第2章傳感器與調(diào)理技術(shù)2

1、虛擬儀器常用傳感虛擬儀器常用傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)器與信號(hào)調(diào)理技術(shù)2.1.5 光電式傳感器n光電傳感器光電傳感器是先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為光量的變是先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為光量的變化，再通過(guò)光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)化，再通過(guò)光電器件把光量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種測(cè)量裝置。的一種測(cè)量裝置。n光電傳感器主要由光電傳感器主要由光輻射源光輻射源，光學(xué)通路光學(xué)通路，光電器光電器件件以及以及測(cè)量電路測(cè)量電路等組成。等組成。常用光電器件光柵光柵光纖光纖光電管光電管光敏電阻光敏電阻光電傳感器應(yīng)用概述1. 光電器件n光電器件光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件，它是構(gòu)成光電式傳感

2、器最主要感器件，它是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。的部件。 n光電器件響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，光電器件響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便， 而且有較高的可靠性，因此在自動(dòng)檢測(cè)、而且有較高的可靠性，因此在自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。n光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)光電效應(yīng)。（1）光電效應(yīng)n光可以看作以一連串具有能量的粒子（稱為光子）光可以看作以一連串具有能量的粒子（稱為光子）所構(gòu)成，每個(gè)光子能量的大小等于普朗克常數(shù)所構(gòu)成，每個(gè)光子能量的大小等于普朗克常數(shù)h h乘乘以光的頻率以光的頻率，即，即 E=hE=h，光的波長(zhǎng)越短，即頻

3、，光的波長(zhǎng)越短，即頻率越高，其光子的能量也越大。率越高，其光子的能量也越大。 光照射在物體上可以看成一連串具有一定能量光照射在物體上可以看成一連串具有一定能量的光子轟擊這些物體，而光電效應(yīng)就是由于這物體的光子轟擊這些物體，而光電效應(yīng)就是由于這物體吸收光子能量為吸收光子能量為hh的光后產(chǎn)生的效應(yīng)。的光后產(chǎn)生的效應(yīng)。n光電效應(yīng)光電效應(yīng)：通常是指物體敏感到由紫外線到紅外線：通常是指物體敏感到由紫外線到紅外線的光能量，并將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的現(xiàn)象。的光能量，并將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的現(xiàn)象。光電效應(yīng)分類: : 在光線作用下在光線作用下, , 物體的電導(dǎo)性能改變的現(xiàn)象稱物體的電導(dǎo)性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)為內(nèi)

4、光電效應(yīng), , 如光敏電阻等就屬于這類光電器件；如光敏電阻等就屬于這類光電器件； 在光線作用下在光線作用下, , 能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)稱為外光電效應(yīng), , 如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件；如光電管、光電倍增管就屬于這類光電器件； 在光線作用下在光線作用下, , 能使物體產(chǎn)生一定方向的電能使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng), , 即阻擋層光電效應(yīng)即阻擋層光電效應(yīng), , 如光電池、如光電池、 光敏晶體管等就屬于這類光電器件。光敏晶體管等就屬于這類光電器件。（2）常用光電元件的工作原理光敏電阻n光敏電阻光敏

5、電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。理是基于內(nèi)光電效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。n 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等；和壽命長(zhǎng)等；n 不足不足: :需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。1）光敏電阻的結(jié)構(gòu)n在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體材料，兩端裝在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體材料，兩端裝上金屬電極，然后壓入塑料封裝體內(nèi)。上

6、金屬電極，然后壓入塑料封裝體內(nèi)。為了獲得高的靈敏度，為了獲得高的靈敏度，電極一般采用硫狀圖案。電極一般采用硫狀圖案。n常用的光敏電阻材料有硫化鎘、硒化鉛、碲化鋁等。常用的光敏電阻材料有硫化鎘、硒化鉛、碲化鋁等。2）光敏電阻的工作原理 無(wú)光照時(shí)無(wú)光照時(shí), ,光敏電阻值很大光敏電阻值很大, ,電路中電流很小。電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí), ,它的阻值它的阻值急劇減少急劇減少, ,電路中電流迅速增大。電路中電流迅速增大。3）光敏電阻的主要參數(shù)暗電阻暗電阻：光敏電阻在不受光時(shí)的阻值稱為暗電阻：光敏電阻在不受光時(shí)的阻值稱為暗電阻, , 此時(shí)流過(guò)的電

7、流稱為暗電流；此時(shí)流過(guò)的電流稱為暗電流；亮電阻亮電阻：光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻：光敏電阻在受光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻, ,此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流；此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流；光電流光電流：亮電流與暗電流之差稱為光電流。：亮電流與暗電流之差稱為光電流。 光敏電阻暗電阻越大越好光敏電阻暗電阻越大越好, , 亮電阻越小越好亮電阻越小越好, ,也就是說(shuō)暗電流越小越好，亮電流越大越好，此時(shí)也就是說(shuō)暗電流越小越好，亮電流越大越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級(jí)般在兆歐級(jí), , 亮電阻在幾千歐以下。亮電阻在幾千歐以下。4）光

8、敏電阻的基本特性n在一定照度下在一定照度下, 流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。b)光照特性n光敏電阻的光照特性是描述光電流光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強(qiáng)和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。度之間的關(guān)系。 硫化鎘光敏電阻的光照特性硫化鎘光敏電阻的光照特性c)光譜特性n光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。，亦稱為光譜響應(yīng)。 對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)入射光，光敏電阻的靈敏度是對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)入射光，光敏電阻的靈敏度是不同的。對(duì)不

9、同材料的光敏電阻，光譜特性不同。不同的。對(duì)不同材料的光敏電阻，光譜特性不同。d)頻率特性n光電器件輸出端電壓光電器件輸出端電壓( (電流電流) )的振幅，或相對(duì)光譜靈的振幅，或相對(duì)光譜靈敏度隨入射通量的調(diào)制頻率的變化關(guān)系叫光電器件敏度隨入射通量的調(diào)制頻率的變化關(guān)系叫光電器件的頻率特性。的頻率特性。一般用時(shí)間常數(shù)來(lái)衡量響應(yīng)時(shí)間的快慢，一般用時(shí)間常數(shù)來(lái)衡量響應(yīng)時(shí)間的快慢，時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)是指光電是指光電器件輸出端電壓器件輸出端電壓( (光電流光電流) ) 達(dá)到最大值的達(dá)到最大值的63%63%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。e)溫度特性n光敏電阻受溫度的影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，光敏電阻受溫度的影響較

10、大，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗電阻和靈敏度都下降。它的暗電阻和靈敏度都下降。硫化鉛光敏電阻的溫度特性硫化鉛光敏電阻的溫度特性 幾種光敏電阻的特性參數(shù)5）光敏電阻測(cè)量電路 n測(cè)量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電測(cè)量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。 半導(dǎo)體光敏電阻可以通半導(dǎo)體光敏電阻可以通過(guò)較大的電流，所以在過(guò)較大的電流，所以在一般情況下，無(wú)需配備一般情況下，無(wú)需配備放大器。在要求較大的放大器。在要求較大的輸出功率時(shí)，可用圖所輸出功率時(shí)，可用圖所示的電路。示的電路。 6）光敏電阻的應(yīng)用n帶材跑偏檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)帶型材料在加工中偏離

11、正確位置帶材跑偏檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)帶型材料在加工中偏離正確位置的大小及方向的大小及方向, ,從而為糾偏控制電路提供糾偏信號(hào)從而為糾偏控制電路提供糾偏信號(hào), ,主要用主要用于印染、送紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過(guò)程中。于印染、送紙、膠片、磁帶生產(chǎn)過(guò)程中。帶材跑偏檢測(cè)器工作原理帶材跑偏檢測(cè)器工作原理 測(cè)量電路測(cè)量電路 光敏二極管和光敏晶體管1）結(jié)構(gòu)和工作原理）結(jié)構(gòu)和工作原理(a)光電二極管光電二極管(b)光電三極管光電三極管2）基本特性a)伏安特性伏安特性:光電流與外加偏壓的關(guān)系光電流與外加偏壓的關(guān)系.光照特性光照特性:光電流和照度之間的關(guān)系。光電流和照度之間的關(guān)系。b)光照照特性c)光譜特性光譜特性光譜特性:

12、 光照度一定時(shí)，光電流（或用相對(duì)靈敏度光照度一定時(shí)，光電流（或用相對(duì)靈敏度表示）與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系。表示）與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系。光敏二極管和三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)光敏二極管和三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng). .d)頻率特性頻率特性：指光敏管輸出的頻率特性：指光敏管輸出的光電流（或相對(duì)光靈光電流（或相對(duì)光靈敏度）隨頻率變化的關(guān)系。敏度）隨頻率變化的關(guān)系。e)溫度特性溫度特性溫度特性:是指其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。是指其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。 溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大。所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度影響很大

13、。所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。幾種硅光電二極管的特性參數(shù)3）光敏晶體管應(yīng)用光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表60ZTNc 如果調(diào)制盤上開(kāi)如果調(diào)制盤上開(kāi)Z Z個(gè)個(gè)缺口，測(cè)量電路計(jì)數(shù)缺口，測(cè)量電路計(jì)數(shù)時(shí)間為時(shí)間為T T（S S），被測(cè)），被測(cè)轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為N(r/min)N(r/min)，則，則得到的計(jì)數(shù)值為：得到的計(jì)數(shù)值為：光電耦合器件n光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件；電器件；n光電耦合器

14、中的發(fā)光元件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極光電耦合器中的發(fā)光元件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極管，光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏管，光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管或光可控硅等；三極管或光可控硅等；n根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，可分為根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，可分為:n用于實(shí)現(xiàn)電隔離的用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器光電耦合器；n用于檢測(cè)有無(wú)物體的用于檢測(cè)有無(wú)物體的光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)。1）光電耦合器 n光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi)殼內(nèi), ,一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。n光電耦合器的結(jié)構(gòu)光電耦合器的結(jié)構(gòu)耦合器常見(jiàn)的組合

15、形式 光電耦合器特點(diǎn)n光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器，光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器， 它具有它具有抗干擾性能和單向信號(hào)傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路抗干擾性能和單向信號(hào)傳輸功能，廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及固態(tài)繼隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及固態(tài)繼電器等場(chǎng)合。電器等場(chǎng)合。2）光電開(kāi)關(guān)n光電開(kāi)關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光電開(kāi)關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換， 同時(shí)加以同時(shí)加以某種形式的放大和控制，某種形式的放大和控制， 從而獲得最終的從而獲得最終的控制輸出控制輸出“開(kāi)開(kāi)”、 “ “關(guān)關(guān)”信號(hào)的器件

16、。信號(hào)的器件。 n光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸，光電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是小型、高速、非接觸， 而且與而且與TTLTTL、 MOSMOS等電路容易結(jié)合。等電路容易結(jié)合。光電開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)圖圖（圖（a a）是一種透射式的光電開(kāi)關(guān)，它的發(fā)光元件）是一種透射式的光電開(kāi)關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸是重合的；和接收元件的光軸是重合的；圖（圖（b b）是一種反射式的光電開(kāi)關(guān)，它的發(fā)光元件）是一種反射式的光電開(kāi)關(guān)，它的發(fā)光元件和接收元件的光軸在同一平面且以某一角度相交，和接收元件的光軸在同一平面且以某一角度相交，交點(diǎn)一般即為待測(cè)物所在處。交點(diǎn)一般即為待測(cè)物所在處。3）光電耦合器應(yīng)用燃?xì)鉄崴髅}沖點(diǎn)火控制器燃?xì)鉄崴?/p>

17、器脈沖點(diǎn)火控制器 當(dāng)高壓打火針對(duì)打火確認(rèn)針?lè)烹姇r(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二當(dāng)高壓打火針對(duì)打火確認(rèn)針?lè)烹姇r(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，極管發(fā)光， 耦合器中的光敏三極管導(dǎo)通，耦合器中的光敏三極管導(dǎo)通， 經(jīng)經(jīng)V1V1、V2V2、V3V3放放大，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)吸電磁閥，將氣路打開(kāi)，燃?xì)馀龅交鸹慈紵?。大，?qū)動(dòng)強(qiáng)吸電磁閥，將氣路打開(kāi)，燃?xì)馀龅交鸹慈紵?2. 光電器件的測(cè)量方法 在某些檢測(cè)尺寸或振動(dòng)等儀器中，常采用這種傳感在某些檢測(cè)尺寸或振動(dòng)等儀器中，常采用這種傳感器。器。吸收式反射式 n恒光源發(fā)出光通量到被測(cè)物，再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反恒光源發(fā)出光通量到被測(cè)物，再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射出來(lái)的光通量投射到光電元件上。射

18、出來(lái)的光通量投射到光電元件上。 n例如，測(cè)量表面粗糙度、粗造等儀器的傳感器例如，測(cè)量表面粗糙度、粗造等儀器的傳感器 遮光式n恒光源是白熾燈（或其它任何光源）恒光源是白熾燈（或其它任何光源） n光通量穿過(guò)被測(cè)物，部分被吸收，而后到達(dá)光電元光通量穿過(guò)被測(cè)物，部分被吸收，而后到達(dá)光電元件上。件上。 n吸收量決定于被檢測(cè)介質(zhì)的被測(cè)參數(shù)。吸收量決定于被檢測(cè)介質(zhì)的被測(cè)參數(shù)。 n例如，測(cè)液體、氣體的透明度、混濁度的光電比色例如，測(cè)液體、氣體的透明度、混濁度的光電比色計(jì)、混濁度計(jì)的傳感器等。計(jì)、混濁度計(jì)的傳感器等。輻射式 n光輻射能源本身是被測(cè)物，光輻射能源本身是被測(cè)物， n由被測(cè)物發(fā)出的光通量到達(dá)光電元件上

19、。由被測(cè)物發(fā)出的光通量到達(dá)光電元件上。 n這種形式的光電傳感器可用于光電比色高溫計(jì)中，這種形式的光電傳感器可用于光電比色高溫計(jì)中，它的光通量的強(qiáng)度和光譜的強(qiáng)度分布都是被測(cè)溫它的光通量的強(qiáng)度和光譜的強(qiáng)度分布都是被測(cè)溫度的函數(shù)。度的函數(shù)。 光電器件測(cè)量方法應(yīng)用透射式透射式反射式反射式直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器n直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。它由開(kāi)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。它由開(kāi)孔圓盤、光源、光敏元孔圓盤、光源、光敏元件及縫隙板等組成。件及縫隙板等組成。n可通過(guò)測(cè)量光敏元件輸可通過(guò)測(cè)量光敏元件輸出的脈沖頻率，得知被出的脈沖頻率，得知被測(cè)轉(zhuǎn)速，即測(cè)轉(zhuǎn)速，即式中n轉(zhuǎn)速； 。f脈沖頻率； 。N圓盤開(kāi)

20、孔數(shù)。 n=f/Nn=f/N2.1.6 新型傳感器1. 超聲波傳感器n聲波聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。根據(jù)振動(dòng)頻率的不同，可分為次聲波、聲波、波。根據(jù)振動(dòng)頻率的不同，可分為次聲波、聲波、超聲波等。超聲波等。聲波及其分類聲波及其分類(1)(1)次聲波，振動(dòng)頻率低于次聲波，振動(dòng)頻率低于l6Hzl6Hz的機(jī)械波。的機(jī)械波。(2)(2)聲波聲波: :振動(dòng)頻率在振動(dòng)頻率在16Hz20KHz16Hz20KHz之間的機(jī)械波。之間的機(jī)械波。(3)(3)超聲波超聲波: :高于高于20KHz20KHz的機(jī)械波。的機(jī)械波。超聲波的物理性質(zhì)超聲波的物理性質(zhì): :

21、與聲波相比，振動(dòng)頻率高，波與聲波相比，振動(dòng)頻率高，波長(zhǎng)短，具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，長(zhǎng)短，具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的聲波，并具有很高的穿透能力。穿透能力。 超聲波的發(fā)生n壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成的。常用的壓電材料為石英晶體、壓電陶現(xiàn)象制成的。常用的壓電材料為石英晶體、壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等。在壓電材料切片上施加交變電壓，瓷鋯鈦酸鉛等。在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)，而產(chǎn)生超聲波，如圖所示。使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)，而產(chǎn)生超

22、聲波，如圖所示。壓電材料的壓電材料的固有頻率固有頻率與晶與晶體片厚度體片厚度d d有關(guān)，即：有關(guān)，即：d2cnf 式中，式中，n=1，2，3，是諧波是諧波的級(jí)數(shù)；的級(jí)數(shù)；c為波在壓電材料里為波在壓電材料里的傳播速度；的傳播速度； 超聲波的接收n當(dāng)超聲波作用到壓電晶體片上時(shí)，使晶片當(dāng)超聲波作用到壓電晶體片上時(shí)，使晶片伸縮，則在晶片的兩個(gè)界面上產(chǎn)生交變電伸縮，則在晶片的兩個(gè)界面上產(chǎn)生交變電荷。這種電荷先被轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過(guò)放大荷。這種電荷先被轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過(guò)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出結(jié)果。后送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出結(jié)果。它的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時(shí)它的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相

23、同，有時(shí)就用同一個(gè)超聲波發(fā)生器兼做超聲波接收就用同一個(gè)超聲波發(fā)生器兼做超聲波接收器。器。超聲波的傳播n超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)。超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)。對(duì)于液體及氣體對(duì)于液體及氣體，其傳播的速度為，其傳播的速度為:gB1c式中式中為介質(zhì)的密度；為介質(zhì)的密度；B Bg g為絕對(duì)壓縮系數(shù)。為絕對(duì)壓縮系數(shù)。在在固體固體中的傳播速度為：中的傳播速度為：)2-1)(1-1 EcE E為固體的彈性模量；為固體的彈性模量；為泊松比為泊松比超聲波在空氣中超聲波在空氣中傳播速度較慢，傳播速度較慢，為為340m/s340m/s超聲波的折射和反射n超聲波的一種傳播特性是在通過(guò)兩

24、種不同的介質(zhì)時(shí)，超聲波的一種傳播特性是在通過(guò)兩種不同的介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，如圖所示，具有的關(guān)系為產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，如圖所示，具有的關(guān)系為:21sinsinccc c1 1、c c2 2分別為超聲波在兩種介質(zhì)中分別為超聲波在兩種介質(zhì)中的速度；的速度；為人射角；為人射角；為折射角為折射角超聲波強(qiáng)度n超聲波的另一種傳播特性是在通過(guò)同種介質(zhì)時(shí)，隨著傳播距超聲波的另一種傳播特性是在通過(guò)同種介質(zhì)時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。設(shè)超聲波進(jìn)入介離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。設(shè)超聲波進(jìn)入介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度為質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度為I0，通過(guò)介質(zhì)后的強(qiáng)度為，通過(guò)介質(zhì)后的強(qiáng)度為I，則有，則有-A

25、d0eII d d為介質(zhì)的厚度；為介質(zhì)的厚度；A A為介質(zhì)對(duì)超聲為介質(zhì)對(duì)超聲波能量的吸收系數(shù)波能量的吸收系數(shù)Qcf2AQ Q為介質(zhì)的質(zhì)量因數(shù)；為介質(zhì)的質(zhì)量因數(shù)； f f為超為超聲波頻率；聲波頻率；c c為超聲波速度為超聲波速度對(duì)于對(duì)于固體介質(zhì)固體介質(zhì)，超聲波能量的，超聲波能量的吸收系數(shù)為吸收系數(shù)為超聲波傳感器n常用的超聲波傳感器有兩種常用的超聲波傳感器有兩種:n壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器 (或稱壓電式超聲波探頭或稱壓電式超聲波探頭)n磁致式超聲波傳感器磁致式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器磁致式超聲波傳感器超聲波超聲波發(fā)射原理發(fā)射原理是把鐵磁材料置于交變是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生

26、機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。磁場(chǎng)中，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)射出超聲波。接收原理接收原理是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上是當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí)，使磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生時(shí)，使磁滯材料磁場(chǎng)變化，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)輸出。感應(yīng)電勢(shì)輸出。 超聲波傳感器探頭外形 外殼用金屬制作，外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度很高的保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。壓電晶片磨損。 保護(hù)膜保護(hù)膜接插件接插件不同超聲波傳感器工作方式n超聲波傳感器使用時(shí)的兩種形式：超聲波傳感器使用時(shí)的兩種形式：直射式直射式、反射式反射式a)直射式直射式b)b)反射式反射式 c）兼用型）兼用型市場(chǎng)銷售的超聲波傳感器通常

27、標(biāo)市場(chǎng)銷售的超聲波傳感器通常標(biāo)有諧振中心頻率：有諧振中心頻率： 23KHz23KHz、40KHz40KHz、75KHz75KHz、200KHz200KHz、400KHz 400KHz 超聲波傳感器的工作原理n在超聲波發(fā)送器雙振子施加在超聲波發(fā)送器雙振子施加40KHz40KHz電壓，通過(guò)電壓，通過(guò)逆壓電效應(yīng)，送出超聲波信號(hào)。接收探頭經(jīng)逆壓電效應(yīng)，送出超聲波信號(hào)。接收探頭經(jīng)正壓電效應(yīng)將接收到的信號(hào)放大處理。正壓電效應(yīng)將接收到的信號(hào)放大處理。超聲波傳感器的工作原理超聲波傳感器的工作原理超聲波傳感器應(yīng)用各種超聲波測(cè)厚傳感器超聲波測(cè)流量 超聲波頻譜分析 1）超聲波測(cè)距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)

28、物時(shí)，被反空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t t，再乘以空氣，再乘以空氣的聲速（的聲速（340m/s340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離。），就是超聲脈沖在被測(cè)距離。到距離。到距離。 2）超聲波測(cè)液位超聲波測(cè)液位ctL21h h3）應(yīng)用舉例-倒車?yán)走_(dá)超聲波倒車?yán)走_(dá)工作原理 魚(yú)群探測(cè)器魚(yú)群探測(cè)器 4）應(yīng)用舉例魚(yú)群探測(cè)器2. 激光傳感器n激光技術(shù)是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果之一，目激光技術(shù)是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果之

29、一，目前已被成功地應(yīng)用于精密計(jì)量、軍事、宇航、醫(yī)學(xué)、前已被成功地應(yīng)用于精密計(jì)量、軍事、宇航、醫(yī)學(xué)、生物、氣象等各領(lǐng)域。生物、氣象等各領(lǐng)域。n激光傳感器雖然具有各種不同的類型，但它們都是激光傳感器雖然具有各種不同的類型，但它們都是將外來(lái)的能量將外來(lái)的能量( (電能、熱能、光能等電能、熱能、光能等) )轉(zhuǎn)化為一定波轉(zhuǎn)化為一定波長(zhǎng)的光，并以光的形式發(fā)射出來(lái)。長(zhǎng)的光，并以光的形式發(fā)射出來(lái)。n激光傳感器由激光傳感器由 激光發(fā)生器激光發(fā)生器 激光接收器激光接收器 測(cè)量電路測(cè)量電路 所組成。所組成。（1）激光的本質(zhì)n原子在正常分布狀態(tài)下，多處于穩(wěn)定的低能原子在正常分布狀態(tài)下，多處于穩(wěn)定的低能級(jí)狀態(tài)。如果沒(méi)有

30、外界的作用，原子可以長(zhǎng)級(jí)狀態(tài)。如果沒(méi)有外界的作用，原子可以長(zhǎng)期保持這個(gè)狀態(tài)。原子在得到外界能量后，期保持這個(gè)狀態(tài)。原子在得到外界能量后，由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的過(guò)程，叫做由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的過(guò)程，叫做原子的原子的激發(fā)激發(fā)。原子處于激發(fā)的時(shí)間是非常短的，處。原子處于激發(fā)的時(shí)間是非常短的，處于激發(fā)狀態(tài)的原子能夠很快地躍遷到低能級(jí)于激發(fā)狀態(tài)的原子能夠很快地躍遷到低能級(jí)上去，同時(shí)輻射出光子。這種處于激發(fā)狀態(tài)上去，同時(shí)輻射出光子。這種處于激發(fā)狀態(tài)的原子自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上去而的原子自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上去而發(fā)光，叫做原子的發(fā)光，叫做原子的自發(fā)輻射自發(fā)輻射。激發(fā)與受激發(fā)輻射過(guò)程進(jìn)行自發(fā)輻射時(shí)

31、，各個(gè)原子的發(fā)光過(guò)程互不相關(guān)。它們輻射光子的傳播方進(jìn)行自發(fā)輻射時(shí)，各個(gè)原子的發(fā)光過(guò)程互不相關(guān)。它們輻射光子的傳播方向，以及發(fā)光時(shí)原子由高能級(jí)向哪一個(gè)能級(jí)躍遷，即發(fā)光的頻率等都具有向，以及發(fā)光時(shí)原子由高能級(jí)向哪一個(gè)能級(jí)躍遷，即發(fā)光的頻率等都具有偶然性。因此原子自發(fā)輻射的光是一系列不同頻率的光子混合。偶然性。因此原子自發(fā)輻射的光是一系列不同頻率的光子混合。（2）激光的形成n激光是媒質(zhì)的粒子激光是媒質(zhì)的粒子( (原子或分子原子或分子) )受激輻射產(chǎn)生的，受激輻射產(chǎn)生的，但它必須具備下述的條件才能得到。但它必須具備下述的條件才能得到。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 圖圖a a表示媒質(zhì)中粒子能表示媒質(zhì)中粒子能級(jí)

32、的正常分布，媒質(zhì)中級(jí)的正常分布，媒質(zhì)中大部分粒子處在低能級(jí)大部分粒子處在低能級(jí)( (以黑點(diǎn)表示以黑點(diǎn)表示) )，只有少，只有少數(shù)粒子處于高能級(jí)數(shù)粒子處于高能級(jí)( (以以圓圈表示圓圈表示) )。而圖而圖b b表示在外界激發(fā)表示在外界激發(fā)的條件下形成了粒子數(shù)的條件下形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。 激光器的光振蕩放大n要想產(chǎn)生激光，單靠外界激發(fā)而得到的初級(jí)要想產(chǎn)生激光，單靠外界激發(fā)而得到的初級(jí)受激輻射是不行的。實(shí)際的激光器都是由一受激輻射是不行的。實(shí)際的激光器都是由一個(gè)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的粒子系統(tǒng)個(gè)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的粒子系統(tǒng)( (叫做工作物質(zhì)叫做工作物質(zhì)) )和和一個(gè)光學(xué)共振腔組成。光學(xué)共振腔由兩端為一個(gè)光學(xué)共振腔組成

33、。光學(xué)共振腔由兩端為各種形狀的曲面反射鏡構(gòu)成。最簡(jiǎn)單的光學(xué)各種形狀的曲面反射鏡構(gòu)成。最簡(jiǎn)單的光學(xué)共振腔是兩面相互平行的平面反射鏡，鏡面共振腔是兩面相互平行的平面反射鏡，鏡面對(duì)光有很高的反射率，而工作物質(zhì)封裝在有對(duì)光有很高的反射率，而工作物質(zhì)封裝在有兩個(gè)反射鏡的封閉體中。兩個(gè)反射鏡的封閉體中。光振蕩器的工作過(guò)程當(dāng)工作物質(zhì)產(chǎn)生受激輻射時(shí)，受激輻射光在兩反射當(dāng)工作物質(zhì)產(chǎn)生受激輻射時(shí)，受激輻射光在兩反射鏡之間作一定次數(shù)的往返反射，而每次返回時(shí)都經(jīng)鏡之間作一定次數(shù)的往返反射，而每次返回時(shí)都經(jīng)過(guò)建立了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，這樣使受激過(guò)建立了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，這樣使受激輻射一次又一次地加強(qiáng)，如圖

34、所示。這樣幾十次、輻射一次又一次地加強(qiáng)，如圖所示。這樣幾十次、幾百次的往返，直至能獲得單方向的強(qiáng)度非常集中幾百次的往返，直至能獲得單方向的強(qiáng)度非常集中的激光輸出為止。的激光輸出為止。激光輸出n共振腔內(nèi)反射鏡起著反射光束并使其往返共振腔內(nèi)反射鏡起著反射光束并使其往返振蕩的作用，從光放大角度看，反射率越振蕩的作用，從光放大角度看，反射率越高，光損失越小，放大效果越好。在實(shí)際高，光損失越小，放大效果越好。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，將一側(cè)反射鏡設(shè)計(jì)得盡量使它對(duì)設(shè)計(jì)中，將一側(cè)反射鏡設(shè)計(jì)得盡量使它對(duì)激光波長(zhǎng)的反射率接近激光波長(zhǎng)的反射率接近100%，而另一側(cè)，而另一側(cè)反射鏡則稍低一些，比如反射鏡則稍低一些，比如98%以

35、上。這樣以上。這樣這一端的透鏡將有激光穿透，這一端即為這一端的透鏡將有激光穿透，這一端即為激光的輸出端。激光的輸出端。（3）激光的特點(diǎn)高方向性高方向性 高亮度高亮度單色性好單色性好高相干性高相干性 （4）激光器種類n 激光器的種類很多。按其工作物質(zhì)可以分為激光器的種類很多。按其工作物質(zhì)可以分為氣體、液體、固體、半導(dǎo)體激光器氣體、液體、固體、半導(dǎo)體激光器。 氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器（5）激光的應(yīng)用n激光具有高亮度、高方向性、高單色性和激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的特點(diǎn)，應(yīng)用于測(cè)量和加工等方高相干性的特點(diǎn)，應(yīng)用于測(cè)量和加工等方面，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸

36、點(diǎn)遠(yuǎn)距離的測(cè)量，而且面，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)遠(yuǎn)距離的測(cè)量，而且速度高、精度高，測(cè)量范圍廣，抗光、電速度高、精度高，測(cè)量范圍廣，抗光、電干擾能力強(qiáng)，因此激光得到了廣泛的應(yīng)用。干擾能力強(qiáng)，因此激光得到了廣泛的應(yīng)用。下面舉幾個(gè)激光的應(yīng)用例子。下面舉幾個(gè)激光的應(yīng)用例子。1）手持式激光測(cè)距儀激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一激光測(cè)距是光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度種測(cè)距方式，如果光以速度c c在空氣中傳播在在空氣中傳播在A A、B B兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為往返一次所需時(shí)間為t t，則，則A A、B B兩點(diǎn)間距離兩點(diǎn)間距離D D可用下列表示。可用下列表示。 D=ct/2 式中：式中：DD測(cè)站點(diǎn)測(cè)站點(diǎn)A A

37、、B B兩點(diǎn)兩點(diǎn)間距離；間距離；cc光在大氣中傳光在大氣中傳播的速度；播的速度；tt光往返光往返A(chǔ) A、B B一次所需的時(shí)間。一次所需的時(shí)間。2）激光測(cè)徑儀n激光測(cè)徑儀原理激光測(cè)徑儀原理3）激光測(cè)速n激光測(cè)速儀自動(dòng)化程度更高，探測(cè)距離更遠(yuǎn)，只需激光測(cè)速儀自動(dòng)化程度更高，探測(cè)距離更遠(yuǎn)，只需0.50.5秒就可以捕捉到超速駕駛。秒就可以捕捉到超速駕駛。V=(R1-R2)/(t1-t2)3. 智能式傳感器n目前，智能傳感器的中、英文稱謂尚未目前，智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統(tǒng)一。英國(guó)人將智能傳感器稱為完全統(tǒng)一。英國(guó)人將智能傳感器稱為“Intelligent SensorIntelligent Se

38、nsor”；美國(guó)人則習(xí)；美國(guó)人則習(xí)慣 于 把 智 能 傳 感 器 稱 做慣 于 把 智 能 傳 感 器 稱 做 “ S m a r t S m a r t Sensor”Sensor”，直譯就是，直譯就是“靈巧的、聰明的靈巧的、聰明的傳感器傳感器”。（1） 智能傳感器的定義n所謂所謂智能傳感器智能傳感器，就是帶微處理器、兼，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。n智能傳感器的智能傳感器的最大特點(diǎn)最大特點(diǎn)就是，將傳感器就是，將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理器的信息處理檢測(cè)信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上功能有機(jī)地融合在

39、一起。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。講，它具有類似于人工智能的作用。（2）智能傳感器的功能n具有一種或多種敏感能力；具有一種或多種敏感能力；n能夠完成對(duì)信號(hào)的探測(cè)、變換、邏輯判斷、能夠完成對(duì)信號(hào)的探測(cè)、變換、邏輯判斷、功能計(jì)算；功能計(jì)算；n能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自檢測(cè)、自診斷、自校正、自能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自檢測(cè)、自診斷、自校正、自補(bǔ)償；補(bǔ)償；n能與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單向或雙向通信。能與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單向或雙向通信。（3）智能傳感器的結(jié)構(gòu)（4）智能傳感器實(shí)現(xiàn)的途徑將傳統(tǒng)的經(jīng)典傳感器（采用非集成化工藝制作的傳感器）、將傳統(tǒng)的經(jīng)典傳感器（采用非集成化工藝制作的傳感器）、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為

40、一整信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一整體而構(gòu)成的一個(gè)智能傳感器系統(tǒng)。體而構(gòu)成的一個(gè)智能傳感器系統(tǒng)。(a)(a)非集成化實(shí)現(xiàn)非集成化實(shí)現(xiàn)(b) 集成化實(shí)現(xiàn)集成智能傳感器外形示意圖集成智能傳感器外形示意圖 這種智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)這種智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用硅為基本材料來(lái)制作敏感元模集成電路工藝技術(shù)，利用硅為基本材料來(lái)制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元，并把它們集成在一件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上。故又可稱為集成智能傳感器。塊芯片上。故又可稱為集成智能傳感器。嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)（5）智

41、能傳感器產(chǎn)品舉例智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器總線數(shù)字溫度傳感器汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能傳感器n世界上最新一代世界上最新一代的遠(yuǎn)程輪胎壓力的遠(yuǎn)程輪胎壓力監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè) (RTPM)(RTPM)傳感傳感器集成了一個(gè)硅器集成了一個(gè)硅壓力傳感器、加壓力傳感器、加速度傳感器、溫速度傳感器、溫度傳感器、電壓度傳感器、電壓傳感器和低功耗傳感器和低功耗8 8位位RISCRISC處理器，處理器，一個(gè)低頻喚醒輸一個(gè)低頻喚醒輸入級(jí)。入級(jí)。2.2 信號(hào)調(diào)理技術(shù)n信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理:在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任務(wù)比較復(fù)雜，除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)務(wù)比較復(fù)雜，

42、除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號(hào)修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理（調(diào)理（Signal Conditioning），相應(yīng)的），相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。執(zhí)行電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。信號(hào)調(diào)理的目的是便于信號(hào)的傳輸與處理。 1 1）傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能）傳感器輸出的電信號(hào)很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需直接輸送到顯示、記錄

43、或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。 2 2）有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾）有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。3 3）某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需）某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。要對(duì)傳感器測(cè)量信進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。 典型調(diào)理電路的組成框圖2.2.1 常用信號(hào)調(diào)理技術(shù)1. 信號(hào)放大技術(shù)n判斷傳感器信號(hào)判斷傳感器信號(hào)“大大”還是還是“小小”和和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？n放大器為什么要放大器為

44、什么要“前置前置”，即設(shè)置在，即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？調(diào)理電路的最前端？n放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？運(yùn)用放大器的依據(jù):虛擬儀器中的常用放大器 n在虛擬儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針在虛擬儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較多的放大器有多的放大器有: : 儀用放大器儀用放大器 程控增益放大器程控增益放大器 隔離放大器隔離放大器(1) 儀用放大器G=1+2R/RG(Instrumentation Amplifier)儀用放大器芯片-AD521 -IN +IN UIN U

45、+ U- 10K 100K Uout AD521 1 14 RG 2 3 5 4 6 11 12 13 10 8 7 RS 放大倍數(shù)放大倍數(shù)GSINOUTRRUUG放大倍數(shù)可在11000范圍內(nèi)調(diào)整(2) 程控增益放大器 程控增益放大器是常用部件，在許多實(shí)際應(yīng)用中，為程控增益放大器是常用部件，在許多實(shí)際應(yīng)用中，為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，常采用可變?cè)鲆媪嗽谡麄€(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，常采用可變?cè)鲆娣糯笃鳌７糯笃鳌?增益由儀器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制。這種增益由儀器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制。這種由程序控制增由程序控制增益的放大器益的放大器，稱為程控增益放大器。，稱為程控增益放大器。集成程控放

46、大器PGA202/203(3) 隔離放大器Isolation Amplifier 隔離放大器的符號(hào)如圖所示。隔離放大器的符號(hào)如圖所示。 按耦合器件的不同，可分為：按耦合器件的不同，可分為： 光電隔離光電隔離 變壓器隔離變壓器隔離。 隔離模式：隔離模式：兩端隔離兩端隔離：信號(hào)輸入部分與信號(hào)輸出部分歐姆隔離；：信號(hào)輸入部分與信號(hào)輸出部分歐姆隔離；三端隔離三端隔離：信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分、功率供給部分彼：信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分、功率供給部分彼此隔離；此隔離； 應(yīng)用場(chǎng)合3）多個(gè)系統(tǒng)不能共地。1）高共模電壓場(chǎng)合：如電力線電流取樣、強(qiáng)電場(chǎng)中測(cè)量小范圍電壓差；2）測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)干擾比較大的微弱模擬信號(hào)，而對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求又高;光電耦合隔離放大器 輸入級(jí)激勵(lì)發(fā)光管，由光電管將光信號(hào)耦合輸入級(jí)激勵(lì)發(fā)光管，由光電管將光信號(hào)耦合到輸出級(jí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，保證了輸入和輸出到輸出級(jí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，保證了輸入和輸出間的電氣隔離。其輸入、輸出級(jí)之間不能有電的間的電氣隔離。其輸入、輸出級(jí)之間不能有電的連接，即前、后級(jí)不能共用電源和地線。連接，即前、后級(jí)不