傳感器技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)講稿

1、傳感器技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)傳感器技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上海電機學(xué)院 仲葆文 2011.8.3 什么是傳感器什么是傳感器 傳感器的作用和地位傳感器的作用和地位 傳感器的定義、組成和分類方法傳感器的定義、組成和分類方法一、傳感器的概念一、傳感器的概念1. 1. 什么是傳感器什么是傳感器 人的體力和腦力勞動通過感覺器官接收外界信號，將這些人的體力和腦力勞動通過感覺器官接收外界信號，將這些信號傳送給大腦，大腦把這些信號分析處理傳遞給肌體。信號傳送給大腦，大腦把這些信號分析處理傳遞給肌體。 如果用機器完成這一過程，計算機相當(dāng)人的大腦，執(zhí)行機如果用機器完成這一過程，計算機相當(dāng)人的大腦，執(zhí)行機構(gòu)相當(dāng)人的肌體，傳感器相當(dāng)于人的

2、五官和皮膚。構(gòu)相當(dāng)人的肌體，傳感器相當(dāng)于人的五官和皮膚。 傳感器好比人體感官的延長，因之又稱為傳感器好比人體感官的延長，因之又稱為“電五官電五官”。傳感器傳感器外外界界信信息息感感 官官大大 腦腦肌肌 體體計算機計算機執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)傳感器與“五官”的類比測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)人人電腦電腦大腦大腦味覺傳感器味覺傳感器舌頭舌頭視覺傳感器視覺傳感器眼睛眼睛聽覺傳感器聽覺傳感器耳朵耳朵觸覺傳感器觸覺傳感器四肢四肢嗅覺傳感器嗅覺傳感器鼻子鼻子電電五五官官五五官官測酒儀測酒儀指紋儀指紋儀2.2.傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位n 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)（信息采集）；（信息采集）；n 通信技術(shù)通信技術(shù)

3、 （信息傳輸）；（信息傳輸）；n 計算機技術(shù)計算機技術(shù)p 目前傳感器技術(shù)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，傳目前傳感器技術(shù)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，傳感器對感器對檢測和自動化技術(shù)檢測和自動化技術(shù)所起的作用遠比家用電器所所起的作用遠比家用電器所起到的作用大的多。起到的作用大的多。（ FMS、CIMS、無人駕駛汽車、大型發(fā)電機組監(jiān)測、過程控制等）p 傳感器廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、傳感器廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、軍事領(lǐng)域醫(yī)療診斷、軍事領(lǐng)域（目標跟蹤、導(dǎo)彈制導(dǎo)、自動探測、通信指揮系統(tǒng)等） 、航空航天、航空航天（衛(wèi)星測控、海洋探測） 、現(xiàn)代辦公設(shè)、現(xiàn)代辦公設(shè)備

4、、智能樓宇、生物工程、環(huán)境保護、安全防范和家備、智能樓宇、生物工程、環(huán)境保護、安全防范和家用電器等領(lǐng)域。用電器等領(lǐng)域。是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。p 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，需要用各種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，需要用各種傳感器監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個參數(shù)，傳感器是自傳感器監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個參數(shù)，傳感器是自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件，直接影響到自動化技術(shù)動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件，直接影響到自動化技術(shù)的水平。的水平。p 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)火星探索者火星探索者阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳赫耳墨斯墨斯”價值價值4 4萬美

5、元，可攜帶萬美元，可攜帶2 2架攝像機，發(fā)揮了很好作用。架攝像機，發(fā)揮了很好作用。高性能武器平臺的基礎(chǔ)高性能武器平臺的基礎(chǔ)精確打擊精確打擊射頻卡門禁射頻卡門禁 紡紡 織織 品品精確的 煙草烘干煙草烘干木材烘干木材烘干芯片生產(chǎn)要求最高的濕度穩(wěn)定性芯片生產(chǎn)要求最高的濕度穩(wěn)定性紙紙 品品專為您的需求所設(shè)計的專為您的需求所設(shè)計的濕度傳感器濕度傳感器NOXNO + NO2dust sootH2SH2OHCC-totalCO2COO2HCN HCl HF NH3SO2煙氣測量煙氣測量火災(zāi)探測火災(zāi)探測波數(shù)/cm-1時間/min吸光度/A木塊加熱木塊加熱CO2光譜瀑布圖光譜瀑布圖木塊加熱木塊加熱CO和和CO2

6、濃度濃度變化變化t/min波數(shù)/cm-1時間/min吸光度/A木塊加熱木塊加熱CO光譜瀑布圖光譜瀑布圖常德大火常德大火p傳感器具有以下作用和功能傳感器具有以下作用和功能 （1 1） 測量與數(shù)據(jù)采集測量與數(shù)據(jù)采集（2 2） 檢測與控制檢測與控制（3 3） 診斷與監(jiān)測診斷與監(jiān)測（4 4） 輔助觀測儀器輔助觀測儀器（5 5） 資源探測資源探測（6 6） 環(huán)境保護環(huán)境保護（7 7） 醫(yī)療衛(wèi)生醫(yī)療衛(wèi)生（8 8） 家用電器家用電器 傳感器已滲透到宇宙開發(fā)、海洋探測、軍事國防、傳感器已滲透到宇宙開發(fā)、海洋探測、軍事國防、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、商環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、商檢質(zhì)

7、檢、甚至文物保護等等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢詸z質(zhì)檢、甚至文物保護等等極其廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f：幾乎每個現(xiàn)代化項目，以至各種復(fù)毫不夸張地說：幾乎每個現(xiàn)代化項目，以至各種復(fù)雜工程系統(tǒng)，都離不開各種各樣的傳感器。雜工程系統(tǒng)，都離不開各種各樣的傳感器。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國十分重方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。視這一領(lǐng)域的發(fā)展。3. 3. 傳感器的定義、組成和分類方法傳感器的定義、組成和分類方法3.1 3.1 傳感器定義傳感器定義p 廣義：廣義：傳感器是一種能把特

8、定的信息（物理、化學(xué)、生物）按傳感器是一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。p 狹義：狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。p 國家標準（國家標準（GB766587GB766587） 對傳感器（對傳感器（Sensor/transducerSensor/transducer）定義是：）定義是： 能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置。信號的器件和裝置。3.2 3.2 傳感器的組成傳感器的

9、組成元件式傳感器組成框圖：元件式傳感器組成框圖：被測量被測量轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件電參量電參量被測量被測量敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件非電量非電量電參量電參量結(jié)構(gòu)式傳感器組成框圖結(jié)構(gòu)式傳感器組成框圖：傳感器的組成舉例傳感器的組成舉例 壓 力 作 用 膜 片 形 變 （ 應(yīng) 變 ） 應(yīng) 變 片 電 阻 改 變 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件壓力傳感器壓力傳感器3.3 3.3 傳感器的圖形符號傳感器的圖形符號 3.4 3.4 傳感器的分類傳感器的分類 接近開關(guān)接近開關(guān) 超聲波傳感器超聲波傳感器 火災(zāi)傳感器火災(zāi)傳感器 光傳感器在智能照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用光傳感器在智能照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 智能小區(qū)周邊

10、防范系統(tǒng)智能小區(qū)周邊防范系統(tǒng) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安防報警領(lǐng)域中的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安防報警領(lǐng)域中的應(yīng)用二、常用傳感器及其應(yīng)用二、常用傳感器及其應(yīng)用1.1.常用的接近開關(guān)應(yīng)用簡介常用的接近開關(guān)應(yīng)用簡介 在各類開關(guān)中，有一種對接近它的物體有感知能力的元件位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。接近開關(guān)的主要用途接近開關(guān)的主要用途接近開關(guān)在航空、航空、航天技術(shù)以及工業(yè)接近開關(guān)在航空、航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有

11、廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。 在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風(fēng)機上都有應(yīng)用。在安全防盜方面，如資自動熱風(fēng)機上都有應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料檔案、財會、金融、博物館、金庫等重地，通料檔案、財會、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在控常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在控制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用著大量的接近開關(guān)也都使用著大量的接近開關(guān)。接近開關(guān)種類接近開關(guān)種類 因為位移傳感器可以根據(jù)不同的原理和不同的方因為位移傳感器可以根據(jù)

12、不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對物體的法做成，而不同的位移傳感器對物體的“感知感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：（1 1） 渦流式接近開關(guān)渦流式接近開關(guān) （2 2） 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)（3 3） 霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān)（4 4） 光電式接近開關(guān)光電式接近開關(guān)（5 5） 熱釋電式接近開關(guān)熱釋電式接近開關(guān)1.1 1.1 渦流式接近開關(guān)渦流式接近開關(guān) 這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是利用利用導(dǎo)導(dǎo)電物體電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時，在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時，

13、使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。 這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導(dǎo)電物體移近，進數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導(dǎo)電物體移近，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電體。物體必須是導(dǎo)電體。 電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)可以在不與目標物實際接觸的情可以在不與目標物實際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標物況下檢測靠近傳感器的金屬目標物。 分類： 通用型：主要檢測黑色金屬（鐵）。 所有金屬型：在相同的檢測距離內(nèi)檢測任何金屬。 有色金屬型：主要檢測鋁一類的有色

14、金屬。 電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。電感式接近開關(guān)的工作原理電感式接近開關(guān)的工作原理 振蕩電路中的線圈L產(chǎn)生一個高頻磁場。當(dāng)目標物接近磁場時，由于電磁感應(yīng)在目標物中產(chǎn)生一個感應(yīng)電流（渦電流）。隨著目標物接近傳感器，感應(yīng)電流增強，引起振蕩電路中的負載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測，并輸出檢測信號。接近開關(guān)的基本形狀a)圓柱形

15、b)方形 接近開關(guān)的輸出元件一般是晶體三極管，根據(jù)晶體管的類型不同，接近開關(guān)分為NPN型輸出或PNP型輸出，在連接到PLC上時應(yīng)注意選擇合適的類型。 接近開關(guān)輸出電路a）NPN型 b）PNP型接近開關(guān)引腳的輸出形式 接近開關(guān)引出的接線根據(jù)接近開關(guān)的輸出形式的不同，分為2線、3線及4線等幾種。1 1）兩線制接近開關(guān)）兩線制接近開關(guān) 有源兩線制接近開關(guān)分直流與交流，此類接近開關(guān)的特點就是引出線為兩根線，負載與接近開關(guān)串聯(lián)后接到電源上。直流兩線制接近開關(guān)分二極管極性保護與整流橋極性保護，前者在接電源時需要注意極性，后者就不需要注意極性。交流兩線制接近開關(guān)就不需要注意極性。兩線制接近開關(guān)a) 二極管極

16、性保護 b) 整流橋極性保護2 2）直流三線制（或四線制）接近開關(guān)）直流三線制（或四線制）接近開關(guān) 直流三線式接近開關(guān)的輸出元件是晶體三極管，當(dāng)三極管導(dǎo)通時,相當(dāng)于一個接點（常開或常閉）導(dǎo)通，此類接近開關(guān)的輸出引線為3根線。直流四線制接近開關(guān)與三線制相同，只是同時提供一個常閉和一個常開輸出，有4根線引出。 接近開關(guān)引腳的識別接近開關(guān)引腳的識別接近開關(guān)的輸出引線一般應(yīng)按說明書或標簽上給出的接線圖用導(dǎo)線顏色加以識別。在有些品牌的接近開關(guān)給出的接線圖上，導(dǎo)線顏色采用英文縮寫，分別為：BK（BLACK）黑色：一般為輸出線，輸出為常開。BN（BROWN）棕色：一般為電源線，接電源正極。BU（BLUE）藍

17、色：一般為電源線，接電源負極。WH（WHITE）白色：一般為輸出線，輸出為常閉。RE（RED） 紅色：一般為電源線，接電源正極。YE（YELLO）黃色：一般為輸出線，輸出為常閉。在絕大部分情況下，輸出引線為棕、黑、藍、白等4種顏色（三線制的為棕、黑、藍），也有少部分品牌采用紅、藍、白、黃等4種顏色（三線制的為紅、藍、白）。此時紅、藍、白、黃等顏色即代替了一般情況下的棕、黑、藍、白等顏色，分別作為電源正極、輸出常開、電源負極及輸出常閉使用。1.2 1.2 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān) 接近開關(guān)中的電容由兩塊平行的金屬板構(gòu)成。一般可通過改變板之間的距離、相對面積、或介質(zhì)屬性所引起的電容量變化來反映

18、相應(yīng)的位移量變化。 電容式接近開關(guān)的測量面通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。電容式液位開關(guān)電容式液位開關(guān)1.3 1.3 霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān) 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)，也稱為磁性開關(guān)。當(dāng)磁性磁性物件物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生

19、霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。這是由科學(xué)家愛德文霍爾效應(yīng)。這是由科學(xué)家愛德文霍爾在霍爾在18791879年發(fā)現(xiàn)的。年發(fā)現(xiàn)的。產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電壓。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電壓。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾傳感器。為霍爾傳感器。B在霍爾器件背后偏置一塊永久磁體，并將它們

20、和相應(yīng)的處在霍爾器件背后偏置一塊永久磁體，并將它們和相應(yīng)的處理電路裝在一個殼體內(nèi)，做成一個探頭，將霍爾器件的輸理電路裝在一個殼體內(nèi)，做成一個探頭，將霍爾器件的輸入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構(gòu)成霍爾入引線和處理電路的輸出引線用電纜連接起來，構(gòu)成霍爾接近傳感器。接近傳感器。霍爾接近傳感器和接近開關(guān)霍爾接近傳感器和接近開關(guān)當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這

21、種控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。 霍爾霍爾接近開關(guān)主要用于各種自動控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸接近開關(guān)主要用于各種自動控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自動計數(shù)、各種計數(shù)、各種流程的自動銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢控制、自動計數(shù)、各種計數(shù)、各種流程的自動銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢測等等?；魻栭_關(guān)具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特測等等?；魻栭_關(guān)具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作

22、。工作。這是最常用的霍爾開關(guān)，它的直徑這是最常用的霍爾開關(guān)，它的直徑為為12毫米，固定時只要在設(shè)備外殼毫米，固定時只要在設(shè)備外殼上打一個上打一個12毫米的園孔就能輕松固毫米的園孔就能輕松固定，長度約定，長度約30毫米，背后有工作指毫米，背后有工作指示燈，當(dāng)檢測到物體時紅色示燈，當(dāng)檢測到物體時紅色LED點點亮，平時處于熄滅狀態(tài)。亮，平時處于熄滅狀態(tài)。右圖的霍爾流量計殼體內(nèi)裝右圖的霍爾流量計殼體內(nèi)裝有一個帶磁體的葉輪，磁體有一個帶磁體的葉輪，磁體旁裝有霍爾開關(guān)電路，被測旁裝有霍爾開關(guān)電路，被測流體從管道一端通入，推動流體從管道一端通入，推動葉輪帶動與之相連的磁體轉(zhuǎn)葉輪帶動與之相連的磁體轉(zhuǎn)動，經(jīng)過霍

23、爾器件時，電路動，經(jīng)過霍爾器件時，電路輸出脈沖電壓，由脈沖的數(shù)輸出脈沖電壓，由脈沖的數(shù)目，可以得到流體的流速。目，可以得到流體的流速。若知管道的內(nèi)徑，可由流速若知管道的內(nèi)徑，可由流速和管徑求得流量。和管徑求得流量?；魻柫髁坑嫽魻柫髁坑嫽魻柫髁坑嫽魻柫髁坑嫽魻栆何粋鞲衅骰魻栆何粋鞲衅骰魻柶骷b在容器外面，永磁體支在浮子上，隨著液位變化，作用到霍爾器件上的磁場的磁感應(yīng)強度改變，從而可測得液位。 有觸點式的磁性開關(guān)用舌簧開關(guān)（干簧管）作磁場檢測元件。舌簧開關(guān)成型于合成樹脂塊內(nèi)，并且一般還有動作指示燈、過電壓保護電路也塑封在內(nèi)。 一般用于氣缸位置檢測的都是磁性開關(guān)。這些氣缸的缸筒采用導(dǎo)磁性弱、隔磁性強

24、的材料，如硬鋁、不銹鋼等。在非磁性體的活塞上安裝一個永久磁鐵的磁環(huán)，這樣就提供了一個反映氣缸活塞位置的磁場。而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關(guān)則是用來檢測氣缸活塞位置，即檢測活塞的運動行程的。 當(dāng)氣缸中隨活塞移動的磁環(huán)靠近開關(guān)時，舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點閉合；當(dāng)磁環(huán)移開開關(guān)后，簧片失磁，觸點斷開。 觸點閉合或斷開時發(fā)出電控信號，在控制器（如PLC）的自動控制中，可以利用該信號判斷氣缸的運動狀態(tài)或活塞所處的位置。 磁性開關(guān)與磁性開關(guān)與plc的接線的接線 磁性開關(guān)有藍色和棕色2根引出線，使用時藍色引出線應(yīng)連接到PLC 輸入公共端，棕色引出線應(yīng)連接到PLC輸入端。（系為三菱FX2n系列PLC

25、）。磁性開關(guān)的內(nèi)部電路如下圖中虛線內(nèi)所示。磁性開關(guān)內(nèi)部電路 1.4 1.4 光電式接近開關(guān)光電式接近開關(guān) 利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。 按照接收器接收光的方式的不同可分為：按照接收器接收光的方式的不同可分為： 1)漫射型漫射型 2)對射型對射型 3)反射型反射型1)漫反射型光電傳感器漫反射型光電傳感器 漫射式光電開關(guān)是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故稱為漫射式光電接近開關(guān)。 它的光發(fā)射器與光接收器處

26、于同一側(cè)位置，且為一體化結(jié)構(gòu)。在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測光，若接近開關(guān)前方一定距離內(nèi)沒有物體，則沒有光被反射到接收器，接近開關(guān)處于常態(tài)而不動作；反之若接近開關(guān)的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要反射回來的光強度足夠，則接收器接收到足夠的漫射光就會使接近開關(guān)動作而改變輸出的狀態(tài)。 動作選擇開關(guān)的功能是選擇受光動作(Light亮動) 或遮光動作(Drag暗動)模式。 即當(dāng)此開關(guān)按順時針方向充分旋轉(zhuǎn)時（L 側(cè)），則進入檢測-ON 模式；當(dāng)此開關(guān)按逆時針方向充分旋轉(zhuǎn)時（D側(cè)），則進入檢測-OFF模式。 2)鏡面反射型光電傳感器鏡面反射型光電傳感器 反光鏡可以把縱波轉(zhuǎn)換為橫波。發(fā)射器發(fā)射的是縱波，而接收器

27、只能接收橫波。發(fā)射器發(fā)射的縱波經(jīng)過反光鏡把縱波轉(zhuǎn)變成橫波，由接收器接收。由于物體沒有把縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波的功能，因此，無論物體光亮度如何，只能把發(fā)射器發(fā)射的縱波返回，接收器不能接收到橫波信號，這樣，就可以準確地檢測物體的有無。3)對射型光電傳感器對射型光電傳感器很少使用此類光電傳感器很少使用此類光電傳感器 安裝不方便，占用較大安裝空間；安裝不方便，占用較大安裝空間； 不能檢測透明和體積小的物體；不能檢測透明和體積小的物體； 各種光電開關(guān)1.5 1.5 熱釋電式接近開關(guān)熱釋電式接近開關(guān) 用能感知溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。這種開關(guān)是將熱釋電器件安裝在開關(guān)的檢測面上，當(dāng)有與環(huán)境溫度不同

28、的物體接近時，熱釋電器件的輸出便變化，由此便可檢測出有物體接近。 熱釋電紅外線傳感器是熱釋電紅外線傳感器是8080年代發(fā)展起來的一種新年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等。報警、自動覽測等。 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰

29、、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個“菲涅爾透鏡”，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。 人體輻射的紅外線中心波長為910（um），在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710（um），正好適合于人體紅外輻射的探測，

30、而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。 紅外線熱釋電傳感器的安裝要求紅外線熱釋電傳感器的安裝要求紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1、紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。2、紅外線熱釋電傳感器遠離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3、紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔有屏風(fēng)、家具、大型盆景或其他隔離物。4、紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。

31、紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的。由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的。 超聲波的特性是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小。超聲波的特性是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小。 它最顯著的特性是方

32、向性好，且在液體、固體中它最顯著的特性是方向性好，且在液體、固體中衰減很小，穿透本領(lǐng)大，碰到介質(zhì)分界面會產(chǎn)生衰減很小，穿透本領(lǐng)大，碰到介質(zhì)分界面會產(chǎn)生明顯的反射和折射，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測中。明顯的反射和折射，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測中。 要以超聲波作為檢測手段，必須能產(chǎn)生超聲波和要以超聲波作為檢測手段，必須能產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器。超聲波傳感器按其工作原理，可分為壓電感器。超聲波傳感器按其工作原理，可分為壓電式、磁致伸縮式式、磁致伸縮式 、電磁式等，以壓電式最為常、電磁式等，以壓電式最為常用用2.超聲波傳感器 壓電

33、式超聲波傳感器是利用壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來壓電材料的壓電效應(yīng)原理來工作的。常用的壓電材料主工作的。常用的壓電材料主要有壓電晶體和壓電陶瓷。要有壓電晶體和壓電陶瓷。壓電式超聲波傳感器又分為壓電式超聲波傳感器又分為發(fā)生器發(fā)生器( (發(fā)射探頭發(fā)射探頭) ) 和接收器和接收器( (接收探頭接收探頭) ) 兩種。兩種。超聲波接收器超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)原理進行工作。 當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上引起晶片伸縮，在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器利用逆壓電效應(yīng)的原理將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械

34、振動，從而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最強。 壓電式超聲波傳感器可以產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的高頻超聲波，其聲強可達幾十瓦每平方厘米 超聲波傳感器的應(yīng)用 超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波測液位 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。液體的液面。 超聲波液位傳感器超聲波探傷超聲波探傷 超聲波探傷是目前應(yīng)超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無損探用十分廣泛的無損探傷手段。它既可檢測傷手段。它既可檢測材料表面的缺陷，又材料表面的缺陷，又可檢

35、測內(nèi)部幾米深的可檢測內(nèi)部幾米深的缺陷，這是缺陷，這是x x光探傷所光探傷所達不到的深度。達不到的深度。 超聲探傷反射波超聲探傷反射波形形裂紋裂紋物料疊放高度測物料疊放高度測量量超聲波多普勒測量車速超聲波多普勒測量車速3.3.火災(zāi)傳感器火災(zāi)傳感器 物質(zhì)燃燒過程是一種伴隨有煙、光、熱的化學(xué)反應(yīng)過程。物質(zhì)燃燒過程是一種伴隨有煙、光、熱的化學(xué)反應(yīng)過程。在物質(zhì)燃燒過程中，一般有下列現(xiàn)象產(chǎn)生：在物質(zhì)燃燒過程中，一般有下列現(xiàn)象產(chǎn)生： 熱（溫度）熱（溫度）：凡是物質(zhì)燃燒，必有熱量釋放，使得環(huán)凡是物質(zhì)燃燒，必有熱量釋放，使得環(huán)境溫度升高，這是物質(zhì)燃燒的基本特征之一。境溫度升高，這是物質(zhì)燃燒的基本特征之一。 燃燒

36、氣體與煙霧燃燒氣體與煙霧：普通可燃物質(zhì)在燃燒開始時，往往普通可燃物質(zhì)在燃燒開始時，往往首先釋放出燃燒氣體和煙霧。其具有流動性和毒害性，首先釋放出燃燒氣體和煙霧。其具有流動性和毒害性，能潛入建筑物的任何空間，因此構(gòu)成物質(zhì)燃燒過程的能潛入建筑物的任何空間，因此構(gòu)成物質(zhì)燃燒過程的又一特征又一特征 火焰（光）火焰（光）：火焰是物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的灼熱發(fā)光的氣體火焰是物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的灼熱發(fā)光的氣體部分?；鹧婀庾鳛槿紵蔫b別特征之一，也是重要的部分?；鹧婀庾鳛槿紵蔫b別特征之一，也是重要的火災(zāi)探測參數(shù)?；馂?zāi)探測參數(shù)。 以物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的各種火災(zāi)現(xiàn)象為依據(jù)，以物質(zhì)燃燒過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，可形成

37、不同的火災(zāi)探測方法：空氣離化法光電感煙探測法溫度（熱）探測法火焰光探測法可燃氣體探測法復(fù)合探測法（1）感溫式火災(zāi)探測器： 火災(zāi)時物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。感溫式火災(zāi)探測器是對警戒范圍中某一點或某一線路周圍溫度變化時響應(yīng)的火災(zāi)探測器。它是將溫度 的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達到報警目的。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的感溫式火災(zāi)探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。定溫式：定溫式：溫度上升到預(yù)定值時響應(yīng)的火災(zāi)探測器。差溫式：差溫式：環(huán)境溫度的溫升速度超過一定值時響應(yīng)的火災(zāi)探測器。差定溫式：差定溫式：兼有定溫、差溫兩種功能的火災(zāi)探測器。感溫探測器對火災(zāi)發(fā)生時溫度參數(shù)

38、的敏感，其關(guān)鍵是由組成探測器 核心部件熱敏元件決定。熱敏元件是利用某些物體的物理性質(zhì)隨溫度變化而發(fā)生變化的敏感材料制成。例如：易熔合金或熱敏絕緣材料、雙金屬片、熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體材料等。感溫式火災(zāi)探測器適宜安裝于起火后產(chǎn)生煙霧較小的場所。平時溫度較高的場所不宜安裝感溫式火災(zāi)探測器?；馂?zāi)探測器實例：火災(zāi)探測器實例： 點型感溫探測器光纖光柵溫度探測器光纖光柵溫度探測器 感溫探測器是光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)的核心部分，由感溫探測器是光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)的核心部分，由測量光柵、導(dǎo)熱感溫元件測量光柵、導(dǎo)熱感溫元件( (無電元件無電元件) )等部分組成，使用不等部分組成，使用不銹鋼管進行保護。實

39、際使用時，檢測現(xiàn)場可以安裝多個感銹鋼管進行保護。實際使用時，檢測現(xiàn)場可以安裝多個感溫探頭溫探頭( (具體數(shù)量根據(jù)使用需要確定具體數(shù)量根據(jù)使用需要確定) )，它們之間相互串接，它們之間相互串接起來，采用特殊結(jié)構(gòu)與光纜連接。圖起來，采用特殊結(jié)構(gòu)與光纜連接。圖1 1為單個感溫探頭結(jié)為單個感溫探頭結(jié)構(gòu)簡圖。構(gòu)簡圖。 1 2 3 4 5 1 感溫探頭結(jié)構(gòu)簡圖 其中，1為連接光纜，2為探頭保護管，3為測量光柵，4為導(dǎo)熱感溫元件，5為單模光纖。探頭環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由探頭保護管經(jīng)導(dǎo)熱感溫元件傳導(dǎo)到測量光柵，導(dǎo)致光線波長發(fā)生變化。通過探測此波長的變化，獲得環(huán)境溫度，達到溫度傳感的目的。測量光柵：A為柵距芯層

40、包層A光波折射率 n1折射率 n2折射率n反射光光柵（2 2）感煙式火災(zāi)探測器）感煙式火災(zāi)探測器在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式火災(zāi)探測器是能對可見的或不可見的煙霧粒子響應(yīng)的火災(zāi)火災(zāi)探測器是能對可見的或不可見的煙霧粒子響應(yīng)的火災(zāi)探測器。它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號實探測器。它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號實現(xiàn)報警目的一種器件。感煙式火災(zāi)探測器有離子感煙式、現(xiàn)報警目的一種器件。感煙式火災(zāi)探測器有離子感煙式、光電

41、感煙式、激光感煙式等幾種型式。光電感煙式、激光感煙式等幾種型式。感煙式火災(zāi)探測器適宜安裝在發(fā)生火災(zāi)后產(chǎn)生煙霧較大或感煙式火災(zāi)探測器適宜安裝在發(fā)生火災(zāi)后產(chǎn)生煙霧較大或容易產(chǎn)生陰燃的場所；它不宜安裝在平時煙霧較大或通風(fēng)容易產(chǎn)生陰燃的場所；它不宜安裝在平時煙霧較大或通風(fēng)速度較快的場所。速度較快的場所。 離子感煙探測器基本原理IIIIII0UISI 工作原理圖（雙極電離室） 工作曲線圖（工作在I區(qū)） 在離子感煙火災(zāi)探測器中，利用同位素放射源，使電離室內(nèi)的空氣產(chǎn)生電離，使電離室在電子電路中呈現(xiàn)電阻特性； 當(dāng)煙霧進入電離室后，改變了空氣電離的離子數(shù)量，離子被煙霧粒子俘獲，電離電流減小，極間阻值增大（虛線特

42、性）；I歐姆定律區(qū)II中間區(qū)III飽和電流區(qū) 離子感煙探測器結(jié)構(gòu) 光電感煙探測器-散射型前向散射型后向散射型 光電感煙探測器結(jié)構(gòu)離子感煙探測器離子感煙探測器 光電感煙探測器光電感煙探測器散射光型和離子感煙探測器在煙的質(zhì)量濃度相同散射光型和離子感煙探測器在煙的質(zhì)量濃度相同條件下條件下, ,響應(yīng)靈敏度與煙類型的定性關(guān)系響應(yīng)靈敏度與煙類型的定性關(guān)系 兩種探測器優(yōu)缺點比較離子探測器 (1)離子感煙探測器對小粒子響應(yīng)靈敏度高,光電感煙探測器對大粒子響應(yīng)靈敏度高; (2)離子感煙探測器，隨著煙的色帶由可見煙到不可見煙的變化，相對響應(yīng)靈敏度增加得很小，即離子感煙探測器響應(yīng)靈敏度與煙的顏色近似無關(guān)； (3)離

43、子探測器優(yōu)點是靈敏度高,缺點是易受環(huán)境干擾,且存在放射性污染;光電探測器 (1)散射光型探測器對灰色的可見煙具有較高的響應(yīng)靈敏度，由于黑煙對光的吸收作用而對其響應(yīng)較遲鈍; (2)光電探測器優(yōu)點是不存在污染,缺點是對小粒子響應(yīng)小.4.4.激光對射探測器在防盜報警中的應(yīng)用激光對射探測器在防盜報警中的應(yīng)用 紅外對射和紅外柵欄作為最早出現(xiàn)的周界報警產(chǎn)品之一，在全世界應(yīng)用及其廣泛。但由于紅外產(chǎn)品本身的缺陷其光源上的先天不足使其面臨發(fā)展瓶頸 。紅外光擴散角大，功率密度小，易受白光抑制干擾，需要聚焦才能形成探測用光束，同時需要特殊材料過濾掉雜光。這使整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且造成高能耗。 激光功率密度大且直線傳

44、播，作為替代紅外光源是最理想的光源。激光對射、激光柵欄在穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾能力、能耗、性價比等各方面具有全面的優(yōu)勢，可以大量進入普通家居和周界報警防范中。 在家居應(yīng)用中，激光柵欄激光柵欄低能耗高可靠性特點可以對家居所有門窗和圍墻進行多層全封閉設(shè)防使用，形成縱深防范，真正達到御賊于外的目的。普通4光束24小時全天使用，按每戶20付探頭計算能耗僅2瓦。而且由于性能穩(wěn)定，抗雜光干擾和同頻干擾，無誤報，比使用主動和被動紅外更具綜合優(yōu)勢。 在周界防范中，激光柵欄高可靠性、抗干擾特點，可以大量應(yīng)用到各種復(fù)雜環(huán)境的周界防范中，包括變電站、機場等野外、強磁場環(huán)境；低能耗和自編碼功能特點，可以實現(xiàn)總線制安裝

45、和精確定位，應(yīng)用在輸油線路、高速鐵路、邊境線和工業(yè)園區(qū)、居民小區(qū)等超長距離超大范圍周界防范。激光對射探測器串聯(lián)使用量可達10000付，完全可以實現(xiàn)對一個居民小區(qū)內(nèi)周界圍墻和所有住房門窗安裝使用。 激光，意思是受激輻射的光放大。 受激輻射是愛因斯坦在1916年提出的一套全新理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個弱光激發(fā)出一個強光的現(xiàn)象。這就叫做受激輻射的光放大，簡稱激光。激光主要特性：激光主要特性：激光的高方向性激光的高方向性 激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長的距離的同時，還能保證聚焦得到極高的功率密度。 激光的高單色性激光的高單色性 由于激光的單色性極高，從而保證了光束能精確地聚焦到焦點上，得到很高的功率密度。 激光對射探測器采用微耗檢測芯片和半導(dǎo)體激