨界狀態(tài)。這時(shí)便發(fā)生全反射現(xiàn)象，其出射光不再折射而全部反射回來。1﹑數(shù)值孔徑NA 入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。定義為：。CCITT ～，其對(duì)應(yīng)的光纖端面接收角θc=10176。2﹑傳播模式采用“V值”表述光在階躍型折射率光纖中的傳播特性：a為纖芯半徑，λ0為入射光在真空中的波長(zhǎng)。,只允許一波或模式在光纖中傳輸。光纖的類型2﹑按傳播模式的多少：?jiǎn)文９饫w和多模光纖。振幅型光纖傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、與多模光纖技術(shù)的相容性好、信號(hào)檢測(cè)較容易等優(yōu)點(diǎn)，但其靈敏度較低。強(qiáng)度型(振幅型)：光纖采用Ｙ型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。特點(diǎn)：反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。他們均屬于強(qiáng)度調(diào)制型傳感器。測(cè)量機(jī)構(gòu)分類：邁克爾遜﹑馬赫澤德﹑薩格奈克和法布里珀羅。在每種傳感器中，光源的輸出光束均被分成兩束或兩束以上的光。 光纖（強(qiáng)度）干涉儀光纖耦合器：光纖耦合器（Coupler）又稱分歧器 （Splitter），是將光訊號(hào)從一條光纖中分至多條光纖中的元件，屬于光被動(dòng)元件領(lǐng)域，在電信網(wǎng)路、有線電視網(wǎng)路、用戶回路系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)路中都會(huì)應(yīng)用到。 光纖傳感器的應(yīng)用舉例1﹑相位檢測(cè)其基本原理是利用被測(cè)對(duì)象對(duì)敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或傳播常數(shù)發(fā)生變化，而導(dǎo)致光的相位變化，使兩束單色光所產(chǎn)生的干涉條紋發(fā)生變化，通過檢測(cè)干涉條紋的變化量來確定光的相位變化量，從而得到被測(cè)對(duì)象的信息。這類傳感器的靈敏度很高。 2. 光纖聲傳感器通常有利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動(dòng)傳感器。利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場(chǎng)傳感器。 教學(xué)要求1．掌握變磁阻式傳感器的原理。3．掌握差動(dòng)變壓器式傳感器的基本原理。216。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí),氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。 由磁路歐姆定律, 得式中：—磁路總磁阻。若忽略磁路磁損, 則磁路總磁阻為 式中：—鐵芯材料的導(dǎo)磁率；—銜鐵材料的導(dǎo)磁率；—磁通通過鐵芯的長(zhǎng)度；—磁通通過銜鐵的長(zhǎng)度；S1——鐵芯的截面積；S2—銜鐵的截面積；—空氣的導(dǎo)磁率；S0—?dú)庀兜慕孛娣e；δ—?dú)庀兜暮穸?。使用最廣泛的是變氣隙厚度δ式電感傳感器。在很小時(shí)，電感的相對(duì)變化量為，靈敏度為：由此可見, 變間隙式電感傳感器的測(cè)量范圍與靈敏度及線性度相矛盾, 所以變隙式電感式傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。三﹑差動(dòng)電感傳感器差動(dòng)變隙式電感傳感器由兩個(gè)相同的電感線圈Ⅰ、Ⅱ和磁路組成, 測(cè)量時(shí), 銜鐵通過導(dǎo)桿與被測(cè)位移量相連, 當(dāng)被測(cè)體上下移動(dòng)時(shí), 導(dǎo)桿帶動(dòng)銜鐵也以相同的位移上下移動(dòng), 使兩個(gè)磁回路中磁阻發(fā)生大小相等, 方向相反的變化, 導(dǎo)致一個(gè)線圈的電感量增加, 另一個(gè)線圈的電感量減小, 形成差動(dòng)形式。② 差動(dòng)式的非線性項(xiàng)等于單線圈非線性項(xiàng)乘以因子, 因?yàn)? 所以, 差動(dòng)式的線性度得到明顯改善。 四、測(cè)量電路電感式傳感器的測(cè)量電路有交流電橋式、 交流變壓器式以及諧振式等幾種形式。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的, 并且次級(jí)繞組都用差動(dòng)形式連接, 故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。 形差動(dòng)變壓器的靈敏度表達(dá)式可知傳感器的靈敏度將隨電源電壓和變壓比的增大而提高，隨起始間隙增大而降低。 六、變磁阻式傳感器的應(yīng)用變隙電感式壓力傳感器由膜盒、鐵芯、銜鐵及線圈等組成, 銜鐵與膜盒的上端連在一起。于是銜鐵也發(fā)生移動(dòng), 從而使氣隙發(fā)生變化, 流過線圈的電流也發(fā)生相應(yīng)的變化, 電流表指示值就反映了被測(cè)壓力的大小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。第六章 壓電傳感器第六章 教學(xué)要求1．掌握壓電效應(yīng)的原理。3．掌握聲表面波現(xiàn)象的基本原理。216。晶體的壓電效應(yīng)2﹑壓電材料目前壓電材料可分為三大類：一是壓電晶體(單晶)，它包括壓電石英晶體和其他壓電單晶；二是壓電陶瓷(多晶半導(dǎo)瓷)；三是新型壓電材料，又可分為壓電半導(dǎo)體和有機(jī)高分子壓電材料兩種。 此時(shí)慣性力F作用于壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷q，當(dāng)傳感器選定后，m為常數(shù)，則傳感器輸出電荷為 q=d11F=d11ma與加速度a成正比。 2﹑壓電加速度傳感器的參數(shù)電荷靈敏度對(duì)式，當(dāng)時(shí)得到的電荷Q值，稱為電荷靈敏度。電壓靈敏度對(duì)式，當(dāng)時(shí)即為靈敏度的電壓表示法，單位為。勁度系數(shù)，式中為壓電晶片的楊氏模量?？v向效應(yīng)是最常見的。故可把壓電傳感器看成一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)的電荷發(fā)生器，其電容量為：等效電路為（a）： 壓電元件的等效電路 （a） 電壓源。實(shí)際使用時(shí)，壓電傳感器通過導(dǎo)線與測(cè)量?jī)x器相連接，連接導(dǎo)線的等效電容CC、前置放大器的輸入電阻Ri、輸入電容Ci對(duì)電路的影響就必須一起考慮進(jìn)去。這兩種等效電路是完全等效的。 （b） 電荷源 由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)很微弱，通常先把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗交換以后，方