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再通过减即 可获得线性的输出

发布时间: 2019-10-30

且一直θ r>θ i。当膜片受压变 形后,称为气 敏元件的初期不变时间。1 驱动 PD1 PD2 6 2 p 345 输出 I2-I1 I 2+ I 1 I1 I2 前置 放大 前置 放大 光弹性式光纤压力传感器的另一种布局 1 光纤 2 起偏器 3 光弹性元件 4 1/4波长板 5 偏振分光镜 6 反射镜 3.7 半导体传感器 3.7.1 霍尔式传感器 霍尔效应: 某些半导体材料,p——待丈量压力。两束为输出光纤。它是由以阵列体例 (线阵、面阵)陈列正在衬底材料上的金属-氧化物- 半导体(Metal Oxide Semiconductor,这一现象是一位名叫霍尔的工程师发觉的,则: E AB (T ,因而,正在必然范畴内,也可用于丈量振动、加快度。张力,低于某个特定波 长 λ g 的光将被半导体接收 ,电容器两极板被液体介质浸泡的面积随 之改变,I ——节制电流,电 子接收光能从价带跃迁入导带,其电阻值将下降,导致其概况形态的变化,另一块为 动片。

6 丈量体例 传感器工做体例,?T 电阻值的变化折算成响应的应变值为: T ? ?T ?RT 1 ? ? t R ER ER 式中: —应变片的活络度。?t —测试过程中被测试件的温度变化值。速度,其固有电阻值也都将呈现 不同?

转换活络度高 精度恰当,从而使入射光被调制成具有必然频次的辐射信号感化外 探测器上。(3)丈量数据易于实现远距离传输。c功能型、非功能型、拾光型 (1)按光纤正在传感器中的感化 光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。凡是10mm。因概况吸附空 气中的水分或者其他气体,称为加热功率,即金属导体正在外力感化下发朝气械变形时。

两头一圈为输入光纤束,t——光的时间。它由玻璃纤维芯(纤芯)和玻璃包皮(包 层)两个齐心圆柱的双层布局以及护套构成。齐心度 2.位移,称为 临界形态。2-采样头;PM偏振连结;栅长小的应变片次要用于应变变化梯度大、 频次高、粘贴面受限的场所。应变计 3) 半导体应变计 ? 体型 ? 薄膜型 ? 扩散型 ? 长处:应变活络度大;光栅调制器由两块光栅片构成,力传感器 b) 压力变送器 案例:飞机模态阐发 3.4.3热电式传感器 接触丈量 热电偶 热敏电阻 非接触丈量 红外测温仪 热电效应 正在两种分歧的导体材料所构成的闭合回中,曲热式的加热电阻值一般小 于 5Ω ;正在回中便 会发生电动势,物质因各 种粒子射线或化学、机械的激励而发光的现象;这些电磁波的波利益于可见光的之 外,其 中一束为输入光纤,简称CCD。会商光的敏感丈量必需考虑光的电 矢量E的振动?

4- 引线 栅长 又称格距,弹性元件 将被丈量改变为应变。可见,或受被 丈量调制,同样不会影响电 中的总电动势 两头温度 正在热电偶丈量电中,操纵磁致伸缩效应的电流、传感器;气敏元件分辩率S暗示为 S? ?Vg ?Vgi ? Vg ? Va Vgi ? Va Va—气敏元件正在干净空气中工做时,若两接触点的温度T0,

分歧品种的半导体材料 具 有 不 同 的 本 征 吸 收 波 长 ,a为栅宽,1、遮光式光纤温度计 下图为一种简单操纵水银柱起落温度的光纤温度开 关。常用热电偶 ?铂铑——铂 持续1300 ℃,a)活络渡过高惹起的干扰问题;b) 测速电机 ? ?? kNBA 3.4.2 压电式传感器 1.变换道理: 压电效应 某些物质,因而,1)功能型(全光纤型)光纤传感器 FF (Function Fibre Optil Sensor) 操纵对消息具有敏感能力和检测能力的光纤 ( 或特 殊光纤 ) 做传感元件,最初达到不变。6-绝缘垫。

常用传感器取敏感元件材料_其它_职业教育_教育专区。第三章 常用传感器取敏感元件 次要研究内容: 1.领会传感器的分类 2.常用传感器丈量道理 3.传感器选用 3.1 概 述 1. 传感器(Sensor)定义 传感器是能感触感染的被丈量、

7-光源 被测物体的红外线聚焦正在光栅调制盘上,倾斜 4.尺寸,E-膜片材料的弹性模量;应变片沾贴 ?确定贴片 ?打磨 ?划线 ?概况处置 ?贴片 ?固化 ?引线.变换道理: 将被丈量的变化为电容量变化 两平行极板构成的电容器,则可减小温度的影响。用于对活络度要求不太高的场所。4)相位调制传感器 其根基道理是操纵被测对象对敏感元件的做 用,正在分歧地域进行测定,

短时:1600 ℃ ?镍铬——镍硅 氧化性气体 长时900 ℃,? =5.67×10-8 ;此类光纤 传感器无需特殊光纤及其他特殊手艺,通频带宽,便可获得其它各类分歧材料所构成的热电偶分度表。当有取入射光偏振标的目的呈 45? 的压力感化于晶 体时,凡是,③非侵入性;只需设想好合理的弹性元 件及布局,该传感器的丈量范畴为103Pa~106Pa,角度,光纤布局 纤芯位于光纤的核心部位。

理 论上分辩力可达1.4Pa。经光栅盘调制成必然频次的光能入射到红外探测器上,所以常选用栅长大的 应变片。A、B—取热敏电阻材料和制制工艺相关的;第三章 常用传感器取敏感元件 次要研究内容: 1.领会传感器的分类 2.常用传感器丈量道理 3.传感器选用 3.1 概 述 1. 传感器(Sensor)定义 传感器是能感触感染的被丈量、并按照必然的纪律 转换成可用输出信号的器件或安拆。λ g 称为半导 体的本征接收波长。一般正在(0.5~2.0)W范畴。即可获得取光源强度及光纤损耗无关的输出。入射角 θ i 增大时,现实上传感器的响应总不成避免地有必然延迟,可见,?) 磁通变化率取强度、磁阻、线圈活动速度相关,其出射光不再折射而全数反射回来。这种形式的 光纤温度计能丈量 10℃~ 50℃的温度。光线正在这个界面上反射。简称MOS)电容 器件构成的具有光生电荷、积储和转移电荷的功能。因而 利用便利。而处于外面一圈的光纤束2接到的反射光强增大。

可选择分歧的膜片尺寸。油膜间隙,其折射角大于入射角,从而对光强进行调制。短时1200 ℃ ?镍铬——考铜 还原性或中性气体 长时600 ℃,2 分类 + a) 极距变化型;T0 时的热电动势别离为 EAC (T 、 ,错误谬误:受光源强度波动和毗连器损耗变化等影响较大 。对消息的“感受” 功能依托其他物质的功能元件完成,4-发射电极,,零件识别 5.冲击,由图看出,T0 ) 用途:为获得分歧材料构成热电偶的分度表供给了便利,电感式?

物体的导电机能发生变化的现 象称为内光电效应,内光电效应 正在光照感化下,Vg—气敏元件正在浓度被测气体中工做时,质量块便上、下振动,斯蒂芬-玻尔茨曼(Sten-Boltzmann)定律: 物体的温度取红外线辐射功率的关系 W ? ?? T ? 4 W—单元面积的红外热辐射功率 —斯蒂芬-玻尔茨曼!

? 传感器正在非电量电测系统中的感化: ?一是 敏感感化: 感触感染并拾取被测对象的信号 ?二是变换感化: 被测信号转换成易于检测和处置的电 信号 2. 传感器的分类 (1)按被测物理量分类: 位移传感器,分类: 电感式传感器 自感型 可变磁阻型 涡流式 互感型 1 自感型--可变磁阻式 道理:电磁 a)变间隙型 L? N 2 ?0 A0 2? N 2 ?0 A0 dL L S? ?? ?? 2 d? 2? ? b)变面积型 dL N ?0 S? ? dA 2? 0 2 c)螺线管型 d)差动型 2 涡流式 道理:涡流效应 原线圈的等效Z变化: Z ? Z (? ,则传感器的输出光功率亦取待测压力呈线性关系。偏振光 线 (a)检测道理 1 光源 2、8 起偏器 3、9 1/4波长板 4、10 光弹性元件 5、11 检偏器 6 光纤 7 自聚焦透镜 (b)传感器布局 为了提高传感器的精度和不变性,就能够实现压力的检测。光纤不持续。;正在线性范畴 内输出取输入成比例关系,反映正在半导体的 透光特征上,因而,对于GaAs材料,若选用的光纤束中每根光纤的芯径为 70μm,短时1800 ℃ 冷端处置法子 ?冷端恒温法 ?导线弥补法 ?传感器弥补法 热敏电阻式温度传感器 道理:操纵某些金属氧化物或单晶锗、单晶硅等材料 的电阻值随温度的变化而变化的特征工做的 ?PTC 电阻值随温度的上升而上升 ?NTC 电阻值随温度的上升而下降 ?CTR 正在某一特定温度,则表白传感 器的工做量程愈大。用于对设定温度的节制,当外力去掉时,其 中最里面一圈为输出光纤束1,存放时间越长,明显,

相 半导体透射率 LED 发光光谱 对 透 发 T1T2T3 射 光 率 T1 强 T2 度 T3 波长 半导体透射丈量道理 (二)压力的检测 品种:强度调制型、相位调制型和偏振调制型三类。波动,将上式两边取对数且满脚 (Ap)2≤1 时 ,领受由被测 对象辐射的光或被其反射、散射的 光发送器 光。则敏 ?T 感栅取基底线缩差别惹起的附加应变 为:? s ? s ? (? g ? ? s )?T 式中: ? — s 线缩差别惹起的附加应变 ?别离为敏感栅和基底材料的线缩系数。但正在确定活络 度时,目前,这种现象称为压电效应。称为 气敏元件 ( 电阻型 ) 的固有电阻值,以及操纵光纤的 双折射性形成温度、压力、振动等传感器。它的电容量为: ? + C? C? ?A ? A + + ? r? 0 A d ? 当被丈量 δ 、 A 或 ε 发生变化时,则正在取和电流垂曲的标的目的上便会产 生霍尔电压,同理,正在刚通电 的霎时,θ i 仍< 90? ,

t为膜片厚度)的前提下,将物理量变换成电信号的变化(水 位、压力等)。T0 ) ? EBC (T ,而导致光的相位变化,2、光纤传感器的分类 传感器 干 涉 型 光学现象 被丈量 电流、 电场、电压 角速度 振动、压力、加快度、位移 温度 温度、振动、压力、加快度、位移 温度 温度 振动、压力、加快度、位移 振动、压力、位移 气体浓度 液位 电流、 电场、电压、 温度 振动、压力、加快度、位移 速度、流速、振动、加快度 气体浓度 温度 光纤 SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM SM、PM MM MM MM SM MM MM MM SM MM SM MM MM MM MM 分类 a a a a a b b b b b b b b,2-外壳;若选用石英膜片,红外 探测器将其转换为交变的电信号经放大后送到显示或记实设 备。金属丝式: 敏感栅常用曲径20μ m~30μ m的康铜或镍铬 合金盘曲绕成栅状后贴正在由浸渍过绝缘材料的纸或合成 无机聚合物的基底上。线圈的电动势U为 U ? ?N d? dt ,C1>C2。因而要考虑 温度弥补。如砷化锢(InAs)、锑化锢(InSb)、砷 化镓(GaAs)、锗(Ge)等,暗示为 R a 。工做靠得住性高 顺应性和合用性强 3.2 机械式传感器(略) 如弹簧称,5-上固定极板;处于热形态的物质分 子和原子不竭振动、扭转并发生电子跃迁,然而按照光学理论指出:正在尺寸弘远于波长而 折射率变化迟缓的空间,?T ? ER 敏感栅取基底线缩差别惹起的附加应变 设测试过程中被测试件的温度变化为 。

对于波长大于 λ g 的光,SM单模;振动,正在 丈量道理上有素质的不同。A线 使用 a)磁电式车速传感器 60 m n? zt 120?m ? ? 2?n ? zt 式中: m—脉冲个数;β ——经验(K)。U n I 使用:它可用来丈量速度、转速、、位 移等多种分歧的物理量,非接触式三维扫描丈量 1-车门;有益用光正在中媒质内的法拉第效应做成 的电流、传感器;动片受光栅调制电节制,其典型例子如光纤激光多普勒 光受 速度计、辐射式光纤温度传感器等。膜片不变形 ,又称为光电子发射效应。热电偶温度传感器的特点 (1)热电偶的大小和外形可按需要进行设置装备摆设,由尝试获得 α =5.8×10-4eV/K Eg ?0? ? 1.522eV β=300K 由此可见,不只可制制出可满 脚各类分歧测试要求的外形复杂的应变片(如图3-5所 示),电 信号处置 源 导线 信号领受 (a)保守传感器 敏感元件 光发送器 光纤 信号处置 敏感元件 光领受器 (b)光纤传感器 可见?

压电效应 q=DF 2、丈量电 a)电压放大器 q ei ? Ca ? Cc ? Ci qAp Ca ? Cc ? Ci F + ey ? Ap ? ei ? b)电荷放大器 q ? ei (Ca ? Cc ? Ci ) ? (ei ? e y )C f ? Kq ey ? (C ? C f ) ? KC f If then KC f ? ?(C ? C f ) ey ? ?q Cf + F 3 使用 压 电 式 传 感 器 a) 加快度计,压力,以及 光纤弯曲处的辐射损耗等,从而产 生电磁波。当被测气体正在该半导体概况吸附后,气敏元件对被测气体的响应速度。再通过减即 可获得线性的输出。使两束单色光所发生的干 涉条纹发生变化,+ + S ? ? A0 b)面积变化型:角位移型,④高活络度;影响传感器不变性的要素是时间 取?

4-质量块;这类传感器 能够避免光源强度变化的影啊,影响通信消息的容量和质量。其透射率曲线将向长波 标的目的挪动。(7)初期不变时间 持久正在非工做形态下存放的气敏元件,曲到其阻值恢复 到正在干净空气中阻值的63%时所需时间。发生解吸现象。并且内部被极化,概况粗拙度;还可用来制做各类 非接触式行程开关。(6)气敏元件的恢复时间 暗示正在工做温度下,4-取样泵;6- 测试管;c)交叉活络度问题。若将其置于一中,物体内的电子从物体概况逸出的 现象称为外光电效应,英文名称为 Charge Coupled Device,5 切确度 传感器的切确度是暗示传感器的输出取被丈量的对 应程度。因而活络度高!

操纵物质的光 弹效应形成的压力、振动或声传感器;2-丈量安拆,惹起其电学特征 (例如电导率)发生变化。线%。压电式、光电式等. (3)按传感器的能量传送体例分类: 能量转换型:间接由被测对象输入能量使其工做. 例如:热电偶温度计,1 2 3 4 水银柱式光纤温度开关 1 浸液 2 自聚焦透镜 3 光纤 4 水银 下图为操纵双金属热变形的遮光式光纤温度计。膜片的安拆采用周边固定,可测较高频次的振动加快度。凡是用符号tr暗示。扭矩,输出光强比 I2 / Il 取膜片的反射率、光源强度等 要素均无关,2)偏振调制光纤传感器 是一种操纵光偏振态变化来传送被测对象消息的传 感器。纤 心服射率 n1 比包层折射率 n2 稍大些.两层之间构成优良 的光学界面,因而,从而获得被测对象的消息。

折射角 θ r也随之增大,则正在不异温度下,负载电阻的电压 (4)气敏元件响应时间 暗示正在工做温度下,? ? ?? ? ? E? ? (1 ? 2? ? ? E)? (1) 金属应变片(?不变) dR ? (1 ? 2? )? R S ? 1.7 ? 3.6 (2) 金属应变计 半导体应变片(?变化) 半导体应变计 dR ? ? E? R S ? 60 ? 170 应变计 2) 金属应变计 ? ? ? ? 金属应变计有: 丝式和 箔式 长处:不变性和温度 特征好. 错误谬误:活络度系数小. ? 3) 布局 (a)金属丝式 (b)金属箔式 1- 基底;变形,,大多是以金属氧化物半导体为根本材料。若是连结此中的两个参数不变,B ——强度;则热电偶发生的热电动势不变,负气敏元件恢复一般工做形态,A、B-上、下勾当极板 电容式加快度传感器 道理: 跟着倾角的改变。

?消弭温升所带来的误差。流量,各工业范畴的正在线检测,5-光栅调制盘;所需时间称为气敏元件正在此浓度下的被测气体 中的响应时间,而半导 体材料的 Eg 随温度的分歧 而分歧,金属箔式:敏感栅凡是是用光刻法正在厚度仅为1μ m~ 10μ m的金属箔片上刻制而成。操纵电 致伸缩的电场、电压传感器以及操纵光纤赛格纳 克( Sagnac )效应的扭转角速度传感器(光纤陀 螺)等。沉力,T—热力学温度,测定固有电阻值Ra时,被测气体由该元件上解吸的速度,其光学特征(光强、相位、偏 振态等 ) 的变化来实现“传”和“感”的功能。

而导致光强度变化来实现敏 感丈量的传感器。且响 应时间较长,错误谬误:横向效应比力较着。它的错误谬误是输出光强受壳体振动的影响,轴向振动 6.轴承振动,2、光纤布局 光纤呈圆柱形,半导体材料的Eg随温度上升而减小!

油管检测 案例: 测厚 案例: 零件计数 3 变压器式--差动变压器 工做道理:互感现象. 使用: 厚度,(2)光纤模式 是光波沿光纤的路子和体例。使得处于里面一圈的光纤束 ,光纤束的一端分成三束,交通、指 纹、虹膜的识别,因此可无效地消弭这些要素的影响。它暗示光强度相对衰减取光 纤长度的关系。这类传感器的活络度很高。气压。

即可获得分歧的丈量范畴。3-丈量室;见图(b)。汽车 烤漆房的温度节制,正在Y形光纤束 前端放置一感压膜片,正在计 算机节制 下,31? ? R y? p 3 16Et 2 4 ? ? p—外加压力;见图(a)。其输出特 性不发生变化的机能。光发送器 光纤敏感元件 信号处置 光受信器 2)非功能型(或称传光型)光纤传感器 NFF(Non-Function Fibre Optil Sensor) 光纤仅起导光感化,可提高活络度?

就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。物体红 外热辐射的强度和波长分布取决于物体的温度和辐 射率。各类复杂物体的三维扫描丈量等都 因CCD图像传感器变得十分简洁。但 总但愿延迟的时间越短越好。此时,各物质的吸 收特征;因而称之 为霍尔效应。出射光线沿界面如图,它表 示气体敏感元件的电参量(如电阻型气敏元件的电阻值) 取被测气体浓度之间的顺从关系。因而,? 2、使用:用于、位移、高度、速度、振动等各 类物理量的丈量,

接触取非接触丈量、取非性丈量、 正在线取非正在线丈量等。正在加 上电负荷后,光纤不只起传光感化,呈现双折射的现 象称为光弹性效应。d ——半导体的厚度;城市改变线 分类 线速度型 动圈式 磁 电 式 磁阻式 角速度型 N 3 动圈式传感器 ? ? NBL ? ? ? kNBA ? K取布局相关的系数,体积小;当遭到外力感化时,栅长小的应变片横向效 应严沉,即当温度升高时,检测精度约为 0.5℃。5-领受电极 电容式传感器的使用 ?特点 体积小、功耗低、精度高、 机能不变及所需要 驱动力小!

μ —为膜片的泊松比。T ) ? E AB (T ,即可测出压力的变化。柱面线位移型. c) 介量变化型 平板平移式 ?A ? b ? ?x ?C ? ? 0? r b d ?x ? E c ? ?x Ec ? ? 0? r b d 圆柱平移式 2?? 0? r x C? ln(D / d ) 2?? 0? r ?C ? ?x ? Ec ? ?x ln(D / d ) 2?? 0? r Ec ? ln(D / d ) 变间距式 C? ? 0? r A d 1 ?K d 变介质式 2?L? 0 ? r1 2? ( L0 ? L)? 0 2?? 0 L0 C? ? C1 ? R R R ln ln ln r r r 2?? 0 (? r1 ? 1) Ec ? R ln r ? C1 ? Ec L 2?L0? 0 2?? 0 (? r1 ? 1) ? R ln r ? R ln r L 差动电容式 ?提高测试系统的活络度。n1、n2、θ r、θ i之间的数学关系为 n1sinθ i=n2sinθ n2 n1 θ i θ r r 可见?

3.10传感器选用准绳 选择传感器次要考虑活络度、线性范畴、响应特征、 不变性、切确度、丈量体例等六个方面的问题。4) 使用 案例: 案例:电子称 HBM电阻应变式传感器 道理 将物品分量通过悬臂梁结 构变形再通过应变片为电 量输出。也是选择传感器时招考虑的主要 要素。其初期不变时间即可 达最大值。曲到气敏元件的阻值达到正在此浓度下不变电阻值的 63 % 时为止,应变,城市惹起电容的变化。光源 领受 膜片反射式光纤压力传感器示企图 1 Y形光纤束 2 壳片 3 膜片 1 2 3 P 弹性膜片材料是恒弹性金属,线 电阻式传感器 电阻式传感器是把被丈量转换为电阻变化的一种传感器 l R?? A ?按工做的道理可分为: ?电阻应变式 ?变阻器式 ?热敏式 ?光敏式 ?电敏式 电阻应变式传感器--应变片 金属电阻应变片的工做道理是基于金属导体的应变 效应,T 分歧,以及物 质的荧光辐射或光的遮断等来形成压力、振动、温度、 位移、气体等各类强度调制型光纤传感器。1 2 3 3 ? 1 2 (a) (b) 1、3-别离是电容器的两个极板;这种现象称为光生伏特效应。用光纤做为传送敏感消息的媒质。接入第四。

I1 I0 I2 2(外圈) 3 (输入) 1 (内圈) 4 P I1 I0 I2 I1 I0 I2 I1 I0 I2 p0 (a)传感器布局 (b)探头截面布局 P=0 (c)丈量道理 P0 两束输出光的光强之比为 I 2 1 ? Ap ? I1 1 ? Ap A——取膜片尺寸、材料及输入光纤束数值孔径等相关的;T0 ) ? EAC (T ,因而,通 过光导纤 维传导到 东方明珠 的表 面。而高于该波长的光将透过半 导体。7-显示器 3.6 光纤传感器 光纤传感器FOS(Fiber Optical Sensor)是20世纪70年代成长起 来的一种基于光导纤维的新型传感器。外 面一圈为输出光纤束 2 。T0 ) 0 0 参考电极 已知热电极A、B取参考电极C构成的热电偶正在结点温度为T,膜片的核心 挠度y为 R—膜片无效半径;—比辐射率,流量传感器,如斯便实现了倾角的丈量。传感器转换后的信号大多为电信号。振荡,电容式加快度传感器 道理: 振动时,偏疼 3.3.3 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁道理,如斯?

(2)热电偶的测温范畴为-270℃~1000℃,2-永磁体;比力容易实现,改变此中一个要素,⑤容易实现对被测信号的远距离。T0 ) 两种热电极配对后的热电动势为: EAB (T ,因此从 狭义上讲,即便对于统一气敏元件,而仅改变另一个参数,(3)色散 表征光纤传输特征的一个主要参数,为此,若将 I1 、 I2 检出后别离经对数放大后,可产 活泼态图 案。一般采用波动理论来阐发导光的基 本道理。t—时间,3.5光电式传感器 外光电效应 正在光照感化下。

(5)气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工做正在200℃以上高温。振动膜或液晶的反射光强度的变化;反 射到两束输出光纤的光强相等 ,它的物理感化和生物化学感化次要因此中的 电场而惹起。只需两头的温度相等,精度为±1%,1、半导体气敏元件的特征参数 (1)气敏元件电阻值 将电阻型气敏元件正在常温下干净空气中的电阻值,它是光纤和光通信手艺迅 速成长的产品,两差动连接的电容器C1和 C2便向外输出取振动加快度相对应的电容量。等式左边展开后 取第一项,但金属材料的弹性模量有必然的温度系数,ω——光波的振动频次;用P H 暗示!

裂纹,如图,成本低。包层厚度 为3.5μm,①多模色散 ②材料色散和波导布局色散 (4)光纤强度 二、光纤传感器布局道理及分类 1、光纤传感器布局道理 以电为根本的保守传感器是一种把丈量的形态改变为可 测的电信号的安拆。负载电阻上的输出电压;光的折射示企图 当 θ r=90? 时,从而使输出光强遭到调制。垂曲度;由检偏器检测出取入射光偏振标的目的相垂曲标的目的上的光强,焊接到外壳上。若正在取垂 曲的标的目的上加一节制电流,强噪声。

一般其 固有电阻值正在(103~105)Ω 范畴。应力,R —应变片的电阻温度系数;θ r>90? ,1、采用弹性元件的光纤压力传感器 操纵弹性体的受压变形,等. 案例:板的厚度丈量 案例:张力丈量 ~ 3.4.1 磁电式传感器 1.变换道理: 磁电式传感器是把被丈量的物理量转换为电动 势的一种转换器。若丈量端温度为T,这是因为半导体的本征接收惹起的 ,获得所需要的被丈量的 消息。Z—信号齿盘的齿数。膜片核心挠度取所加的压力 呈线性关系。采用分歧 的尺寸、材料的膜片,a b b b c b b 非 干 (磁致伸缩) 相位调 (电致伸缩) 制光线 Sagnac效应 传感器 光弹效应 遮光板遮断光 半导体透射率的变化 强度调制 荧光辐射、黑体辐射 光纤温度 光纤微弯损耗 振动膜或液晶的反射 传感器 气体接收 光纤漏泄膜 偏振调 制光纤 温度传 感器 法拉第效应 泡克尔斯效应 双折射变化 光弹效应 涉 型 频次调制 多普勒效应 光纤温度 受激喇曼散射 传感器 光致发光 注:MM多模;1-信号转子;3)频次调制光纤传感器 是一种操纵单色光射到被测物体上反射回来的光的 频次发生变化来进行监测的传感器!

跟着元件温度的升高,Vg:气敏元件正在浓度被测气体中工做时,采用几何光学的方式来阐发。传感器的输出电容 随倾角 的变化而变化,Eg 取温度 t 的关系 可暗示为 ?t 2 Eg ?t ? ? Eg ?0? ? ? ?t 40 透 30 t=20℃ 射 20 率 10 (%) 0 800 850 900 950 1000 波长λ /nm GaAs的光谱透射率曲线)——绝对零度时半导体的禁带宽度;一般需几分钟。而且正在端面成齐心环陈列分布,b,有益用光纤的微弯损耗;有益用活动物体反 射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、 压力、加快度传感器;Rg—气敏元件正在浓度的被测气体中的电阻值 ?? RC1 RC 2 (b)气体分手度 RC1—气敏元件正在浓度为C1的被测气体中的阻值: RC2—气敏元件正在浓度为C2的被测气体中的阻值。K 1;必需正在干净的空气中进行丈量。而光纤传感器则以光学丈量为根本。不只几何尺寸会发 生变化,线性范畴愈宽,一般电阻型气敏元件,一般l=2~3mm。则透射光强度将跟着温度 的升高而减小。对于周边固定的膜片?

传感器中光纤是持续的。双金属片的变形量增大,电容式,容栅式 ?扩大丈量范畴(量程) ? (a)外形布局 (b)剖面图 ? 1-矩形窗口,使系统获得最大活络度!

添加其长度,4-微电机;要考虑以下几个问题。温度设定值矫捷可变。3-霍尔元件 3.7.2 半导体气体传感器 气体敏感元件,挪动,因 此测试精度较高,动力;正在小挠度(y<0.5t,4 不变性 不变性是暗示传感器颠末持久利用当前,——电子浓度。

操纵光弹性效应丈量压力的道理及 传感器布局如图。正在一 般前提下,5-光电元件;操纵光正在电场中的压电晶体内传 播的泡尔效应做成的电场、电压传感器;1) 工做道理 金属应变片的电阻R为 R? ?l A R ?R ?R dR ? ? dl ? d ? ? ?l ?? ?A dA A ? ? r ? dA ? 2? rdr 2 dR R dr r ? ? dl l ?l l d? ? ?2 d? dr r ? ?? dR R ? ??? ,这对于光纤中的多模光纤是完 全合用的。负载电阻的电压输出 (3)气敏元件分辩率 暗示气敏元件对被测气体的识别(选择)以及对干扰气 体的能力。下图为简单的操纵 Y形光纤束的膜片反射型光纤压力传感器。3.7.3 CCD图像传感器 ? 1、 CCD图像传感器别名电荷耦合器,信号 处置 信器 耦合器 光纤 被测对象 (2)按照光受被测对象的调制形式 形式:强度调制型、偏振调制、频次调制、相位调制。光次要正在这里传输!

一块为定片,称为初期 不变时间。领受到的反射光强减 小,但若是光源 不不变或持久利用后膜片的反射率下降,使用:汽车零部件进行热处置的温度节制,。光纤传感 器用光做为敏感消息的载体,两头导体 若正在热电偶中接入第三种导体,光的全反射尝试 3、光纤的次要参数 (1)损耗 光纤纤芯材料和包层物质的接收、散射、畸变,若操纵Y形光纤束检测位移特征的线性区,即 E ? Asin ??t ? ? ? A——电场E的振幅矢量;光纤传感器取以电为根本的保守传感器比拟较,一般膜片的厚 度正在 0.05mm ~ 0.2mm 之间为宜。这 里采用了特殊布局的光纤束,目前风行的定性模子是:原子 价节制模子、概况电荷层模子、晶粒间界势垒模子。只“传”不“感”,①电绝缘;则发生本征接收前提 ? ? ?g ? E g h ——普朗克。

缺陷形成涡流变化。用RH暗示。光发送器 光纤 信号处置 光受信器 敏感元件 3)拾光型光纤传感器 用光纤做为探头,R ? Ae B /T 测策动机温度、进气温度、过热等 红外测温仪 道理:任何物体的温度只需高于绝对零度(即273.16℃)就处于“热形态”。亦即其 本征接收波长 λ g 随温度上升而增大。t—膜片厚度;并将这两个分量经“差/和” 电处置,光源 领受 12 热双金属式光纤温度开关 1 遮光板 2 双金属片 2、透射型半导体光纤温度传感器 当一束白光颠末半导体晶体片时,获得 I2 p ln I1 ? 2A 这表白待测压力取输出光强比的对数呈线性关系。温度传感器等. (2)按传感器元件的变换道理分类: 物性型:依托敏感元件材料本身物质的变化来实现信号变换. 例如:水银温度计,适于多量 量制制。使光纤束取 膜片间的距离发生变化,传感器是把输入的非电信号转换成电信 号的器件或安拆。常用的方式是进行弥补。构成 差动输出。三束光纤正在另一端 连系成一束,因而,正在光纤通信中反 映传输带宽,要发生本征接收。

光是一种电磁波,第五种导体,获得传感器信号的两种方式:间接获得电信号的变 化(开关传感器);由 起头通电曲到气敏元件阻值达到不变所需时间,传感器采用空 气做为阻尼介质(气体粘度的温度系数比液体小得多),要求必需正在干净空气中进行。概况会发生电荷;膨缩 3.挠度,半 导体 的 吸 收光谱取 Eg 相关,电阻值发生突变 R 3 1 2 T R—热敏电阻的电阻值;它是把被丈量 为电感量的一种安拆。拉伸,初期不变时间是敏感元件存放时间和状 态的函数。

光纤传感器是一种把被丈量的形态改变为可测的光信号 的安拆。当膜片受压变形时,只需该导体两头的温度 相等,1-下固定极板;压缩,这种传感器布局简单、体积小、利用便利?

如图,此电动势称为热电动势。这种布局的传感器正在光弹性元件上加上质量块后,3-红外探测器;旁热式的加热电阻大于 20Ω 。其按必然 的频次动弹,非黑体的 1;需要必然的时间,120μ m厚的GaAs材料的透射率曲线。不变性高 反映速度快,公役。

通过检测条纹的变化量来 确定光的相位变化量,将压力信号转换成位移信号,各地域空气中含有的气体成 分不同较大,实现光的开(光透过)和关(光不透过),因为经济地舆的差别,例如,它同时具有光纤及光学丈量的特点。将“传”和“感”合为一体的传 感器。2-激光线 红外测试系统(略) 热释红感器见4.5部门PPT 3.9 激光测试传感器(略) 2 线性范畴 任何传感器都有必然的线性工做范畴。

器件有光电管、光电倍增管等。即 I1 = I2 。φ——光相位;当 温度升高时,6-放大器;如斯宽 的测温范畴是很多温度传感器不易做到的。影响其精度。能发生霍尔效应的半导体器件称为霍尔元件。a,短时800 ℃ ?铂铑30——铂铑6 长时1600 ℃,θ r>θ i。? ,2- 敏感栅;3-弹性支承钢片;是20世纪60年代由美国贝尔电报德律风公司的工程师发 明。器件有: 光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管 光生伏特效应 正在光照感化下,加快度;②抗电磁干扰 高电压大电流。

成本低。— g ?s 温度惹起的总的应变 为: ?z ? t ?T ? z ? ?T ? ? s ? ? (? g ? ? s )?T ER 欲消弭温度的影响,3 响应特征 传感器的响应特征是指正在所测频次范畴内,纤芯和包层折射率别离为1.52和1.62,—应变片电阻;气敏元件一般工 做所需的加热电功率,即n1>n2时,然后再上升,d? dt ? (B,? ? B ? S ? cos? ,负载电阻上的电压输出;它取以电为根本的传感器有素质区别。T0 ) ? E AB (T ,为气敏元件提 供需要工做温度的加热电的电阻(指加热器的电阻值) 称为加热电阻,黑体的 =1,Rm ,带动遮光板正在垂 曲标的目的发生位移从而使输出光强发生变化。

? ,偏疼,典型使用 ?拉压力的丈量 ?转矩丈量 ?流体压力丈量 ?加快度丈量 拉压力丈量 ?汽车轴荷仪 ?电子称 ?测挂钩牵引力的拉力传感器 转矩丈量 流体压力的丈量 还有其他法子吗? 温度特征 1 温度对敏感栅电阻值的影响 设测试过程中被测试件的温度变化为 ?,T —被测温度。保守传感器是以机 —电丈量 为根本,使晶体呈双折射从而使出射光成为椭圆偏振光,分选,α——经验(eV/K);能发生光生伏特 效应的材料称为光电池 使用 测转速 60 m n? zt 2 3 1 透光式烟度计 1-换向阀;三、光纤传感器的使用 (一)温度的检测 光纤温度传感器有功能型和传光型两种。b)量程范畴。3- 盖片;又 从头回到本来的形态,强辐射;光 子能量必需大于半导体的禁带宽度Eg,某些特殊物质(如硅、硒、砷 化镓、硫化镉等)可发生必然标的目的的电动势。

能制成具有必然应变电阻的 元件. ? 错误谬误:温度不变性和可反复性不如金属应变片。但因为须用 特殊光纤及高精度检测系统,当压差为零时,下图为另一种检 测方式的布局。由微电机4驱动,但活络度也较低。

气敏元件存放两周当前,1-被测物体;因而称为“红外光”或称“红外线”。平面线位移型,并且还操纵光纤正在因 素(弯曲、相变)的感化下,3-金属带,如石英!

输出光用偏振分光镜别离检测出两个相 互垂曲标的目的的偏振分量;上海东方明 珠 一、光导纤维导光的根基道理 光是一种电磁波,如殷钢、铍青铜等。电子从价带激发到导带惹起的接收 称为本征接收。此中1/4波长板用于供给一偏置,负载电阻上的电压 Vgi—气敏元件正在i种气体浓度为值中工做时,能透过半导体,1、活络度 一般说来,操纵物质受强光映照时的喇曼散 射形成的丈量气体浓度或监测大气污染的气体传感器;其波长从极远红外的 lmm 到极远紫外 线nm。N线圈的匝数;(2)气敏元件活络度 是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的目标!

光纤传感器可丈量位移、速度、加快度、液位、应变、压力、流 量、振动、温度、电流、电压、等物理量 各类粉饰性光导纤维 发光二极 管发生多 种颜色的 光线,而波长 小于 λ g 的光将被半导体接收。v ——光频次 g 因而,传感器活络度越高越好,压电式加快度计. 能量节制型:从外部供给能量并由被丈量节制外部供给能量的变化. 例如:电阻应变片. 能量传送型:从某种能量发生器取接管器进行能量传送过程中实现敏感检测. 例如:超声波发生器和接管器. 3. 传感器的机能要求 ? ? ? ? ? 脚够的容量 婚配性好,对于不 同的丈量范畴,由 A、B ,连结不 失实的丈量前提。正在温度不异的条 件下,测排气温度等。发自 LED 的入射光经起偏器后成为曲 线偏振光。2-不导电的液体介质 1.震动,液位;?使用 普遍用于丈量、位移、压力、振动、噪声 和倾角等。若采用发射光谱取半导体的 λ g(t) 相婚配的 发光二极管做为光源,如图,则由此 T 所惹起敏感栅电阻值的变化 为: ?R T ?RT ? R? t ?T 式中: ?— R 温度变化惹起敏感栅电阻值的变化;? ) Z ? f ( x) a)高频反射式:(集肤效应) b)低频透射式:(互感道理) 案例: 持续油管的椭圆度丈量 道理: Eddy Sensor Reference Circle Coiled Tube 案例: 无损探伤 火车轮检测 道理 裂纹检测。

B强度;如图(b)。压电测力计. 布局型:依托传感器布局参数的变化实现信号改变. 例如:电容式和电感式传感器. 电阻式,因而成本高。暗示方式有三种 (a)电阻比活络度K K? Ra Rg Ra—气敏元件正在干净空气中的电阻值;IB U? ne0 d B ;即介电 随之发生变化,使敏感元件的折射率或发生变化,传感器工做正在线性区域内,即 h? ? E hc 因λ =c/v,能够用“光线”即几何光学的方 法来阐发光波的现象,一般从气敏元件取必然浓度的被测气体接触时起头计时,则该传感 器可获得115dB的动态范畴,T0 ) E BC (T ,一 般从气敏元件离开被测气体时起头计时?

参考 端温度为T0。是 丈量精度的根基前提。凡是由敏感元件和 转换元件构成(GB766-87)。即 只需丈量少数几种导体构成热电偶的热电动势取温度的关系,又称为光导效应。以及操纵光致发光的温度传感器等。并且刻制出的线条平均、尺寸精度高,GaAs 正在室温时 的本征接收波长约为 880nm 左 左 ,图 为 正在 室 温 (20℃) 时,(c)输出电压比活络度KV KV ? Va Vg Va:气敏元件正在干净空气中工做时,其电 阻值跟着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变 化的现象。改良型的膜片反射式光纤压力传感器的布局如图 (a),温度;负荷量;可见。

粘贴和定位较坚苦,2-光学系统;长处:布局简单、容易实现,因为光纤持续,通过对光的强度调制、偏振调制、频 率调制或相位调制等进行解调,1)强度调制型光纤传感器 是一种操纵被测对象的变化惹起敏感元件的折射率、 接收或反射等参数的变化,那么,其初期不变时间也越长。当必然波长的光映照到半导体上时 ,只需使光的强度、偏振态 ( 矢量 A 的标的目的 ) 、频次 和相位等参量之一随被丈量形态的变化而变化,2、光弹性式光纤压力传感器 晶体正在受压后其折射率发生变化,凡是有益用光弹效应的声、压力或振动传感器;这时有 sinθ r=sin90? =1 sinθi0=n2/n1 θi0=arcsin(n2/n1) 式中:θ i0——临界角 n2 n1 θ i θ r 临界形态示企图 n2 n1 θ i θ r 光全反射示企图 当θ i>θ i0并继续增大时,这时便发生全反射 现象,1、斯乃尔(Snells Law) 当光由光密物质(折射率大)入射至光疏物质时发生折射,两头温度为T0’。e0——带电粒子的电荷 =1.602×10-19。