18-其他傳感器知識(shí)講解

第一章傳感器及其應(yīng)用

—其他傳感器—

超聲波傳感器振動(dòng)傳感器磁傳感器氣敏傳感器濕敏傳感器聲敏傳感器色敏傳感器觸覺(jué)觸感器接近傳感器……

1超聲波特性

人們能聽(tīng)到的聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ～20kHZ范圍內(nèi)。頻率超過(guò)20KHZ稱(chēng)為超聲波，低于20HZ稱(chēng)為次聲波。檢測(cè)中常用的超聲波頻率范圍為幾十kHZ到幾十MHZ。超聲波與一般聲波比較，它的振動(dòng)頻率高，而且波長(zhǎng)短，因而具有束射特性，方向性強(qiáng)，可以定向傳播，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。例如，在鋼材中甚至可穿透10米以上。一超聲波傳感器及其應(yīng)用

超聲波傳感器是一種利用沖擊脈沖驅(qū)動(dòng)壓電元件產(chǎn)生超聲波輸出的功能器件，可用于檢測(cè)金屬材料內(nèi)部的氣泡和裂紋，被廣泛用于金屬的探傷和液體的測(cè)量。超聲傳感器包括超聲發(fā)射器、超聲接受器、定時(shí)電路和控制電路四個(gè)主要部分。2超聲波傳感器的應(yīng)用超聲傳感器測(cè)距的工作原理：首先由超聲發(fā)射器向被測(cè)物體方向發(fā)射脈沖式的超聲波。發(fā)射器發(fā)出一連串超聲波后即自行關(guān)閉，停止發(fā)射。同時(shí)超聲接受器開(kāi)始檢測(cè)回聲信號(hào)，定時(shí)電路也開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)超聲波遇到物體后，就被反射回來(lái)。等到超聲接受器收到回聲信號(hào)后，定時(shí)電路停止計(jì)時(shí)。此時(shí)定時(shí)電路所記錄的時(shí)間，是從發(fā)射超聲波開(kāi)始到收到回聲波信號(hào)的傳播時(shí)間。利用傳播時(shí)間值，可以換算出被測(cè)物體到超聲傳感器之間的距離。（1）超聲波傳感器在液位測(cè)量中的應(yīng)用（2）超聲波探傷－縱波探傷－橫波探傷－表面波探傷（3）超聲波流量測(cè)量F1F2T2T1TBTFB探頭液面液面超聲波探頭負(fù)脈沖T1導(dǎo)通0.01u放電T2截止1000p高壓充電輸出負(fù)高壓波超聲波PVDF（聚偏氟乙烯）

壓電薄膜心音脈搏電荷量二振動(dòng)傳感器－PVDF心音脈搏傳感器利用高性能、低成本的振動(dòng)傳感器構(gòu)成的功能器件，用于頸動(dòng)脈波、心尖波動(dòng)、體表動(dòng)脈搏動(dòng)波檢測(cè)。三磁傳感器一種對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁通量敏感，并把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電信息的傳感器。有霍爾器件、磁敏傳感器等。1霍爾傳感器

金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)霍爾電勢(shì),半導(dǎo)體薄片稱(chēng)霍爾元件。

霍爾效應(yīng)原理霍爾常數(shù)

霍爾電勢(shì)

霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度，金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢(shì)也小，金屬材料不宜制作霍爾元件。霍爾電勢(shì)與導(dǎo)體厚度d成反比，為了提高霍爾電勢(shì)值，霍爾元件制成薄片形狀?；魻栐慕Y(jié)構(gòu)和基本電路霍爾元件霍爾元件是—種四端型器件圖（a）中，從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個(gè)相互垂直方向側(cè)面上，引出一對(duì)電極，其中1-1電極用于加控制電流，稱(chēng)控制電極。另一對(duì)2-2電極用于引出霍爾電勢(shì)，稱(chēng)霍爾電勢(shì)輸出極。圖（b）是霍爾元件通用的圖形符號(hào)。圖（c）所示，霍爾電極在基片上的位置及它的寬度對(duì)霍爾電勢(shì)數(shù)值影響很大。通?；魻栯姌O位于基片長(zhǎng)度的中間，其寬度遠(yuǎn)小于基片的長(zhǎng)度。圖（d）是基本測(cè)量電路。

霍爾式傳感器的應(yīng)用測(cè)量原理

霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，若磁感應(yīng)強(qiáng)度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢(shì)的大小就可以用來(lái)反映霍爾元件的位置。

應(yīng)用（1）測(cè)量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率、無(wú)功功率、相位、電能等參數(shù)；（2）位移測(cè)量、力、壓力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度

優(yōu)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)霍爾式壓力傳感器

彈簧管磁鐵霍爾片加速度傳感器

磁敏電阻

當(dāng)外加磁場(chǎng)增加時(shí)，電阻的阻值也隨之增加的現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制成的元件稱(chēng)為磁敏電阻。金屬和半導(dǎo)體材料都有磁阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)顯著，故目前生產(chǎn)的磁敏電阻都是用半導(dǎo)體材料制成。磁敏二極管:一種磁電轉(zhuǎn)換器件，能將磁信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。磁敏三極管2磁敏傳感器由于磁敏傳感器對(duì)磁敏感，因此均可用于轉(zhuǎn)速、磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)和角位移的測(cè)量。

3磁敏傳感器的應(yīng)用1氣敏傳感器及其應(yīng)用氣敏傳感器是一種把氣體中的特定成分和濃度檢測(cè)出來(lái),并將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。目前工廠和家庭中最常用的幾種氣敏傳感器主要是半導(dǎo)體式及接觸燃燒式。半導(dǎo)體氣敏傳感器基本工作原理：利用半導(dǎo)體氣體傳感器中的氣敏元件同被測(cè)氣體接觸，產(chǎn)生半導(dǎo)體特性（如電阻等電學(xué)性質(zhì)）變化的原理來(lái)檢測(cè)氣體成分或測(cè)量氣體濃度。應(yīng)用：CO濃度的測(cè)控、可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警器、自動(dòng)換氣扇的控制等。四氣敏和濕敏傳感器及其應(yīng)用

氧化鋅元件是比較常用的一種氣敏元件。

根據(jù)所用催化劑的不同，可以推測(cè)環(huán)境空氣中大體含有哪些氣體。比如Ｎ型半導(dǎo)體氧化鋅與少量的三氧化二鉻混合后，如有催化劑鉑存在，其元件的阻值與環(huán)境氣體中的乙烷、丙烷、異丁烷的含量有關(guān)，這些氣體含量越高，這種氣敏元件阻值越小。

三氧化二鐵為主的氣敏元件。這類(lèi)材質(zhì)也是Ｎ型半導(dǎo)體材料，它分為兩種：分別為α—三氧化二鐵和γ—三氧化二鐵。前者用來(lái)監(jiān)測(cè)液化石油氣；后者用來(lái)監(jiān)測(cè)乙烷、丙烷、丁烷、氫氣和以甲烷為主的天然氣，還可以用來(lái)檢測(cè)乙醇?xì)怏w。

氣敏元件2濕敏傳感器濕敏傳感器是檢測(cè)物質(zhì)中所含水蒸氣含量的器件。是由濕敏元件配以相應(yīng)的檢測(cè)、控制電路構(gòu)成。具體有：毛發(fā)濕度計(jì)；干濕球溫度計(jì)；電阻濕度傳感器（固體電介質(zhì)濕度傳感器、高分子電阻式濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器、熱敏電