傳感器技術(shù)及應(yīng)用

1、傳感器技術(shù)及應(yīng)用第1頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日內(nèi)容：一、概述二、電阻式傳感器三、光電式傳感器四、光柵尺五、編碼器學(xué)時(shí)：2小時(shí)目的： 了解電阻式、光電式傳感器和編碼器的工作原理，掌握傳感器的特性，并能在實(shí)際中正確應(yīng)用。傳感器技術(shù)及應(yīng)用第2頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 傳感器是實(shí)現(xiàn)檢測與自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器技術(shù)又是衡量一個(gè)國家的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。在信息時(shí)代，如何真實(shí)而迅速地認(rèn)識(shí)和處理各類信息顯的十分重要，捕捉和認(rèn)識(shí)信息的器件，就是傳感器。 一、概述第3頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 國

2、際電工委員會(huì)（IEC）的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號(hào)”。一、概述1、什么是傳感器？ 狹義地說： 感受被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸出信號(hào)的裝置。廣義地說： 傳感器是指能感知某一物理量、化學(xué)量或生物量等信息，并能將之轉(zhuǎn)化為可以利用的信息的裝置。第4頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述2、傳感器分類按應(yīng)用分類壓力傳感器溫度傳感器流量傳感器速度傳感器位移傳感器等按原理分類電阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器光電式傳感器霍爾式式傳感器熱電式傳感器等按輸出信號(hào)分類開關(guān)量傳感器模擬量傳感器數(shù)字量傳感器等第5頁

3、，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述3、傳感器一般組成非電量電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件測量電路輔助電源敏感元件是指傳感器中能直接感受(或響應(yīng))與撿出被測對象的待測信息(非電量)的部分。 轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件所感受(或響應(yīng))出的信息直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。 第6頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述4、傳感器發(fā)展超勢（1）新材料的開發(fā)、應(yīng)用（2）新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用（3）利用新的效應(yīng)開發(fā)新型傳感器（4）傳感器的多功能化（5）傳感器的集成化（6）傳感器的智能化第7頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述5

4、、傳感器的特性（1）傳感器的靜態(tài)特性（2）傳感器的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化時(shí)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性 當(dāng)輸入信號(hào)隨時(shí)間變化時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系稱為傳感器的動(dòng)態(tài)特性 第8頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述5、傳感器的特性（1）傳感器的靜態(tài)特性常用的傳感器靜態(tài)性指標(biāo)包括：靈敏度 精確度測量范圍與量程 線性度誤差滯后量 重復(fù)性第9頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述5、傳感器的特性（2）傳感器的動(dòng)態(tài)特性零階傳感器otky零階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖y = K x第10頁，共119頁，2022年，5月2

5、0日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述5、傳感器的特性（2）傳感器的動(dòng)態(tài)特性一階傳感器 如用以測量溫度的不帶保護(hù)套的熱電偶，就屬于一階傳感器，數(shù)學(xué)模型的一般形式是：otky一階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖T1T20.632K穩(wěn)值定第11頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日一、概述5、傳感器的特性（2）傳感器的動(dòng)態(tài)特性二階傳感器y二階傳感器的單位階躍響應(yīng)圖otk穩(wěn)值定欠阻尼臨界阻尼過阻尼第12頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日電阻式傳感器包括以下3種：電位器傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器二、電阻式傳感器角位移傳感器線位移傳感器1、電位器傳感器 基于

6、在勻質(zhì)導(dǎo)體中，電阻R與其長度L成正比的關(guān)系制造的一種位移量的電阻式傳感器第13頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（2）電位器傳感器的類型角位移電阻式傳感器線位移的電阻式傳感器。高精度位移傳感器二、電阻式傳感器第14頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（1）電位器傳感器的原理輸出電壓UL與位移X呈非線性關(guān)系。只有RL無限大時(shí)輸出電壓UL與位移X間才是線性關(guān)系。（a）角位移電阻式 （b）線位移電阻式傳感二、電阻式傳感器第15頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、電阻應(yīng)變式傳感器(1)、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：覆蓋層 基底引出線 粘合劑電

7、阻絲（敏感柵）核心元件：電阻絲二、電阻式傳感器什么是應(yīng)變式傳感器？ 基于電阻應(yīng)變效應(yīng)制造的用于 測量微小變化的傳感器。第16頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(2)應(yīng)變效應(yīng) 金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，其電阻也將隨之發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”，用來產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)的細(xì)導(dǎo)體稱為“應(yīng)變絲（敏感柵）”F式中:R電阻; 電阻率；L導(dǎo)體長度；A橫面積二、電阻式傳感器第17頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 設(shè)有圓形截面導(dǎo)線,長度為 L ,截面積為 A ,材料的電阻率為，這段導(dǎo)線的電阻值 R 為：當(dāng)導(dǎo)體受力時(shí)，其長度L，截

8、面積 A ，電阻率 相應(yīng)發(fā)生變化為dL、d(r2)、d,因而引起電阻變化dR(2)應(yīng)變效應(yīng) 二、電阻式傳感器第18頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日對上式全微分，則：式中：電阻絲軸向應(yīng)變電阻絲徑向應(yīng)變軸向應(yīng)變與徑向應(yīng)變的關(guān)系是：y= -x(2)應(yīng)變效應(yīng) 二、電阻式傳感器第19頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日電阻變效率為幾何項(xiàng)和壓阻效應(yīng)項(xiàng)綜合的結(jié)果(2)應(yīng)變效應(yīng) 二、電阻式傳感器第20頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(3)應(yīng)變片類型 第21頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(3)應(yīng)變片類型

9、 第22頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日應(yīng)變片的篩選外觀檢查、測量應(yīng)變片的初始電阻值構(gòu)件表面處理貼片固化導(dǎo)線焊接與固定粘貼質(zhì)量檢查應(yīng)變片的防潮保護(hù)(4)應(yīng)變片粘貼和防護(hù)第23頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(3)應(yīng)變片粘貼和防護(hù)實(shí)驗(yàn)室測量應(yīng)力時(shí)粘貼方法第24頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(3)應(yīng)變片粘貼和防護(hù)電子稱用的彈性梁第25頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 應(yīng)變片直接感受應(yīng)變或應(yīng)力。 測量時(shí)，將應(yīng)變片粘貼在彈性元件（試件）上，當(dāng)外力作用到彈性元件（試件）上時(shí)，彈性元件被壓縮（

10、或拉伸），即產(chǎn)生微小的機(jī)械變形，粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片感受到應(yīng)力的作用，根據(jù)虎克定律，應(yīng)變與應(yīng)力成正比，=E 又由應(yīng)變效應(yīng)可知，應(yīng)變片的應(yīng)變與電阻值的相對變化dR/R成正比，所以，實(shí)現(xiàn)了對微小機(jī)械變量的測量。(5)應(yīng)變式傳感器測量原理第26頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日單臂工作 U E K/ 4 (6)應(yīng)變式傳感器測量電路半橋工作 U E K/ 2 全橋工作 U E k 第27頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日A、應(yīng)變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)B、電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。溫度誤差 應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度

11、)影響很大。主要因素有兩點(diǎn)： 設(shè)環(huán)境引起的構(gòu)件溫度變化為t時(shí)，粘貼在試件表面的應(yīng)變片敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)為t,則應(yīng)變片產(chǎn)生的電阻相對變化為:(7)應(yīng)變片的溫度誤差與補(bǔ)償?shù)?8頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日補(bǔ)償措施一單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片選擇與膨脹使應(yīng)變片產(chǎn)生電阻變化相反的敏感柵材料。 溫度補(bǔ)償常見的溫度補(bǔ)償措施有主要有以下三方面：由溫度變化形成的總電阻相對變化表達(dá)式得知：只有(7)應(yīng)變片的溫度誤差與補(bǔ)償?shù)?9頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日溫度補(bǔ)償補(bǔ)償措施二雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片由兩種不同電阻溫度系數(shù)(一種為正值，一種為負(fù)值)的材料串聯(lián)組

12、成敏感柵 (7)應(yīng)變片的溫度誤差與補(bǔ)償?shù)?0頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日補(bǔ)償措施三電路補(bǔ)償法利用電橋相鄰相等二臂同時(shí)產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相同的電阻量不會(huì)破壞電橋平衡的特性來達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?溫度補(bǔ)償(7)應(yīng)變片的溫度誤差與補(bǔ)償?shù)?1頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日要達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件 Rl和R2須屬于同一批號(hào)，即它們的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應(yīng)變靈敏系數(shù)都應(yīng)相同，兩片的初始電阻值也要求相同； 用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件兩者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等； 兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。 (7)應(yīng)變片的溫

13、度誤差與補(bǔ)償?shù)?2頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日應(yīng)變式傳感器廣泛應(yīng)用于稱重和測力領(lǐng)域。 一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應(yīng)變測量；二是作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性元件構(gòu)成傳感器，用以對任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其他物理量作間接測量。 應(yīng)變式測力傳感器有兩種類型：1、柱式力傳感器2、梁式力傳感器(8)應(yīng)變式傳感器應(yīng)用第33頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (一)柱式力傳感器原理外形圖(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第34頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日內(nèi)部圖 (一)柱式力傳感器原理外形圖展開圖(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第3

14、5頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第36頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (一)柱式力傳感器應(yīng)用1、稱重式料位計(jì)(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第37頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (一)柱式力傳感器應(yīng)用2、電子皮帶秤電子皮帶稱的稱重框架示意圖(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第38頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (一)柱式力傳感器應(yīng)用2、電子吊車秤荷重傳感器安裝在吊車上的方式傳感器防扭轉(zhuǎn)臂信號(hào)電纜荷重傳感器安裝在鋼絲繩固定端方式傳感器動(dòng)滑輪卷揚(yáng)筒定滑輪(8)應(yīng)變片式傳感器

15、應(yīng)用第39頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (二)梁式力傳感器原理 梁的固定端寬度為b0，自由端寬度為b，梁長為L，梁厚為h。這種彈性元件的特點(diǎn)是，其截面沿粱長方向按一定規(guī)律變化，當(dāng)囊中力F作用在自由端時(shí)，距作用力任何距離z的截面上應(yīng)力a相等。因此，沿著這種梁的長度方向上的截面抗彎模量的變化與彎矩M的變化成正比即：(8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第40頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 (二)梁式力傳感器應(yīng)用 1、電子稱 手提式電子秤，成本低，稱重精度高，攜帶方便，適于購物時(shí)用。 它采用準(zhǔn)s型的雙孔彈性體作為稱重傳感器的測力元件，重力P作用在中心線

16、上。四片箔式電阻應(yīng)變片粘貼在彈性體雙孔的外側(cè)位置處。雙孔彈性體可簡化為在一端受到力偶M的作用，其大小與重力P及雙孔彈性體長度有關(guān)。 (8)應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用第41頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日第42頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日如:西門稱重傳感器（種類有）1. BB系列波紋管式稱重傳感器 2. CC系列柱式稱重傳感器3. K系列柱式稱重傳感器 (9)應(yīng)變式稱重傳感器產(chǎn)品實(shí)例第43頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日西門子稱重傳感器Siwarex R-BB系列主要技術(shù)指標(biāo)：1.最大荷載 Emax：10 kg 2.

17、精度等級 ：C3 3.最大刻度間隔：30004.最小刻度間隔：Emax/150005.電源電壓： 5 . 15 V 6.破壞負(fù)荷： 300% Emax 7. 最大工作負(fù)荷：150%Emax8.額定溫度范圍： -10 . +40 C 9.操作溫度： -40 . +80 C 10.防護(hù)等級： IP66 / IP68 當(dāng)Emax分成3000等分時(shí)，該值通過OIML R-60認(rèn)證（國際法定度量衡組織），符合C3標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)Emax分成15000等分時(shí)，能正確分辨其值，但并沒有得到OIML認(rèn)證。3.333g/每間隔0.666g/每間隔第44頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 該波紋管

18、為不銹鋼波紋管主要應(yīng)用于補(bǔ)償彈性體熱變形、減震、吸收沉降變形等作用， 波紋管力支撐點(diǎn)固定孔電纜線西門子稱重傳感器（外形結(jié)構(gòu)）第45頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日西門子稱重傳感器（內(nèi)部結(jié)構(gòu)）彎曲橫梁（彈性體）電阻應(yīng)變片應(yīng)變片第46頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日拉伸壓縮西門子稱重傳感器（內(nèi)部結(jié)構(gòu)）第47頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日稱重傳感器測量電路第48頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日西門子稱重傳感器(附件)自定位螺栓導(dǎo)向套件密封圈支撐件第49頁，共119頁，2022年，5月20

19、日，21點(diǎn)29分，星期日固定支架西門子稱重傳感器(附件)第50頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日固定支架過載保護(hù)頂板傳感器固定螺絲釘?shù)装逑拗普駝?dòng)，防舉起裝置西門子稱重傳感器(附件)第51頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(固定支架安裝)自動(dòng)定心，自定位螺栓能使頂板以及負(fù)載體沿水平方向發(fā)生位移（由于溫度變動(dòng)），自定位螺栓的結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生一個(gè)隨位移量和外加負(fù)載而變的復(fù)原力保持水平第52頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日固定支架安裝保持水平第53頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日固定支架安裝第54頁，

20、共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日1、什么是光電式傳感器？以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器稱光電式傳感器。 三、光電式傳感器第55頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、用途 主要用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。 三、光電式傳感器第56頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日3、特點(diǎn) 光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)。三、光電式傳感器 因此在工

21、業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電式傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。 第57頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日4、光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件，它是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。 光電器件工作的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。什么是光電效應(yīng)? 在光照射在某些物質(zhì)上時(shí),物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生電效應(yīng)現(xiàn)象，如導(dǎo)電率變化、釋放電子和產(chǎn)生電動(dòng)勢等。釋放的電子叫光電子，能產(chǎn)生光效應(yīng)的物質(zhì)叫電材料。三、光電式傳感器第58頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日光電效應(yīng)分為以下三種：(1

22、)內(nèi)光電效應(yīng)-在光線作用下，物體的電導(dǎo)性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。如光敏電阻(2)外光電效應(yīng)-在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。如光電管、光電倍增管(3)光生伏特效應(yīng)-在光線作用下，能使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，即阻擋層光電效應(yīng)。如光電池、光敏晶體管。三、光電式傳感器第59頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（一）光敏電阻傳感器1、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：它是涂于玻璃底板上的一薄層半導(dǎo)體物質(zhì)，半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接人電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋

23、了一層漆膜，漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。三、光電式傳感器第60頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（一）光敏電阻傳感器1、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理原理：光敏電阻又稱光導(dǎo)管,幾乎都是利用半導(dǎo)體材料制成的光敏器件.光敏電阻沒有極性,純粹是一個(gè)電阻器件,使用時(shí)既可加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值很大,電路中電流很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的電阻值急劇減少,電路中的電流很大。三、光電式傳感器第61頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日(一)光敏電阻傳感器 2、光敏電阻的主要參數(shù)(3點(diǎn)) （1）暗電

24、阻 光敏電阻在不受光時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流，I暗。（2）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)流過的電流稱為亮電流，I亮。（3）光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流，I光= I亮- I暗三、光電式傳感器第62頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（一）光敏電阻傳感器3、光敏電阻的基本特性（3點(diǎn)） （1）伏安特性 在一定照度下，流過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。 三、光電式傳感器第63頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（一）光敏電阻傳感器 3、光敏電阻的基本特性（2）光譜特性 光敏電阻

25、的相對光敏靈敏度與人射波長的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。 0.65um1.05um2.3um三、光電式傳感器第64頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（一）光敏電阻傳感器 3、光敏電阻的基本特性（3）溫度特性 溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時(shí)，光敏電阻的靈敏度和暗電阻都要改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。 2.85um2.0um三、光電式傳感器第65頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏晶體管 1、光敏二極管的結(jié)構(gòu) 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可

26、以直接受到光照射 。結(jié)構(gòu)外形符號(hào)三、光電式傳感器第66頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏三極管 2、光敏二極管的原理 當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對，它們在PN結(jié)處的內(nèi)電場作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)。三、光電式傳感器第67頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏三極管 3、光敏三極管的結(jié)構(gòu)三、光電式傳感器第68頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，

27、星期日（二）光敏二極管和光敏三極管 4、光敏三極管的原理光照射在發(fā)射極e與基極b之間的PN結(jié)附近便產(chǎn)生光電流(幾微安，相當(dāng)于三極管的基極電流)，于是在集電極c與基極b之間的PN結(jié)能產(chǎn)生幾毫安電流(相當(dāng)于三極管的集電極電流)。光電三極管的通頻帶較窄，不如光電二極管性能穩(wěn)定，但靈敏度高。三、光電式傳感器第69頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏三極管 5、 基本特性（1）光譜特性 從曲線可以看出，硅的峰值波長約為0.9um，鍺的峰值波長約為1.5um，此時(shí)靈敏度最大，而當(dāng)入要射光的波長增加或縮短時(shí)，相對靈敏度也下降。一般來講，鍺管的暗電流較大，因此性能

28、較差，故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。但對紅外光進(jìn)行探測時(shí)，則鍺管較為適宜。0.9um1.5um三、光電式傳感器第70頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏晶體管 5、基本特性（2）伏安特性 從曲線可以看出，光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。 三、光電式傳感器第71頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（二）光敏二極管和光敏晶體管 5、基本特性 （3）溫度特性暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。稱光敏晶體管的溫度特性影響較大影響較小三、光電式傳感器第72頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期

29、日（二）光敏二極管和光敏晶體管 5、 基本特性幾種硅光電二極管的特性參數(shù) 型號(hào)或名稱 光譜范圍 峰值波長 靈敏度 響應(yīng)時(shí)間 探測本領(lǐng) 2DU 0.41.1 0.9 0.4 10-7 最小可探測功率 Pmin=10 -8W 2CU 0.41.1 0.9 0.5 10-7 Pmin=100W 2DU LO41.1 1.06 0.6 510-9 三、光電式傳感器第73頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。屬有源器件。1、硒光電池2、氧化亞銅光電池3、硫化鉈光電池4

30、、硫化鎘光電池5、鍺光電池6、硅光電池7、砷化鎵光電池一、光電池的種類：能用可見光作光源能用可見光作光源三、光電式傳感器（三）光電池第74頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日 （三）光電池 1、結(jié)構(gòu)及符號(hào)(a)結(jié)構(gòu)圖外型圖(c)符號(hào)三、光電式傳感器第75頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（三）光電池2、光電池的工作原理 光電池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電子-空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)

31、度有關(guān)的電動(dòng)勢。-稱光生伏特效應(yīng) 三、光電式傳感器第76頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（三）光電池3、光電池的基本特性 （1）光譜特性光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的 硒光電池在0.5um附近桂光電池在0.81um附近三、光電式傳感器第77頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（三）光電池3、光電池的基本特性 （2）光照特性 光電池在不同光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。 流三、光電式傳感器第78頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（三）光電池3、光電池的基本特性 （3）溫度特性 光

32、電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。 使用時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償三、光電式傳感器第79頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（三）光電池4、國產(chǎn)硅光電池的特性參數(shù) 參量型號(hào) 開路電壓 mV 短路電流 mA 輸出電流 mA 轉(zhuǎn)換效率 面積/mm22CR31 450-600 915 6.58.5 68 510 2CR32 550-600 915 8.611.3 8lO 510 2CR33 550-600 12-15 11.4-15 10-12 510三、光電式傳感器第80頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2022/8/318

33、1 齒盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，光電斷續(xù)器就輸出一個(gè)脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計(jì)數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。（四）光電傳感器的應(yīng)用（1）n三、光電式傳感器第81頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2022/8/3182（四）光電傳感器的應(yīng)用（2）三、光電式傳感器第82頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2022/8/3183使用光電池制作非接觸測溫的高溫比色溫度儀 1高溫物體 2物鏡 3半反半透鏡 4反射鏡 5目鏡 6觀察者眼睛 7光闌 8光導(dǎo)棒 9鏡 10、12濾光鏡 11、13硅光電池 14、15電流/電壓轉(zhuǎn)換器三、光電式傳感器（四）光電傳感器的

34、應(yīng)用（3）第83頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日84三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（4） 光電檢測裝置第84頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2022/8/3185三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（5） 沿邊光電檢測裝置第85頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日86三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（6） 物體運(yùn)動(dòng)速度光電檢測裝置第86頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日紅外測溫儀三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（7）第87頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)

35、29分，星期日三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（8） 光電報(bào)警裝置第88頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日煙霧三、光電式傳感器（四）光電傳感器的應(yīng)用（9） 光電煙霧檢測裝置第89頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日（四）光電傳感器的應(yīng)用（10）第90頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日四、光柵傳感器及其應(yīng)用 光柵傳感器主要用于長度和角度的精密測量以及數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測等。具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、適用于動(dòng)態(tài)測量和自動(dòng)測量以及數(shù)字顯示等特點(diǎn)，在座標(biāo)測量儀和數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。第91頁，共119頁，

36、2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日1、光柵的基本結(jié)構(gòu)（1）光柵 光柵是在透明的玻璃上刻有大量相互平行、等寬而又等間距的刻線。這些刻線是透明的和不透明的，或是對光反射的和不反射的。黑白型長光柵四、光柵傳感器及其應(yīng)用第92頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日1、光柵的基本結(jié)構(gòu)柵線縫隙光柵結(jié)構(gòu)abW柵線的寬度為a（一般為812mm），線間寬度為b，一般取a=b，而W=a+b，W稱為光柵柵距(也稱為光柵常數(shù)或光柵節(jié)距，是光柵的重要參數(shù)，用每毫米長度內(nèi)的柵線數(shù)表示柵線密度，如100線mm、250線mm)。 (2)光柵結(jié)構(gòu)四、光柵傳感器及其應(yīng)用第93頁，共119頁，202

37、2年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日1、光柵的基本結(jié)構(gòu)A、按其原理和用途可分為物理光柵和計(jì)量光柵。(3)類型 B、按其透射形式，光柵可分為透射式光柵和反射式光柵。 C、按其柵線形式，光柵可分為黑白光柵(幅值光柵)和閃耀光柵(相位光柵)。 D、按其應(yīng)用類型，光柵可分為長光柵和圓光柵。 (a) 長光柵(b) 圓光柵四、光柵傳感器及其應(yīng)用第94頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、光柵傳感器的工作原理莫爾條紋原理abW四、光柵傳感器及其應(yīng)用第95頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、光柵傳感器的工作原理計(jì)量光柵是利用莫爾現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)幾何量的測量的。莫

38、爾條紋的成因是由主光柵和指示光柵的遮光和透光效應(yīng)形成的(兩只光柵參數(shù)相同)。 莫爾條紋原理主光柵指示光柵 abWddddffff（a）四、光柵傳感器及其應(yīng)用第96頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、光柵傳感器的工作原理莫爾特性 (1)平均效應(yīng)。莫爾條紋是由光柵的大量柵線共同形成的，對光柵柵線的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除刻線周期誤差對測量精度的影響。莫爾條紋原理主光柵指示光柵 abWddddffff四、光柵傳感器及其應(yīng)用第97頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、光柵傳感器的工作原理莫爾特性 (2)放大作用。由于角很小，從式3

39、1可明顯看出莫爾條紋有放大作用，放大倍數(shù)為 例如：W=0.02mm，=0.1，則B=11.4592mm，其K值約為573，用其它方法很難得到這樣大的放大倍數(shù)。 主光柵指示光柵 abWddddffff（a）Bw/2w/2ff(b)四、光柵傳感器及其應(yīng)用第98頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日2、光柵傳感器的工作原理莫爾特性 (3)對應(yīng)關(guān)系。兩光柵沿與柵線垂直的方向相對移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿柵線方向(確切地說，沿柵線夾角的平分線方向)移動(dòng)。兩光柵相對移動(dòng)一柵距W，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B。 主光柵指示光柵 abWddddffff（a）四、光柵傳感器及其應(yīng)用第99頁，共119

40、頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日3、光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 光柵傳感器是利用莫爾條紋將光柵柵距的變化轉(zhuǎn)換成莫爾條紋的變化，只要利用光電元件檢測出莫爾條紋的變化次數(shù)，就可以計(jì)算出光柵尺移動(dòng)的距離。光柵傳感器作為一個(gè)獨(dú)立完整的測量系統(tǒng)，它包括光柵傳感器(光柵尺)和數(shù)顯表兩部分。 四、光柵傳感器及其應(yīng)用第100頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日3、光柵傳感器的結(jié)構(gòu)圖1 光柵尺光源透鏡主光柵指示光源光電接收元件圖2 光柵尺結(jié)構(gòu)原理四、光柵傳感器及其應(yīng)用第101頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日3、光柵傳感器的結(jié)構(gòu) 光柵傳感器由光源、光柵尺、

41、光電元件及光學(xué)系統(tǒng)組成 圖34 透射光柵光路、光電轉(zhuǎn)換電路示意圖（a）bc光源指示光柵聚光鏡主光柵光電元件物鏡Vcc輸出aU四、光柵傳感器及其應(yīng)用第102頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日4、光柵傳感器的應(yīng)用(1)圖35 透射長光柵和圓光柵傳感器（b）（a）四、光柵傳感器及其應(yīng)用第103頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日4、光柵傳感器的應(yīng)用(2) 機(jī)床用光柵傳感器四、光柵傳感器及其應(yīng)用第104頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日4、光柵傳感器的應(yīng)用(3)四、光柵傳感器及其應(yīng)用第105頁，共119頁，2022年，5月20

42、日，21點(diǎn)29分，星期日五、編碼器 角度一數(shù)字編碼器結(jié)構(gòu)最為簡單，廣泛用于簡易數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)中。 按工作原理分為兩種：1、脈沖盤式2、碼盤式1、編碼器分類或增量式或絕對式第106頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日五、編碼器 圖5-5 旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖式編碼器外形第107頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日圖1 編碼器圖2 編碼器原理圖五、編碼器 2、編碼器結(jié)構(gòu)第108頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日1、脈沖盤式角度一數(shù)字編碼器 圖1 編碼器圖2 編碼器原理圖五、編碼器 3、編碼器工作原理第109頁，共119頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)29分，星期日4、脈沖盤式編碼器四倍頻細(xì)分辨及方向判別的原理 t1t2t3t4信號(hào)1(A相)信號(hào)2