常用傳感器與敏感元件課件

常用傳感器與敏感元件

1.傳感器定義

傳感器是借助檢測(cè)元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個(gè)測(cè)試裝置的工作質(zhì)量。3.1

常用傳感器分類(Classification)2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測(cè)物理量，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對(duì)敏感器件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。dV3.傳感器的分類1)按被測(cè)物理量分類常見(jiàn)的被測(cè)物理量機(jī)械量:長(zhǎng)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(chǎng).溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩機(jī)械式,電氣式,光學(xué)式,流體式等.2)按工作的物理基礎(chǔ)分類:能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號(hào)變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換.如:水銀溫度計(jì).結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變.

例如:電容式和電感式傳感器.微型探測(cè)開(kāi)關(guān)測(cè)力計(jì)壓力計(jì)溫度計(jì)

機(jī)械式傳感器常常以彈性體為傳感器的敏感元件，其輸入量可以是力、壓力溫度等物理量，而輸出則為彈性元件本身的彈性變形（或應(yīng)變）。3.2

機(jī)械式傳感器及儀器(Themechanical

sensorandinstrument)

一、電阻式傳感器：將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再通過(guò)中間變換電路將電阻變化變換為電壓或電流進(jìn)行測(cè)量。電阻式傳感器按工作原理可分為：（5）氣敏電阻式（6）光敏電阻式等（1）變阻器（電位器）式（2）應(yīng)變片式（彈性電阻式）（3）熱敏電阻（4）磁敏電阻式3.3

電阻、電容與電感式傳感器(Resistor,

inductorandcapacitor

sensor)1.變阻器式傳感器（1）變阻器式傳感器的結(jié)構(gòu)和原理變阻器式傳感器實(shí)際是精密線繞電位器，通過(guò)改變電位器觸頭位置將位移轉(zhuǎn)換為電阻變化。導(dǎo)體材質(zhì)和截面積一定，其阻值隨導(dǎo)線長(zhǎng)度而線性變化。變阻器式傳感器除可以測(cè)量線位移和角位移，還可以測(cè)量任何可以轉(zhuǎn)換為位移的物理參數(shù)，如壓力、加速度等。1）直線位移型改變觸點(diǎn)C的位置時(shí)，AC間電阻值為1、變阻器式傳感器（1）工作原理1）直線位移型

xCxABCR改變觸點(diǎn)C的位置時(shí)，AC間電阻值為k1：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的電阻值，

/m。傳感器靈敏度：當(dāng)導(dǎo)線均勻分布時(shí)，輸出（電阻）與輸入（位移）成線性關(guān)系。

線性度線性度

是指由于電阻絲本身的不均勻性或間隔的不均勻?qū)е码A梯特性非理想階梯，增加了傳感器的非線性。uexpxRLu0對(duì)于后接電阻分壓電路的變阻器式傳感器：式中：Rp

—變阻器總電阻；

Rx

—x段的電阻。RpRx負(fù)載特性于是空載時(shí)，式中：由此可見(jiàn)，接入負(fù)載電阻RL后，輸出u0與x不再保持線性關(guān)系。由負(fù)載特性引起的非線性誤差。01102030405060m=5m=2m=1m=0.5m=0.1m=0reL若RL

→∞。令2）角位移型

—角位移；K

—單位弧度電阻值,

/rad

。傳感器靈敏度：ACB3）非線性型xACB階梯輸出特性

是指電位器觸點(diǎn)的最小位移為線圈的一匝，每當(dāng)觸點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，輸出電阻產(chǎn)生一匝電阻值的跳躍，即輸出電阻值不是位移的連續(xù)函數(shù)，而是階梯形折線。理想電位器每個(gè)階梯大小均相同，通過(guò)每個(gè)階梯中點(diǎn)的直線即為理論特性曲線。xR01）階梯輸出特性（2）變阻器式傳感器的特性變阻器式傳感器具有階梯特性和負(fù)載效應(yīng)。因觸點(diǎn)與繞線間存在摩擦，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。分辨力低，一般小于20

m。噪聲大。主要應(yīng)用于線位移、角位移測(cè)量?；蜃鳛樗欧涗泝x或電子電位差計(jì)。（3）變阻器式傳感器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便，輸出信號(hào)大，受外界條件影響小。缺點(diǎn)：（4）變阻器式傳感器的應(yīng)用階梯誤差是指理想階梯特性線對(duì)理論直線的最大偏差。

階梯誤差式中：n為總匝數(shù)。顯然，減小ej必須增加n，當(dāng)骨架長(zhǎng)度不變時(shí)，只有減小線徑。

分辨率（力）定義為電位器總匝數(shù)的倒數(shù)。分辨率例：1000匝直線型線繞電位器，分辨率為0.1%，即該電位器僅能檢測(cè)到它的總量程1/1000以上的位移量。變阻器式傳感器產(chǎn)品案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備

比較重量設(shè)定原材料原理：彈簧->力->位移

->電位器->電阻案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測(cè)煤氣包鋼絲原理：鋼絲->收線圈數(shù)

->電位器

->電阻案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理：電機(jī)->轉(zhuǎn)角

->電位器

->電阻

金屬導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（應(yīng)變），其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。（1）電阻應(yīng)變效應(yīng)與壓阻效應(yīng)

半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)體的導(dǎo)電性能（電阻率）發(fā)生了相應(yīng)變化，從而使電阻值也發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體材料的效應(yīng)。2、電阻應(yīng)變式傳感器1）概述：電阻應(yīng)變式傳感器由電阻應(yīng)變片、彈性元件和測(cè)量電路的部分構(gòu)成。電阻應(yīng)變片又稱電阻應(yīng)變計(jì)，一般由敏感元件、基底、引線、和覆蓋層組成。2）敏感元件也叫敏感柵。根據(jù)其材料不同，應(yīng)變片可分為：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片兩大類。3）工作原理：應(yīng)用時(shí)將應(yīng)變片粘結(jié)在被測(cè)試件表面上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，引起應(yīng)變片電阻變化，通過(guò)測(cè)量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出。3）電阻應(yīng)變式傳感器工作原理電阻應(yīng)變效應(yīng)設(shè)金屬絲長(zhǎng)度為l，截面積為A，電阻率為

，則其阻值為金屬絲變形時(shí)，

、l、A將同時(shí)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致R改變。若

、l、A的變化量為d

、dl、dA，則即：對(duì)半徑為r的金屬電阻絲有：，：電阻絲軸向相對(duì)變形，或稱軸向應(yīng)變。：電阻絲徑向相對(duì)變形，或稱徑向應(yīng)變。徑向應(yīng)變與軸向應(yīng)變間的關(guān)系為式中

為泊松比：徑向應(yīng)變/軸向應(yīng)變。負(fù)號(hào)表示兩者變化相反。：電阻率相對(duì)變化，與電阻絲軸向所受正應(yīng)力

有關(guān)。兩邊同除E為電阻絲材料的彈性模量；

為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)。受力后電阻絲幾何尺寸變化所引起，對(duì)于同一材料（1+2

）為常數(shù)。受力后電阻率的改變引起，對(duì)金屬材料，

E很小。

在電阻絲拉伸比例范圍內(nèi)，電阻相對(duì)變化與其所受的軸向應(yīng)變成正比。且電阻應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)或靈敏度S0定義為通常，S0=1.7~3.6。（2）應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理典型結(jié)構(gòu)：將一根高電阻率金屬絲（康銅、鎳鉻、卡瑪合金等，直徑0.025mm左右）繞成柵形，粘貼在絕緣的基片和覆蓋層之間，由引出導(dǎo)線接于電路中。測(cè)量原理：將應(yīng)變片粘貼于彈性體表面或者直接將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)件上，被測(cè)物變形通過(guò)基底和粘結(jié)劑傳遞給敏感柵—

阻值變化—

轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)。3、壓阻式傳感器（1）基本工作原理

是指半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。壓阻效應(yīng)單晶半導(dǎo)體在外力作用下的電阻變化量仍為對(duì)半導(dǎo)體而言，電阻率變化引起的電阻變化

E遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于形變引起的電阻變化(1+2

)

，則

實(shí)際上，任何材料都不同程度地呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強(qiáng)。金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的主要區(qū)別：

——前者利用導(dǎo)體形變引起電阻的變化，后者利用半導(dǎo)體電阻率變化引起電阻的變化。靈敏度：由半導(dǎo)體理論E——半導(dǎo)體材料的彈性模量。

L——沿某晶向L的壓阻系數(shù)；

——沿某晶向L的應(yīng)力；半導(dǎo)體電阻材料的靈敏度比金屬絲要高50～70倍。例：對(duì)于半導(dǎo)體硅，

L=(40～80)×10-11m2/N，E=1.67×1011Pa,則S0=

LE＝50～100。（2）壓阻式傳感器類型與特點(diǎn)

壓阻式傳感器有兩種類型1）利用半導(dǎo)體材料的體電阻制成粘貼式的應(yīng)變片，其使用方法與電阻應(yīng)變片類似。2）在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，作為測(cè)量傳感元件，測(cè)量壓力和加速度等物理量。

壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)是溫度誤差大，故需溫度補(bǔ)償或恒溫條件下使用。1）靈敏度非常高。2）分辨率高，例如測(cè)量壓力時(shí)可測(cè)出10～20Pa的微壓。3）測(cè)量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高。4）可測(cè)量低頻加速度和直線加速度。應(yīng)變計(jì)■

金屬電阻應(yīng)變片——應(yīng)變效應(yīng)為主（多在1.7~3.6之間）■

半導(dǎo)體應(yīng)變片（多在60~150之間）

半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度高、體積小，但溫度穩(wěn)定性和重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片，非線性誤差大?！獕鹤栊?yīng)為主（3）結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)4、

測(cè)量電路VER1R2R3R4令：金屬絲應(yīng)變片：V與應(yīng)變成線形關(guān)系，可以用電橋測(cè)量電壓測(cè)量應(yīng)變。S■

半橋單臂連接■

半橋雙臂連接■

全橋連接

當(dāng)時(shí)，電橋的輸出電壓為齒輪輪齒彎矩x位移傳感器m質(zhì)塊加速度傳感器F柱式測(cè)力傳感器如果把位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，可以構(gòu)成各種不同的傳感器。5、電阻應(yīng)變片的分類及材料金屬電阻應(yīng)變片分為絲式、箔式和膜式。（1）絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式兩種?；鼐€式短接式絲式應(yīng)變片制作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低、易粘貼?；鼐€式應(yīng)變片因圓弧部分參與變形，橫向效應(yīng)較大。短接式應(yīng)變片敏感柵平行排列，兩端用直徑比柵線直徑大5～10倍的鍍銀絲短接而成，其優(yōu)點(diǎn)是克服了橫向效應(yīng)。安全電流：10~50mA，電阻：50~1000

（典型120

）。2）箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片由厚度為3~10

m

的康銅箔或鎳鉻箔經(jīng)光刻，腐蝕工藝制成的柵狀箔片。

大批量生產(chǎn)，可制成多種復(fù)雜形狀。

散熱好，允許電流大。

橫向效應(yīng)、蠕變和機(jī)械滯后小，疲勞壽命長(zhǎng)。

柔性好（可貼于形狀復(fù)雜的表面），傳遞試件應(yīng)變性能好。3）膜式應(yīng)變片采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法，在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1mm以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵。

應(yīng)變靈敏度大。

允許電流密度大。

工作范圍廣，可達(dá)-197～317℃。6、電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)

性能穩(wěn)定、精度高，綜合誤差在1.0%~0.1%，高精度力傳感器已能達(dá)到0.03%~0.01%。

測(cè)量范圍廣壓力：104~109Pa；力：0.1~107N。

能適應(yīng)較大的振動(dòng)和沖擊，抗輻射能力強(qiáng)。

測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力。

將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測(cè)量力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)的傳感器。（2）電阻應(yīng)變片的應(yīng)用及注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)應(yīng)變極限：機(jī)械滯后：零漂和蠕變：零漂：恒定溫度，無(wú)機(jī)械應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片阻值隨時(shí)間變化的特性。蠕變：恒定溫度、恒定應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片阻值隨時(shí)間變化的特性。

應(yīng)變大—輸出非線性大。誤差為10%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變作為應(yīng)變片的應(yīng)變極限。

敏感柵、底基及膠粘層承受機(jī)械應(yīng)變后，一般都會(huì)存在殘余變形，造成應(yīng)變片的機(jī)械滯后。動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性應(yīng)變片柵長(zhǎng)/mm0.20.51235101520最高工作頻率/kHz125050025012583.3502516.612.5溫度影響：溫度變化導(dǎo)致應(yīng)變片電阻變化與由應(yīng)變引起的電阻變化往往具有同等數(shù)量級(jí)，須用適當(dāng)電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（3）應(yīng)用舉例：a)直接用來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力b)將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為：測(cè)量力、位移、壓力、加速度等物理參數(shù)的傳感器。應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及應(yīng)變實(shí)例示例1：電子秤FR1R2R4示例2：應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置FFFF荷重傳感器原理演示

荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。

示例3：汽車衡汽車衡稱重系統(tǒng)示例5：應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手

可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。示例6：壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片隔離開(kāi)來(lái)。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)信號(hào)處理電路壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對(duì)壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）示例7：橋梁固有頻率測(cè)量原理在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時(shí)的沖擊對(duì)橋梁進(jìn)行激勵(lì)，再通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量橋梁動(dòng)態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。材料應(yīng)變的測(cè)量斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試二、

電容式傳感器

(CapacitanceTransducer)1.工作原理及分類電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。A

電容式傳感器實(shí)質(zhì)是一具有可變參數(shù)的電容器。電容量為—介質(zhì)相對(duì)真空的介電常數(shù)，空氣

1。

0—真空的介電常數(shù)，

0=8.8510-12F/m。

—極板間距。A—極板面積。

、A或

發(fā)生變化都會(huì)引起C變化。實(shí)際使用中，通常僅改變一個(gè)參數(shù)，根據(jù)變化參數(shù)的不同，可分為三類：

改變極板間距的極距變化型；

改變極板相互遮蓋面積的面積變化型；

改變極板間介質(zhì)的介質(zhì)變化型（改變

）。（1）極距變化型電容式傳感器++++++普通式差動(dòng)式

當(dāng)極板間距減小

時(shí)，電容為C與極距成反比，一般取：靈敏度靈敏度S與極距平方成反比，輸入輸出呈非線性關(guān)系δεs動(dòng)極板定極板C極距變化型電容傳感器求△C與△δ之間是什么關(guān)系？

/

0<<1時(shí)，

C/C0展開(kāi)為級(jí)數(shù)形式:

因

/

0<<1，忽略高次項(xiàng)

上式表明，在

/

0<<1條件下，電容的變化與極板間距變化量近似是線性關(guān)系。①欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙δ，但受電容器擊穿電壓的限制；②非線性隨相對(duì)位移的增加而增加，為保證一定的線性度，應(yīng)限制動(dòng)極板的相對(duì)位移量。③為改善非線性，可以采用差動(dòng)式。

0

動(dòng)極板上移Δδ

1，則C1增大，C2減小，初始電容用C0來(lái)表示，則：差動(dòng)電容器輸出：忽略高次項(xiàng)：

靈敏度提高一倍，非線性誤差減小。

2

1

產(chǎn)品.陶瓷電容壓力傳感器

液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生位移。

壓力變送器角位移型平面線位移型柱面線位移型（2）變面積型電容傳感器（2）面積變化型電容式傳感器該傳感器的工作原理是在被測(cè)參數(shù)的作用下來(lái)變化極板的有效面積，常分為角位移型和線性位移型。1）角位移型式中：—覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角；

r—

極板半徑。1—?jiǎng)影澹?—定板122）平面線位移型式中：b—極板寬度。xx?xb121—?jiǎng)影澹?—定板3）圓柱線位移型式中：D—圓筒孔徑；

d—圓柱外徑。面積變化型電容傳感器輸入輸出呈線性關(guān)系，但靈敏度較低，適用較大直線位移及角位移測(cè)量。dD12xl01—?jiǎng)影澹?—定板（3）介質(zhì)變化型電容式傳感器

兩電容極板之間的介質(zhì)變化引起電容變化，常見(jiàn)有兩種情況：一是兩電容極板之間只有一種介質(zhì)，介質(zhì)的介電常數(shù)隨被測(cè)非電量（如溫度、濕度）而變化，電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器就屬于這種情況；二是兩電容極板之間有兩種介質(zhì)，兩介質(zhì)的位置或厚度變化，電容式位移傳感器、電容式厚度傳感器、電容式物（液）位傳感器就屬于這種情況。（3）介質(zhì)變化型電容式傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器——主要測(cè)量厚度、液位、介值的溫度和濕度等）

被測(cè)液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心同柱型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。 ε1－液體介質(zhì)介電常數(shù)；

ε0－空氣中介電常數(shù)（F/m）；

h－電極板總長(zhǎng)度（m）；

r－內(nèi)電極板外徑（m）；

R－外電極板內(nèi)徑（m）；

x－液面高度（m）。

可見(jiàn)，輸出電容C與液面高度x成線性關(guān)系。xh2r2Rε0ε1類型1：液面高度類型2：δd面積S氣隙

當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為：

d—運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度（m）可見(jiàn)：①若厚度d保持不變，介電常數(shù)εr

改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器；②若εr不變，可做成測(cè)厚傳感器

可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；

一般傳感器兩極板間電容很?。◣灼し▇幾十皮法）

導(dǎo)致低頻輸出阻抗很大（幾十甚至上百M(fèi)

）、負(fù)載能力弱，電纜分布電容（大且不穩(wěn)定）影響大。2.特點(diǎn)與應(yīng)用

輸入能量小（極板間靜電引力?。`敏度、高動(dòng)態(tài)特性好（可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高）；（1）特點(diǎn)

將電容傳感器作為橋路的一部分，由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出。通常采用電阻、電容或電感、電容組成的交流電橋，如上圖所示。（1）電橋型電路3測(cè)量電路(2)諧振電路

電容傳感器的電容Cx作為諧振回路（L2、C2、Cx）調(diào)諧電容的一部分。諧振回路通過(guò)電感耦合，從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓。當(dāng)傳感器電容發(fā)生變化時(shí)，使得振蕩回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流，再經(jīng)過(guò)方大、檢波即可得到相應(yīng)的輸出。（3）調(diào)頻電路調(diào)頻振蕩器限幅鑒頻放大輸出Cx傳感器

調(diào)頻電路(4)運(yùn)算放大器電路這種電路用于位移測(cè)量傳感器輸出電壓ug與電容傳感器間隙δ成線性關(guān)系g電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：（1）輸入能量小而靈敏度高（2）精度高達(dá)0.01%。（3）動(dòng)態(tài)特性好，適合測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)。（4）能量損耗小。（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性好（高溫、輻射等）缺點(diǎn)：電纜分布電容影響大。集成電路、雙屏蔽傳輸電纜等——降低分布電容的影響。應(yīng)用1

電容式測(cè)厚軋輥工作極板被測(cè)帶材12341—齒輪2—定極3—電容傳感器4—頻率計(jì)應(yīng)用2振蕩電路被測(cè)物體感應(yīng)電極被測(cè)電容

轉(zhuǎn)速測(cè)量-電容式接近開(kāi)關(guān)測(cè)量頭2構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體1本身，當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化.接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。應(yīng)用3：電容式壓力傳感器工作原理將測(cè)量膜片與電容極板之間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、調(diào)制解調(diào)、放大器放大、電壓電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用

途用于氣體、液體、蒸氣壓力的測(cè)量高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器1—高壓側(cè)進(jìn)氣口

2—低壓側(cè)進(jìn)氣口

3—過(guò)濾片

4—空腔

5—柔性不銹鋼波紋隔離膜片

6—導(dǎo)壓硅油

7—凹形玻璃圓片

8—鍍金凹形電極

9—彈性平膜片

10—

腔電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)各種電容式差壓變送器外形法蘭應(yīng)用4電容式液位傳感器（液位計(jì)/料位計(jì)）應(yīng)用4、電容式液位計(jì)

棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。聚四氟乙烯外套

液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是給出開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號(hào)。液位限位傳感器的設(shè)定

智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單：用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈正常工作指示燈設(shè)定按鈕電源指示燈應(yīng)用5：硅微加工加速度傳感器

圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.7～5.25V，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè)g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的PWM脈沖。微加工三軸加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)：靈敏度：500mV/g，量程：10g，頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點(diǎn):8kHz，分辨力：0.00004g，重量：200g，安裝螺紋：M5mm，線性誤差：≤1%硅微加工加速度傳感器結(jié)構(gòu)

1—加速度測(cè)試單元

2—信號(hào)處理電路

3—襯底

4—底層多晶硅（下電極）

5—多晶硅懸臂梁

6—頂層多晶硅（上電極）

當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)，C1、C2呈差動(dòng)變化。與加速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將ΔC轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)10g以上。

如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。裝有傳感器的假人氣囊汽車氣囊的保護(hù)作用

使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。

電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類:電感式傳感器自感型可變磁阻式渦流式互感型（差動(dòng)變壓器式）三、

電感式傳感器

(InductanceTransducer)1自感型（可變磁阻、渦流）（1）--可變磁阻式（變間隙、變面積）可變導(dǎo)磁面積型差動(dòng)型原理:電磁感應(yīng)。自感自感L與A0成線性關(guān)系，靈敏度較低靈敏度提高一倍μ0

－空氣的磁導(dǎo)率；A0

－空氣隙的截面積；δ

－空氣隙的長(zhǎng)度由電工學(xué)可知，線圈自感量：

i

—線圈中流過(guò)的電流。

—通過(guò)線圈的磁通量。

Rm

—磁路的總磁阻（H-1），Rm=

RF

+

R

，其中RF為

鐵心與銜鐵的磁阻；R

為空氣隙磁阻。ix123L01—線圈；2—鐵心；3—銜鐵式中：N—線圈匝數(shù)；可變磁阻式傳感器由線圈、鐵心和銜鐵組成，在鐵心與銜鐵之間存在氣隙

。a)變氣隙式自感傳感器式中：l1、l2

—鐵心和銜鐵的導(dǎo)磁長(zhǎng)度；

1、

2

—鐵心和銜鐵的磁導(dǎo)率；

A1、A2

—鐵心和銜鐵的導(dǎo)磁截面積；

—?dú)庀堕L(zhǎng)度；

0

—空氣磁導(dǎo)率，

0=410-7H·m-1

；

A0

—空氣隙導(dǎo)磁截面積。若不考慮磁路的鐵損，且空氣隙

較小時(shí)：一般，

1和

2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

0，即：RF

<<R

，因此，ix123L01—線圈；2—鐵心；3—銜鐵

自感L與氣隙

成反比，與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比。當(dāng)固定A0，變化

時(shí)，L與

成非線性關(guān)系，傳感器靈敏度:傳感器靈敏度與氣隙長(zhǎng)度的平方成反比。L0δδ0L0◆輸出特性非線性:為獲得較高靈敏度,氣隙的初始值δ0不宜過(guò)大?！魹楂@得較好的線性關(guān)系,須限制測(cè)量范圍,使銜鐵位移在較小范圍內(nèi)變化(Δδ<<δ0),一般取Δδ=(0.1～0.2)δ0◆變氣隙式傳感器適用于微小位移的測(cè)量,測(cè)量范圍：0.001～1mm。電感式接近傳感器（金屬）c)螺管式自感傳感器工作原理：當(dāng)鐵芯在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移（數(shù)毫米）測(cè)量。d、差動(dòng)式自感傳感器

兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的自感線圈組合在一起形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，可提高靈敏度，改善輸出特性的非線性，實(shí)際中常用。差動(dòng)變氣隙傳感器工作原理對(duì)差動(dòng)式傳感器，當(dāng)共用銜鐵位移時(shí)，兩線圈的間隙按

0

、

0+

變化，即一個(gè)線圈自感增加，另一個(gè)減小。~x當(dāng)(Δδ/δ<<1)時(shí)，可將上式展開(kāi)成級(jí)數(shù)：差動(dòng)方式時(shí)：

靈敏度，為原來(lái)的兩倍。非差動(dòng)方式時(shí)，

顯然，若不考慮包括2次項(xiàng)以上的高次項(xiàng)，則ΔL與Δδ成比例關(guān)系，因此高次項(xiàng)的存在是造成非線性的原因。差動(dòng)式自感傳感器的特性：★當(dāng)氣隙相對(duì)變化Δδ/δ0<<1時(shí)，高次項(xiàng)迅速減小，非線性得到改善。然而，這會(huì)使傳感器的測(cè)量范圍變小，因此對(duì)輸出特性線性的要求和對(duì)測(cè)量范圍的要求是相互矛盾的。這正是取Δδ/δ0＝0.1～0.2的原因。★當(dāng)構(gòu)成差動(dòng)式電感傳感器時(shí)，輸出與ΔL1+ΔL2有關(guān)，它不存在偶次項(xiàng)，因此差動(dòng)式電感傳感器的非線性明顯改善。b)變面積式自感傳感器靈敏度:◆輸出特性為線性，因此測(cè)量范圍大?！粢岣哽`敏度，氣隙厚度δ不能過(guò)大。

將傳感器兩線圈接于電橋的相鄰橋臂時(shí)，其輸出靈敏度可提高一倍，并改善了非線性特性，補(bǔ)償干擾影響。a)電橋電路b)輸出特性雙螺管線圈差動(dòng)型電橋電路及輸出特性(2)電渦流式傳感器原理:渦流效應(yīng)

電渦流傳感器可以測(cè)量位移、厚度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無(wú)損探傷，是一種應(yīng)用廣泛且有發(fā)展前途的傳感器。電渦流傳感器是利用電渦流效應(yīng)原理，將位移等非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化（或電感的變化，或Q值的變化），從而進(jìn)行非電量電測(cè)的。H1H2~

一個(gè)通有交變電流的線圈，由于電流的變化，在線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1，當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體置于該磁場(chǎng)范圍之內(nèi)，被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng)H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生改變?！€圈等效外半徑渦流式傳感器分為高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式傳感器。高頻反射式電渦流式傳感器：

高頻反射式電渦流式傳感器多用于位移及與位移相關(guān)的厚度、振動(dòng)等測(cè)量。高頻（>1MHz）激勵(lì)電流

金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為為δ，當(dāng)線圈輸入一交變電流i時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通量Φ金屬板在此交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，所以稱之為“渦電流”或“渦流"。

渦流的大小與金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度h，金屬板與線圈的距離δ，激勵(lì)電流角頻率ω等參數(shù)有關(guān)。若改變其中某2個(gè)參數(shù)，而固定其他參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化測(cè)量該參數(shù)。2）低頻透射式電渦流式傳感器：音頻（<20kHz）激勵(lì)電流

低頻透射式渦流傳感器多用于測(cè)定材料厚度。

發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別置于被測(cè)金屬板材料G的上、下方。由于低頻磁場(chǎng)集膚效應(yīng)小，滲透深，當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈ω1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過(guò)金屬板材料G,使線圈ω2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。

但由于渦流消耗部分磁場(chǎng)能量，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2減少，當(dāng)金屬板材料G越厚時(shí)，損耗的能量越大，輸出電動(dòng)勢(shì)e2越小。因此，e2的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，試驗(yàn)表明，e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少,如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用e2的變化即可測(cè)量其厚度。基本特性渦流形成范圍：徑向?yàn)榫€圈外徑的1.8~2.5倍，且分布不均勻；渦流貫穿深度有限，深度一般可用經(jīng)驗(yàn)公式求得

渦流強(qiáng)度與x的關(guān)系：非線性特性，x/R<<1可改善線性，提高靈敏度。

一般要求，被測(cè)金屬的最小尺寸大于傳感器線圈直徑的2倍；被測(cè)物為圓柱體時(shí)，其直徑要求大于線圈直徑的3.5倍。ρ——電阻率2、測(cè)量電路：諧振電路

傳感器線圈L與電容C共同組成并聯(lián)諧振電路，諧振頻率為：

線圈等效電感改變，必然導(dǎo)致回路阻抗或諧振頻率變化，從而可間接測(cè)量被測(cè)參數(shù)，對(duì)應(yīng)測(cè)量電路：——調(diào)幅電路——調(diào)頻電路調(diào)幅電路

傳感器由振蕩器提供高頻電源，當(dāng)傳感器諧振頻率與電源頻率相同時(shí)，輸出電壓u最大。

測(cè)量時(shí)，傳感器等效電感隨x而改變，LC回路失諧，輸出信號(hào)頻率雖仍為電源頻率，但幅值隨x變化，即x對(duì)輸出信號(hào)存在調(diào)幅作用。調(diào)頻電路以LC振蕩回路的諧振頻率作為輸出量。鑒頻器：將調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。3）影響渦流傳感器靈敏度的因素

被測(cè)物材質(zhì)

被測(cè)物形狀和大小

電渦流產(chǎn)生的渦流環(huán)的直徑也一定。因此對(duì)板狀被測(cè)物的最小尺寸有要求。

電導(dǎo)率越高，靈敏度越大；磁性材料渦流損耗大，導(dǎo)致靈敏度降低。

在傳感器周圍磁場(chǎng)范圍內(nèi)，不應(yīng)有非被測(cè)對(duì)象的金屬物體，否則，會(huì)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致靈敏度下降和線性范圍減小。實(shí)測(cè)表明，非被測(cè)金屬離傳感器線圈的距離必須大于線圈的直徑。一般要求，被測(cè)金屬的最小尺寸大于傳感器線圈直徑的1.8倍；被測(cè)物為圓柱體時(shí)，其直徑要求大于線圈直徑的3.5倍。

安裝位置電渦流式傳感器的特點(diǎn)◆非接觸測(cè)量，抗干擾能力強(qiáng)◆高靈敏度高◆分辨力高，位移檢測(cè)范圍：±1mm～±10mm，最高分辨力0.1%?！艚Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受油夜等介質(zhì)影響。5）渦流傳感器的應(yīng)用

回轉(zhuǎn)軸振動(dòng)測(cè)試。

回轉(zhuǎn)軸誤差測(cè)量。

厚度測(cè)量。

零件計(jì)數(shù)。

接近開(kāi)關(guān)。

表面裂紋或缺陷檢測(cè)。

材質(zhì)判別。應(yīng)用1：無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測(cè)油管檢測(cè)應(yīng)用2：測(cè)厚應(yīng)用3：零件計(jì)數(shù)表面裂縫檢測(cè)徑向振動(dòng)測(cè)量軸心軌跡測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量2互感式電感傳感器

互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。

由于常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱差動(dòng)變壓器式傳感器。實(shí)際中多采用螺管線圈型差動(dòng)變壓器?；ジ行?-差動(dòng)變壓器

當(dāng)被測(cè)量轉(zhuǎn)換為銜鐵位移時(shí)，傳感器兩線圈的互感改變，導(dǎo)致輸出相應(yīng)改變。工作原理（2）差動(dòng)變壓器式實(shí)際的互感傳感器通常采用兩個(gè)二次線圈，并接成差動(dòng)式，故稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。RLei~e2L2e1L1~R1R2eo=e1-e2M1M2變壓器由一次線圈L和兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的二次線圈L1、L2組成。

鐵心P位于中心位置：M1=M2，eo=0。

鐵心P上移：M1

=M+

M，M2

=M

M（M為初始平衡互感），e1

>e2，eo與e1同相。

鐵芯P下移：M1

=M

M，M2

=M+M，e1

<e2，eo0，eo與e2同相。

eo與

M成正比?！獋鞲衅鬏敵鲭妷悍从沉宋灰频拇笮〖胺较?、測(cè)量電路但因?yàn)榻涣骼w毫，只有接入相應(yīng)電路（相敏檢波、差動(dòng)整流等），才能提取出這兩種信息。傳感器輸出存在一定的零點(diǎn)殘余電壓，即銜鐵位于中間位置時(shí)輸出不為零。因此，其后接電路應(yīng)采用既能反映鐵芯位移大小及極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。全波差動(dòng)整流電路及波形圖(a)電路圖(b)波形圖差動(dòng)變壓器測(cè)量電路一種利用小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路工作原理圖差動(dòng)變壓器式傳感器特點(diǎn)：◆精度高(0.1um數(shù)量級(jí)，最高可達(dá)0.01um)，高精度型非線性誤差可達(dá)0.1%?！艟€性范圍達(dá)(可達(dá)±100mm)?！舴€(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便?！粢虬瑱C(jī)械結(jié)構(gòu)，頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)量高頻動(dòng)態(tài)參量?！魪V泛應(yīng)用于直線位移，或能轉(zhuǎn)換為位移變化的壓力、重量等參數(shù)的測(cè)量。差動(dòng)變壓器位移傳感器案例：張力測(cè)量一、

磁電式傳感器?

磁電感應(yīng)式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁電傳感器應(yīng)式有:磁電感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式等。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

磁場(chǎng)強(qiáng)度磁路電阻線圈速度磁通變化率3.4磁電、壓電與熱電式傳感器（Magnetic,

piezoelectric

andpyroelectric

sensor)?基本工作原理：線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割

磁力線或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。一、磁電式傳感器的分類磁阻式磁電式動(dòng)圈式線速度型角速度型按工作原理不同，感應(yīng)傳感器可分為恒定磁通式（動(dòng)圈式）和變磁通式N1、動(dòng)圈式（恒磁通型）?

由磁路系統(tǒng)產(chǎn)生的磁通本身是恒定的。

線圈（導(dǎo)體）與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使線圈切割磁力線，而在線圈（導(dǎo)體）兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

.(a)直錢運(yùn)動(dòng)（b）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖4恒定磁通式磁電感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖線速度型角速度型動(dòng)圈式傳感器線速度型

角速度型測(cè)速電機(jī)

當(dāng)線圈在垂直于磁場(chǎng)方向作直線運(yùn)動(dòng)（a）或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（b)時(shí),若以線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度∝v或角速度ω表示，所產(chǎn)生的惑應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為：e

=

NBlve=

kNBAω式中：l—每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B—線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；A—每匝線圈的平均截面積；k—傳感器結(jié)構(gòu)系數(shù)。–—–—（速度計(jì)）（轉(zhuǎn)速計(jì)）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁路電阻線圈速度磁通變化率變磁阻傳感器即變磁通式傳感器，又稱變氣隙式.常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度，其結(jié)構(gòu)原里如圖4.30（a、b）所示為：開(kāi)路變磁通式—線圈和磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化1次,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于測(cè)量齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積2、變磁阻式傳感器(a)開(kāi)路變磁通式圖4.30（b）為閉合磁路變磁通式結(jié)構(gòu)示意圖，被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)橢圓形鐵心在磁場(chǎng)中等速轉(zhuǎn)動(dòng)，使氣隙平均長(zhǎng)度周期性變化，因而磁路磁阻也周期性變化，磁通同樣周期性變化，則在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f為橢圓形鐵心轉(zhuǎn)速的2倍閉合磁路變磁通式變磁通恒磁通l：每匝線圈的平均長(zhǎng)度B：磁感應(yīng)強(qiáng)度A：每匝線圈的平均截面積k：傳感器結(jié)構(gòu)系數(shù)

動(dòng)圈磁電式傳感等效電路變磁阻傳感器對(duì)環(huán)境條件要求不高，能在-150~90°C的溫度下工作，不影響測(cè)量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作但它的工作頻率下限較高，約為50Hz,上限可達(dá)100Hz

磁阻式傳感器的線圈與磁鐵彼此不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)著的物體改變磁路的磁阻，而引起磁力線增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁阻式傳感器

磁阻式傳感器

磁電式車速傳感器磁阻式傳感器

磁電式測(cè)速傳感器二、壓電式傳感器

某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

壓電式傳感器是以具有壓電效應(yīng)的器件為核心組成的傳感器。壓電效應(yīng)具有自發(fā)電和可逆性，因此壓電器件是一種典型的雙向有源傳感器件。壓電效應(yīng)是可逆的---逆壓電效應(yīng)

石英（SiO2)晶體結(jié)晶形狀為六角形晶柱，兩端為一對(duì)稱棱錐，六棱柱是它的基本組織，縱軸z-z稱為光軸，通過(guò)六棱線垂直于光軸的軸線x-x軸稱做電軸，垂直于棱面的軸線y-y稱做機(jī)械軸。Z—光軸Y—機(jī)械軸X—電軸1、壓電效應(yīng)及壓電材料

某些晶體不僅在電場(chǎng)力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象。(1)壓電效應(yīng)壓電介質(zhì)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)Q（E）T（S）機(jī)械能電能壓電效應(yīng)模型a)縱向效應(yīng)

b)橫向效應(yīng)

c)切向效應(yīng)切下在常態(tài)下不呈現(xiàn)電性。當(dāng)施加外力時(shí)，將沿x-x方向形成成電場(chǎng)，其電荷分布在垂直于x-x軸的平面上。沿x軸加力產(chǎn)生縱向效應(yīng)；沿y軸加力產(chǎn)生橫向效應(yīng)；沿相對(duì)兩平面加力產(chǎn)生切向效應(yīng)如圖a)、b）、c）所示。a.正壓電效應(yīng)

在電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個(gè)極化面上出現(xiàn)大小相等符號(hào)相反的電荷Q，其電位移D（或電荷密度

）與外應(yīng)力張量T成正比。d：壓電常數(shù)b.逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）

若對(duì)上述電介質(zhì)施加電場(chǎng)作用，同樣會(huì)引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變S與外電場(chǎng)E成正比。dt：逆壓電常數(shù)++++++++++----------Q極化面TT-+壓電式傳感器及其等效電路實(shí)驗(yàn)證明：壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)都是線性的。壓電晶片并聯(lián)串聯(lián)等效電荷源使用特點(diǎn)：1）適宜作動(dòng)態(tài)測(cè)量，作靜態(tài)測(cè)量時(shí)必須采用極高阻抗的負(fù)載。2）并聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電荷量輸出的場(chǎng)合3）串聯(lián)結(jié)構(gòu)適宜于電壓作為輸出信號(hào)二、等效電路和測(cè)量電路1、等效電路

從功能上講，壓電器件實(shí)際上是一個(gè)電荷發(fā)生器，又可將其視為具有電容Ca的電容器。++++++++++----------δ極化面(電極)-+Axzy極化方向電荷源CaUa電壓源CaUa并聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)結(jié)構(gòu)1）電荷放大器等效電路>>

壓電式傳感器輸出電信號(hào)很微弱，通常應(yīng)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(guò)阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。

2、壓電材料及其特點(diǎn)

壓電晶體：石英晶體（SiO2）其它壓電晶體（LiNbO3、LiTaO3、LiGeO3）

壓電常數(shù)小，時(shí)間與溫度穩(wěn)定性高。

壓電陶瓷：二元系壓電陶瓷（BaTiO3-PbTiO3）三元系壓電陶瓷（PbMg3Nb3O3-PbTiO3-PbZrO3）

壓電常數(shù)大，穩(wěn)定性相對(duì)較差。

新型壓電材料：壓電半導(dǎo)體（ZnS、CdTe、ZnO）

既有壓電特性，又有半導(dǎo)體特性。

有機(jī)高分子壓電材料—高分子聚合物（PVF、PVC）

質(zhì)輕柔軟，耐沖擊，體電阻大，批量生產(chǎn)，人工皮膚。

壓電薄膜（高分子化合物滲雜壓電陶瓷粉末）

既柔軟，又有較高的壓電特性和轉(zhuǎn)換效率。壓電傳感器的應(yīng)用：壓力、應(yīng)力、振動(dòng)加速度測(cè)量，聲、超聲測(cè)量。壓電傳感器的特點(diǎn)：體積小、重量輕、固有頻率高；難以測(cè)量低頻信號(hào)，信噪比差；環(huán)境溫度、濕度的變化會(huì)引起壓電常數(shù)的變化，需要經(jīng)常校準(zhǔn)靈敏度。超聲波美容儀器用壓電陶瓷晶片醫(yī)用B超換能器用晶片3、實(shí)際產(chǎn)品加速度計(jì)力傳感器壓力變送器應(yīng)用1：飛機(jī)模態(tài)分析靈敏度：100mV/g量程：50g頻率范圍：0.5-8000Hz（±10%)分辨率：0.0002g線性：≤1%橫向靈敏度：≤5%典型值：≤3%溫度范圍：-40~+120℃用途：模態(tài)試驗(yàn)LC0101LC0106

靈敏度：1000mV/g量程：5g頻率范圍：0.04-1500Hz（±10%)分辨率：0.00002g重量：200gm安裝螺紋：M5mm線性：≤1%橫向靈敏度：≤5%典型值：≤3%溫度范圍：-40～+120℃用途：超低頻、小g測(cè)量ULT25系列壓電石英力傳感器ULT25系列產(chǎn)品可用于測(cè)量動(dòng)態(tài)、短期靜態(tài)的振動(dòng)和沖擊力，機(jī)械結(jié)構(gòu)的拉伸和壓縮力。與激振器配合，能夠測(cè)量和控制激振力。與加速度、速度傳感器配合，可測(cè)量機(jī)械阻抗。ULT0501ULT0502ULT0503

壓電式腳踏報(bào)警器玻璃打碎報(bào)警裝置先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),即溫差電勢(shì).熱電效應(yīng)熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB三、熱電式傳感器1、熱電偶：熱電效應(yīng)

1、熱電偶：熱電效應(yīng)

(1)熱電效應(yīng)熱電偶溫度傳感器是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的，將任意兩種不同的導(dǎo)體A-B組成一個(gè)閉合回路，只要它們的兩個(gè)接點(diǎn)t1，t2的溫度不同，在回路里就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。ABTT0k——玻耳茲曼常數(shù)，e——電子電荷量，T——接觸處的溫度NA，NB——分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。玻爾茲曼常量系熱力學(xué)的一個(gè)基本常量，記為“K”，數(shù)值為：K=1.3806488(13)×10^-23J/K（2）熱電偶測(cè)溫基本定律1)均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。TT02)中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。TT0V3)參考電極定律

兩種導(dǎo)體A,B分別與參考電極C組成熱電偶，如果他們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，A和B兩極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可用下式求得：ABTT0=ACTT0—CBTT0由于鉑的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、人們多采用鉑作為參考電極。EAB(T,Tn)=EAB(T)-EAB(Tn)=EAB(T)-EAB(0)-[EAB(Tn)-EAB(0)]=EAB(T，0)-EAB(Tn，0)EAB(T，0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn，0)(5)實(shí)際工程計(jì)算應(yīng)用即在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是冰點(diǎn)溫度，而是環(huán)境溫度Tn；這時(shí)測(cè)量出的回路熱電勢(shì)EAB(T,Tn)要小，因此必須加上環(huán)境溫度Tn與冰點(diǎn)之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)EAB(Tn，0)后才能符合熱電偶分度表的要求?？捎檬覝赜?jì)測(cè)出環(huán)境溫度Tn，從分度表中查出的E(Tn,0)值，然后加上熱電偶回路熱電勢(shì)E(T,Tn)，得到E(Tn,0)值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度值。實(shí)際工程應(yīng)用常用實(shí)驗(yàn)的方法得出溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系并做成表格，以供備查。例:用（S型）熱電偶測(cè)量某一溫度，若參比端溫度Tn=30℃，測(cè)得的熱電勢(shì)E(T,Tn)=7.5mV，求測(cè)量端實(shí)際溫度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，測(cè)量端實(shí)際溫度為830℃[例]用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)冷端溫度Tn=30℃時(shí)，測(cè)得熱電勢(shì)E(T,Tn)=38.52mv，求實(shí)際爐溫。作業(yè)7用鎳鉻--鎳硅(K型)熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度為20℃。測(cè)得的熱電勢(shì)為28mV，求熱端溫度。（3）常見(jiàn)熱電偶型號(hào)：鉑銠－鉑熱電偶（WRLB）：復(fù)制精度和重復(fù)精度高，穩(wěn)定性好；熱電勢(shì)較弱，成本高。鎳鉻－鎳硅熱電偶（WREU）：熱電勢(shì)大、線性好，價(jià)格便宜；精度較低。工業(yè)中最常用的熱電偶之一。鎳鉻－考銅熱電偶（WREA）：熱電靈敏度高、價(jià)格便宜；測(cè)溫范圍窄，易氧化變質(zhì)。鉑銠30－鉑銠6熱電偶（WRLL）：性能穩(wěn)定、精度高、適合在氧化或中性介質(zhì)中使用；熱電勢(shì)小，價(jià)格高。(4)熱電偶的種類普通型熱電偶結(jié)構(gòu)

國(guó)際IEC向世界各國(guó)推薦8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶（已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中，具有統(tǒng)一的分度表）。我國(guó)已采用IEC標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)熱電偶，并按標(biāo)準(zhǔn)分度表生產(chǎn)與之相配的顯示儀表。

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上。鎧裝型熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的主要性能和特點(diǎn)利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值（5）測(cè)量：冷端補(bǔ)償電橋法2熱敏電阻傳感器

半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅、鈷、鐵等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，它具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，隨溫度上升而阻值下降。RT產(chǎn)品溫控器應(yīng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器水溫感應(yīng)塞還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計(jì)等即便在氧化性介質(zhì)中，其物理、化學(xué)性能都很穩(wěn)定；易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性；有較高的電阻率；在還原性介質(zhì)中性能易受影響；電阻溫度系數(shù)不太高；價(jià)格貴。鉑電阻的特點(diǎn)3熱電阻傳感器

鉑電阻的主要技術(shù)指標(biāo)等級(jí)分度號(hào)測(cè)溫范圍/

C允許偏差/

C電阻比R100/R0名義值允許誤差A(yù)Pt10-200~850±(0.15+0.002|t|)1.385±0.001Pt100BPt10±(0.30+0.005|t|)Pt100幾種鉑電阻WZP系列裝配式鉑電阻

及鎧裝電阻芯

用于一般工業(yè)場(chǎng)測(cè)溫

使用溫度-200℃～700℃

高強(qiáng)度石英管測(cè)溫鉑電阻

溫度范圍-100°C至+500°C

適用于鍍鋅鍋爐、耐酸、耐堿等強(qiáng)腐蝕場(chǎng)合

注:不耐氫氟酸及磷酸精密溫度傳感器

PtWD－1A型-100℃～300℃

誤差小于0.1℃，精度為超A級(jí)

天燃?xì)饬髁坑?jì)

溫度補(bǔ)償用鉑電阻

天燃?xì)鉁u輪流量計(jì)等用油浸變器用鉑電阻醫(yī)療器械鉑電阻薄模鉑電阻元件用于汽車工業(yè)、白色家電，食品加工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)。

尺寸：2.3mm×2.1mm×0.9mm（長(zhǎng)×寬×高）

線長(zhǎng)10mm

防水封裝鉑電阻核心元件：德國(guó)進(jìn)口精密鉑電阻（PT100PT1000）

元件精度：±0.15℃(A級(jí))±0.30℃(B級(jí))

封裝材料：鍍鎳銅管或不銹鋼管

管料尺寸：?4*25mm

連接線：PVC包膠電纜線（可選擇耐高溫型的）銅電阻的主要技術(shù)指標(biāo)分度號(hào)測(cè)溫范圍/

C允許偏差/

C電阻比R100/R0名義值允許誤差Cu50-50~150±(0.30+0.006|t|)1.428±0.002Cu100銅電阻的特點(diǎn)電阻率??；容易氧化；價(jià)格便宜。WZC-111/Φ12*1000mmCu50

（3）其他電阻體1）銦電阻—一種高精度低溫?zé)犭娮?。缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性差。2）錳電阻—電阻隨溫度變化很大，靈敏度高；受磁場(chǎng)的影響小，且有規(guī)律。錳電阻的缺點(diǎn)是脆性大，難以拉制成絲。3）碳電阻—適合作液氦溫閾溫度計(jì)。其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差。3.5光電傳感器（photoelectricsensor)—光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。—應(yīng)用這種器件檢測(cè)時(shí)，是先將其物理量的變化轉(zhuǎn)換為光量的變化，再通過(guò)光電器件轉(zhuǎn)化為電量，其工作原理是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)。物質(zhì)(金屬或半導(dǎo)體）在光的作用下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)

愛(ài)因斯坦假設(shè)光束中的能量以聚集成一粒一粒的形式在空間行進(jìn)的，這一粒-粒的能量稱為光子,單個(gè)光子的能量為：E=hv式中：h——普朗克常數(shù)6.626x10-34

J?s；v——光的頻率.Hz。當(dāng)光照射到某一物體時(shí)，可以看做該物體受到一連串能量為E的光子的轟擊；光電效應(yīng)就是構(gòu)成物體的材料能吸收到光子能量的結(jié)果。由于被光照射的物體材料的不同，所產(chǎn)生的光電效應(yīng)也不同；通常光照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)

兩類。1.外光電效應(yīng)在光照作用下，物體內(nèi)的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。根據(jù)愛(ài)因斯坦的假設(shè)，一個(gè)光子的能量只給一個(gè)電子，因此，如果要使一個(gè)電子從物質(zhì)表面逸出，光子具有的能量hv必須大于該物質(zhì)的表面逸出功A,這時(shí)逸出表面的電子就具有動(dòng)能EKEK

=hv-A

(3.46)其中EK=

?mv2由上式可見(jiàn)，光電子逸出時(shí)的初始動(dòng)能與光的頻率有關(guān)，頻率高則動(dòng)能大。由于不同材料的逸出功不同，所以對(duì)某種材料而言有一個(gè)頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，也不能激發(fā)出電子。反之，當(dāng)入射光的頻率髙于此極限頻率時(shí)，即使光線微弱也會(huì)有光電子發(fā)射出來(lái)，這個(gè)頻率限稱為“紅限頻率”外光電效應(yīng)的光電器件屬于光電發(fā)射型器件，有光電管，光電倍增管等。真空光電管結(jié)構(gòu)陰極陽(yáng)極陰極陽(yáng)極光電管有真空光電管和充氣光電管。真空光電管的結(jié)構(gòu)如圖所示。在一個(gè)真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極：陰極和陽(yáng)極.光電陰極通常采用逸出功小的光敏材料（如銫Cs)。當(dāng)光線照射到光敏材料上便有電子逸出，這些電子被具有正電位的陽(yáng)極所吸引，

在光電管內(nèi)形成空間電子流，在外電路就產(chǎn)生電流?？墒闺娏鞔笮《寂c光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系.從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光電倍增管工作原理如圖所示，在光電陰極和陽(yáng)極之間加入D1、D2、D3、…若干個(gè)光電倍增極，這些倍增極涂有Sb（銻?[tī]

）-Cs或Ag-Mg等光敏物質(zhì)。工作時(shí)，這些電極的電位逐級(jí)增高。當(dāng)光線照射到光電陰極時(shí)，產(chǎn)生的光電子受第一級(jí)倍增極D1正電位作用.加速并打在該倍增極上產(chǎn)生二次發(fā)射。在更高電位的D2極作用下

又將加速打到D2…一直到達(dá)陽(yáng)極光電倍增管陽(yáng)極光電陰極入射光第一倍增級(jí)第二倍增級(jí)第n倍增級(jí)

半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng)，阻值愈低，受光照物體（通常為半導(dǎo)體材料）電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)

。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管2.內(nèi)光電效應(yīng)

內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理分為兩種：光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。1）光電導(dǎo)效應(yīng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象.稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻（光電導(dǎo)型）和反向工作的光敏二極管、光敏三極管（光電導(dǎo)結(jié)型）1）光敏電阻

工作原理：在無(wú)光照時(shí)，光敏電阻的阻值是很高的，當(dāng)受到光線作用時(shí)，半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),使其導(dǎo)電性能增強(qiáng),光線愈強(qiáng)，阻值愈低，提高了材料的導(dǎo)電性能。光照停止后，自由電子和空穴復(fù)合，導(dǎo)電性能下降，電阻恢復(fù)原值。光敏二極管：光敏三極管：

光敏電阻具有靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊，抗過(guò)載能力強(qiáng)，耗散功率大，以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。由于光電導(dǎo)效應(yīng)只限于光照的表面薄層，因此光電半導(dǎo)體一般都作成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案。光導(dǎo)體電極照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光光控?zé)艄I(yè)控制應(yīng)用3：亮度傳感器通過(guò)檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度，再與內(nèi)部設(shè)定值相比較，調(diào)整光源的亮度和分布，有效利用自然光線，達(dá)到節(jié)約電能的目的。2）光生伏特效應(yīng)（光電池）

光生伏特效應(yīng)：是指半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。以可見(jiàn)光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。+++---PN（2）光生伏特效應(yīng)及器件光生伏特效應(yīng)又可分為兩種：

1．結(jié)光電效應(yīng)：PN結(jié)，當(dāng)光線照射結(jié)區(qū)，便在結(jié)區(qū)兩部分之間引起光生電動(dòng)勢(shì)叫結(jié)光電效應(yīng)。

2．側(cè)向光電效應(yīng)：靈敏面局部受光照時(shí)，由載流子濃度梯度產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為側(cè)向光電效應(yīng)。光電池的工作原理就是基于光生伏特效應(yīng)。

硅光電池是在N型硅片滲入P型雜質(zhì)形成的一個(gè)大面積的PN結(jié)，它可以將光能直接變成電能。3、光電傳感器及其應(yīng)用（1）模擬式光電傳感器

將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，要求光電元件的光照特性為單值線形，光源的光照均勻恒定。光電傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用可歸納為輻射式（直射）、吸收式、遮光式、反射式、時(shí)間差式五種基本形式。b.被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間，根據(jù)被測(cè)物體對(duì)光吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來(lái)測(cè)定被測(cè)參數(shù)。如氣體、液體的透明度，分析氣體、液體的成分等。a.被測(cè)物體本身是光輻射源，由它釋放的光射向光電元件。如：光電高溫計(jì)、紅外遙感、紅外偵察等。c.被測(cè)物體位于恒定光源與光電元件之間，根據(jù)被測(cè)物體阻擋光通量多少來(lái)測(cè)定被測(cè)參數(shù)。如：測(cè)量零件的長(zhǎng)度、厚度、線位移、角位移、角速度等。d.恒定光源釋放出的光投射到被測(cè)物體上，再?gòu)钠浔砻娣瓷涞焦怆娫希鶕?jù)反射的光通量多少測(cè)定被測(cè)物體的表面性質(zhì)和狀態(tài)。如：測(cè)量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。應(yīng)用1：鼠標(biāo)就是利用LED與光敏晶體管組合來(lái)測(cè)量位移。e.時(shí)差測(cè)距。恒定光源發(fā)出的光投射到目的物，然后反射至光電元件，根據(jù)發(fā)射與接收之間的時(shí)間差測(cè)出距離。如：光電測(cè)距儀。相機(jī)測(cè)距反射式光電傳感器2、開(kāi)關(guān)式光電傳感器

利用光電元件受光照或無(wú)光照時(shí)“有”、“無(wú)”電信號(hào)輸出的特性，將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開(kāi)關(guān)信號(hào)。要求光電元件的靈敏度高，對(duì)光照特性的線形度要求不高。用于零件的自動(dòng)記數(shù)、光控開(kāi)關(guān)、計(jì)算機(jī)光電輸入設(shè)備、光電編碼器等。前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕（美籍華人）和GeorgeA.Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此發(fā)明徹底改變了人類通訊的模式，為今天通信、網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展奠定基礎(chǔ)。被譽(yù)為世界“光纖之父”3.6光纖式傳感器（Opticalfibersensor

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微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。光纖利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理達(dá)成光傳導(dǎo)。光纖傳感器是基于光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理制成的。光導(dǎo)纖維是一種特殊結(jié)構(gòu)的光學(xué)纖維，當(dāng)光線以一定角度從它的一端射入時(shí)，它能把入射的大部分光線傳送到另一端這種能傳輸光線的纖維稱為光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱光纖。光纖傳感器與以電為基礎(chǔ)的傳感器相比有本質(zhì)區(qū)別。光纖傳感器是用光而不是用電作為敏感信息的載體，用光纖而不是用導(dǎo)線作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)。光纖傳感器一般由三個(gè)環(huán)節(jié)組成，即信號(hào)的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的傳輸、信號(hào)的接收與處理。信號(hào)的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成為便于傳輸?shù)墓庑盘?hào)。信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)：利用光導(dǎo)纖維的特性將轉(zhuǎn)換的光信號(hào)進(jìn)行傳輸。

信號(hào)的接收與處理環(huán)節(jié)：將來(lái)自光導(dǎo)纖維的信號(hào)送入測(cè)量電路，由測(cè)量電路進(jìn)行處理并輸出。光纖傳感器分為功能型(或稱物性型)與非功能型(或稱結(jié)構(gòu)型)兩類。

光纖自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，就在傳遞圖像和檢測(cè)技術(shù)等方面得到了應(yīng)用。利用光導(dǎo)纖維作為傳感器的研究始于20世紀(jì)70年代中期。由于光纖傳感器具有不受電磁場(chǎng)干擾、傳輸信號(hào)安全、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)。而且具有高靈敏度、高精度、高速度、高密度、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境下使用以及非破壞性和使用簡(jiǎn)便等一些優(yōu)點(diǎn)。2、光纖傳感器的基本形式(1)功能型光纖傳感器功能型傳感器，又稱FF傳感型光纖傳感器功能型：FF光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素(如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等)改