常用傳感器與敏感元件.ppt

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1、當(dāng)我象嗡嗡作響的陀螺一樣高速旋轉(zhuǎn)的時候，就自然排除了外界各種因素的干擾，抵抗著外界的壓力。皮埃爾·居里PierreCurie法國物理學(xué)家1859－1906第四章常用傳感器與敏感元件§4.1概述§4.2機械式傳感器§4.3電阻傳感器§4.4電容傳感器§4.5電感傳感器§4.6磁電傳感器§4.7壓電傳感器§4.8傳感器選用原則▼▼▼▼▼▼▼▼電子脈沖地面激光接受裝置熱射線電子感受器調(diào)制解調(diào)奧運圣火.................................水列車自動供水系統(tǒng)§4.1概述1.傳感器(Sensor)定義傳

2、感器是能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路和輔助電源組成(GB/T7665-1987)。狹義上，非電信號電信號。傳感器的組成框圖在非電量電測系統(tǒng)中的作用敏感作用：感受并拾取被測對象的信號；轉(zhuǎn)換作用：被測信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸、檢測和處理的電信號。被測對象觀察者傳感器非電量信號調(diào)理電量信號處理電量顯示記錄電量/數(shù)字量將物理量（水位、壓力等）間接變換成電信號的變化。獲取傳感器信號的兩種方法直接獲得電信號的變化（開關(guān)傳感器）；開關(guān)量輸出的傳感器模擬量輸出的傳感器2

3、.傳感器的分類(1)按被測物理量分類(2)按傳感器元件的變換原理分類位移傳感器,流量傳感器,溫度傳感器等。電阻式,電容式,電感式,壓電式,光電式等。能量轉(zhuǎn)換型：直接由被測對象輸入能量使其工作，不需要外加電源。(無源傳感器）例如:熱電偶溫度計壓電式加速度計能量控制型：從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化。(有源傳感器）例如:電阻應(yīng)變片能量傳遞型：從某種能量發(fā)生器與接受器進(jìn)行能量傳遞過程中實現(xiàn)敏感檢測。例如:超聲波發(fā)生器和接受器(3)按傳感器的能量傳遞方式分類(4)按信號的變換特征分類物性型:依靠敏感元件材料本身

4、物理性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號變換。例如:水銀溫度計，壓力測力計等。結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。例如:電容式和電感式傳感器。3.常見的被測物理量機械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量聲:聲壓,噪聲磁:磁通,磁場溫度:溫度,熱量,比熱光：亮度,色彩4.對傳感器的性能要求工作范圍或量程應(yīng)足夠大，具有一定的過載能力；與檢測系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高；精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高；（靜態(tài)特性）反應(yīng)速度快，工作可靠性高；（動態(tài)特性）適應(yīng)性和適用性強。作為檢測系統(tǒng)

5、的首要環(huán)節(jié)，必須具有快速、準(zhǔn)確、可靠而又能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換的性能。5.傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的固態(tài)化（物性型傳感器）；傳感器的智能化（傳感器+計算機的某些功能）；自補償、自診斷、自校正、數(shù)據(jù)存儲、分析、處理、通信研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器；傳感器的集成化和多功能化。（1）機器人中的傳感器信息融合控制和信息融合計算機自主移動裝配機器人裝配機械手力覺傳感器觸覺傳感器視覺傳感器超聲波傳感器激光測距傳感器多傳感器信息融合自主移動裝配機器人▲（2）艦船上的傳感器信息融合行掃描處理器紅外探測器直流偏壓AGC搜索器萬向支架慣性導(dǎo)

6、航系統(tǒng)圖像攝像機萬向支架圖像處理共享存儲器數(shù)據(jù)融合處理器環(huán)境控制顯示記錄人機界面圖像攝像機傳感器海軍艦船傳感器信息融合系統(tǒng)§4.2機械式傳感器1.組成敏感元件（彈性體）機械放大指示系統(tǒng)輸入量輸出量彈性變形輸出力壓力溫度…...機械式指針儀表2.彈性敏感元件彈性敏感元件在傳感器中因為直接參與信號變換和測量，所以對其材料有一定的要求。1）彈性蠕變和彈性后效要??；2）彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要?。?）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；4）彈性極限和強度極限要高；5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性；6）具有良好的機械加工性和熱處理性。3.典型應(yīng)用4

7、.機械式傳感器的特點?結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；價格低廉，讀數(shù)直觀。?機械式放大，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。?元件的彈性蠕變和后效現(xiàn)象影響輸入、輸出的線性關(guān)系。5.改進(jìn)為提高測量的頻率范圍,常把機械傳感器與其它傳感器結(jié)合起來。先用彈性元件把被測量轉(zhuǎn)換成位移量,再用其它類型的傳感器(電阻、電容等）把位移轉(zhuǎn)換成電信號輸出?！娮枋絺鞲衅魇前驯粶y量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器。按工作原理可分為:熱敏式電阻應(yīng)變式變阻器（電位器）式光敏式濕敏式§4.3電阻式傳感器一.變阻器式傳感器變阻器式傳感器也

8、稱為電位計式傳感器，通過改變電位器觸頭位置，實現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)換為電阻R的變化。有直線位移型、角位移型和非線性型三種。1.工作原理R=f(?,A,l)。當(dāng)電阻絲的截面積A與電阻率ρ一定時，R=f(l)是單值函數(shù)關(guān)系。2.直線位移型變阻器式傳感器設(shè)電位計觸頭移動?x，A點與b點間電阻值變化?R，則：3.角位移型變阻器式傳感器4.非線性電位