機(jī)械測(cè)試技術(shù)講解第三章

1、測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)第三章第三章 常用傳感器常用傳感器主要研究?jī)?nèi)容：主要研究?jī)?nèi)容：1.了解傳感器的分類了解傳感器的分類 2.常用傳感器測(cè)量原理常用傳感器測(cè)量原理3.傳感器選用傳感器選用測(cè)測(cè)試試技技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)礎(chǔ) 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)一、傳感器的作用一、傳感器的作用傳感器傳感器 - 被測(cè)信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出器件被測(cè)信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出器件/裝置裝置信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)處理信號(hào)處理信號(hào)顯示信號(hào)顯示信號(hào)監(jiān)控信號(hào)監(jiān)控傳感器傳感器 （重要、關(guān)鍵）（重要、關(guān)鍵）檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)系統(tǒng)：物理量、化學(xué)量、生物量物理量、化學(xué)量、生物量/其他其他便于處理和傳輸?shù)男盘?hào)便于處理和傳輸?shù)男盘?hào)人

2、的五官：人的五官：眼睛眼睛 耳朵耳朵 鼻子鼻子 舌頭舌頭 皮膚皮膚視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)二、傳感器的分類二、傳感器的分類分類法分類法型式型式說(shuō)說(shuō) 明明按基本效應(yīng)分類按基本效應(yīng)分類物理型物理型化學(xué)型化學(xué)型生物型生物型采用物理效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用物理效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用生物效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用生物效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換按構(gòu)成原理分類按構(gòu)成原理分類結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型物性型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分

3、類按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型能量控制型能量控制型傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而來(lái)傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而來(lái)傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制按工作原理分按工作原理分電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式壓電式壓電式磁電式磁電式熱電式熱電式光電式光電式光纖式光纖式利用電阻參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電阻參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電磁感應(yīng)原理

4、實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按輸入量分類按輸入量分類長(zhǎng)度、角度、振動(dòng)、長(zhǎng)度、角度、振動(dòng)、位移、壓力、溫度、位移、壓力、溫度、流量、距離、速度等流量、距離、速度等以被測(cè)量命名（即按用途分類）以被測(cè)量命名（即按用途分類）按輸出量分類按輸出量分類模擬式模擬式數(shù)字式數(shù)字式輸出量為模擬信號(hào)（電壓、電流、輸出量為模擬信號(hào)（電壓、電流、）輸出量為數(shù)字信號(hào)（脈沖、編碼、輸出量為數(shù)字信號(hào)（脈沖、編碼、）測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.1 概概 述述1. 傳感器傳感器(Sensor)

5、定義定義 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量、并按照一定的規(guī)律傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量、并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件敏感元件和和轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件組成組成(GB766-87)。 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從目前，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)的器件或裝置。號(hào)的器件或裝置。第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 傳感器在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用：傳感器在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用：F一是一是 敏感作用：敏感作

6、用： 感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)F二是變換作用：二是變換作用： 被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)信號(hào)概概述述 獲得傳感器信號(hào)的兩種方法：直接獲得電信號(hào)的變獲得傳感器信號(hào)的兩種方法：直接獲得電信號(hào)的變化（開(kāi)關(guān)傳感器）；將物理量變換成電信號(hào)的變化（水化（開(kāi)關(guān)傳感器）；將物理量變換成電信號(hào)的變化（水位、壓力等）。位、壓力等）。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)2. 傳感器的分類傳感器的分類(1)(1)按被測(cè)物理量分類按被測(cè)物理量分類: :(2)(2)按傳感器元件的變換原理分類按傳感器元件的變換原理分類: :位移傳感器位移傳感器, ,流量傳感器流量傳感器, ,溫

7、度傳感器等溫度傳感器等. .電阻式電阻式, ,電容式電容式, ,電感式電感式, ,壓電式、光電式等壓電式、光電式等. .物性型物性型: :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. . 例如例如: :水銀溫度計(jì)水銀溫度計(jì), ,壓電測(cè)力計(jì)壓電測(cè)力計(jì). .結(jié)構(gòu)型結(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. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .概概述述測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)能量轉(zhuǎn)換型能量轉(zhuǎn)換型: :直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作. .（無(wú)源（無(wú)源傳感器

8、）傳感器） 例如例如: :熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì), ,壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì). .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化量的變化. . （有源傳感器）有源傳感器）例如例如: :電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片. .能量傳遞型能量傳遞型: :從某種能量發(fā)生器與接受器進(jìn)行能量傳遞過(guò)從某種能量發(fā)生器與接受器進(jìn)行能量傳遞過(guò)程中實(shí)現(xiàn)敏感檢測(cè)程中實(shí)現(xiàn)敏感檢測(cè). . 例如例如: :超聲波發(fā)生器和接受器超聲波發(fā)生器和接受器. .(3)(3)按傳感器的能量傳遞方式分類按傳感器的能量傳遞方式分類: :概概述述測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)(4)(4)按輸出信號(hào)

9、分類按輸出信號(hào)分類: :概概述述模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。 需要指出的是，不同情況下，傳感器可能只有一個(gè)，也可能有需要指出的是，不同情況下，傳感器可能只有一個(gè)，也可能有幾個(gè)換能元件，也可能是一個(gè)小型裝置。例如，電容式位移傳感器幾個(gè)換能元件，也可能是一個(gè)小型裝置。例如，電容式位移傳感器是位移一電容變化的能量控制型傳感器，可以直接測(cè)量位移。而電是位移一電容變化的能量控制型傳感器，可以直接測(cè)量位移。而電容式壓力傳感器，則經(jīng)過(guò)壓力一膜片彈性變形容式壓力傳感器，則經(jīng)過(guò)壓力一膜片彈性變形( (位移位移) )一電容變化的一電容變化的轉(zhuǎn)換過(guò)程。此時(shí)膜片是一個(gè)由機(jī)械量一機(jī)械量的換能

10、件，由它實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)程。此時(shí)膜片是一個(gè)由機(jī)械量一機(jī)械量的換能件，由它實(shí)現(xiàn)第一次變換；同時(shí)它又與另第一次變換；同時(shí)它又與另極板構(gòu)成電容器，用來(lái)完成第二次轉(zhuǎn)極板構(gòu)成電容器，用來(lái)完成第二次轉(zhuǎn)換。再如電容型伺服式加速度計(jì)換。再如電容型伺服式加速度計(jì)( (也稱力反饋式加速度計(jì)也稱力反饋式加速度計(jì)) )，實(shí)際上，實(shí)際上是一個(gè)具有閉環(huán)回路的小型測(cè)量系統(tǒng)，如圖是一個(gè)具有閉環(huán)回路的小型測(cè)量系統(tǒng)，如圖3-23-2所示。這種傳感器所示。這種傳感器較一般開(kāi)環(huán)式傳感器具有更高的精確度和穩(wěn)定性。較一般開(kāi)環(huán)式傳感器具有更高的精確度和穩(wěn)定性。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)概概述述測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3. 傳感器的性能要求傳感器的性能要求 足夠的

11、容量足夠的容量 匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高 精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高精度適當(dāng)，穩(wěn)定性高 反應(yīng)速度快，工作可靠性高反應(yīng)速度快，工作可靠性高 適應(yīng)性和適用性強(qiáng)適應(yīng)性和適用性強(qiáng)概概述述測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 機(jī)械式傳感器應(yīng)用很廣。在測(cè)試技術(shù)中，常常以彈性體作為傳感器的敏感元件。它的輸入量可以是力、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)。這種變形可轉(zhuǎn)變成其他形式的變量。例如被測(cè)量可放大而成為儀表指針的偏轉(zhuǎn)，借助刻度指示出被測(cè)量的大小。3.2 機(jī)械式傳感器機(jī)械式傳感器第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 1）、機(jī)械

12、式指示儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、使用方便、價(jià)格低廉、讀數(shù)直觀價(jià)格低廉、讀數(shù)直觀等優(yōu)點(diǎn)。但彈性變形不宜大，以減小線性誤差。 2）、由于放大和指示環(huán)節(jié)多為機(jī)械傳動(dòng)，不僅受間隙影響，而且、慣性大，固有頻率低，只宜用于檢測(cè)緩緩變或靜態(tài)被測(cè)量變或靜態(tài)被測(cè)量。（為了提高測(cè)量的頻率范圍，可先用彈性元件將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成位移量，然后用其他形式的傳感器(如電阻、電容、電渦流式等)將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。） 3）、彈性元件彈性元件具有蠕變、彈性后效等現(xiàn)象。材料的蠕變與承載時(shí)間、載荷大小、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。而彈性后效則與材料應(yīng)力-松馳和內(nèi)阻尼等因素有關(guān)。都會(huì)影響到輸出與輸入的線性關(guān)系影響到輸

13、出與輸入的線性關(guān)系。因此，應(yīng)用彈性元件時(shí)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和處理工藝等方面采取有效措施來(lái)改善上述諸現(xiàn)象產(chǎn)生的影響。第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器按工作的原理可分為按工作的原理可分為:F熱敏式熱敏式F電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式F變阻器式變阻器式F光敏式光敏式F電敏式電敏式AlR3.3 電阻式傳感器電阻式傳感器第第三三章章常常用用傳傳感感器器F固態(tài)壓阻式固態(tài)壓阻式測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 1、電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器-應(yīng)變片應(yīng)變片 金屬電

14、阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變應(yīng)變效應(yīng)效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形阻值隨著它所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象?；默F(xiàn)象。 電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)1) 工作原理工作原理金屬應(yīng)變片的電阻金屬應(yīng)變片的電阻R為為AlR2ddRdldrRlr電電阻阻式式傳傳感感器器RRRlAdRdlddA22ArdArdr,ddrlrlE (12)dRRE測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)(1)(1) 金屬應(yīng)變片（金屬應(yīng)變片（ 不變）不變）(12

15、)1.73.6dRRS 金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)(2) (2) 半導(dǎo)體應(yīng)變片（半導(dǎo)體應(yīng)變片（ 變化）變化）60170dRERS 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)電電阻阻式式傳傳感感器器 壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)是指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。從半導(dǎo)體物理可知，半導(dǎo)體在壓力、溫度及光輻射作用下，能使其電阻率P發(fā)生很大變化。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)2) 金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)有金屬應(yīng)變計(jì)有:絲式和箔式絲式和箔式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫穩(wěn)定性和溫度特性好度特性好.缺點(diǎn)缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)小小.應(yīng)變計(jì)電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3) 半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

16、應(yīng)變靈敏度大應(yīng)變靈敏度大;體積小體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件元件.缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。 應(yīng)變計(jì)電電阻阻式式傳傳感感器器 體型體型 薄膜型薄膜型 擴(kuò)散型擴(kuò)散型 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例：4) 應(yīng)用應(yīng)用電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。德國(guó)HBM電阻應(yīng)變式傳感器 電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 2、變阻式傳感器變阻式傳感器電電阻阻式式傳傳感感器器 變阻器式傳感器亦稱為電位計(jì)式傳感器，它通過(guò)改變電位器觸

17、頭位置，實(shí)現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)換為電阻R的變化。常用變阻器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。函數(shù)電位器函數(shù)電位器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電阻阻式式傳傳感感器器變阻器式傳感器的變阻器式傳感器的后接電路，一般采后接電路，一般采用電阻分壓電路用電阻分壓電路測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 變阻器式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便。使用方便。 缺點(diǎn)是分辨力不高分辨力不高，因?yàn)槭艿诫娮杞z直徑的限制。提高分辨力需使用更細(xì)的電阻絲，其繞制較困難。 由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，這種傳感器還有較大的噪聲還有較大的噪聲，電刷和電阻元件之間接觸面變動(dòng)和磨損、塵埃附著等，都會(huì)使電刷在滑動(dòng)中的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則的變化，從

18、而產(chǎn)生噪聲。 變阻器式傳感器被用于線位移、角位移測(cè)量在測(cè)量?jī)x器中用于伺服記錄儀器或電子電位差計(jì)等。電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電阻阻式式傳傳感感器器3 3、固態(tài)壓阻式傳感器固態(tài)壓阻式傳感器 固態(tài)壓阻式傳感器的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的電阻效應(yīng)電阻效應(yīng)。固態(tài)壓阻式傳感器中的敏感元件則是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，所以亦可稱為擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。這種元件是以單晶硅為基底材料，按一定晶向?qū)型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅底層上，此P型層就相當(dāng)于半導(dǎo)體應(yīng)變片中的電阻條，連接引線后就構(gòu)成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。 由于互相滲透，結(jié)合緊密，所以基本上為一體。在生產(chǎn)時(shí)可以根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)形

19、成制成各種形狀。這時(shí)基底就是彈性元件，導(dǎo)電層就是敏感元件。當(dāng)有機(jī)械力作用時(shí)，硅片產(chǎn)生應(yīng)變，使導(dǎo)電層發(fā)生電阻變化。一般這種元件做成全橋形式，在外力作用下，電橋產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 在設(shè)計(jì)傳感器硅膜片時(shí)，為了使傳感器有較好的線性輸出，硅膜片的應(yīng)變不宜；立大，對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變片和硅杯擴(kuò)散電阻，一般不超過(guò)500pc為宜。如圖455所示結(jié)構(gòu)的硅膜片， 其應(yīng)變分布如圖所示。202143hrEpr電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 固態(tài)壓阻式傳感器主要用于測(cè)量壓力與固態(tài)壓阻式傳感器主要用于測(cè)量壓力與加速度。加速度。 由于固態(tài)壓阻傳感器是用集成電路工

20、藝由于固態(tài)壓阻傳感器是用集成電路工藝制成的，測(cè)量壓力時(shí)，有效面積可做得很小，制成的，測(cè)量壓力時(shí)，有效面積可做得很小，因此這種傳感器頻響高，可用來(lái)測(cè)量幾十千因此這種傳感器頻響高，可用來(lái)測(cè)量幾十千赫的脈動(dòng)壓力。赫的脈動(dòng)壓力。 測(cè)量加速度的壓阻式傳感器，如恰當(dāng)?shù)剡x測(cè)量加速度的壓阻式傳感器，如恰當(dāng)?shù)剡x擇尺寸與阻尼系數(shù)，可用來(lái)測(cè)量低頻加速度擇尺寸與阻尼系數(shù)，可用來(lái)測(cè)量低頻加速度與直線加速度。與直線加速度。 由于半導(dǎo)體材料的溫度敏感性，因此，由于半導(dǎo)體材料的溫度敏感性，因此，壓阻式傳感器的溫度誤差較大，使用時(shí)應(yīng)有壓阻式傳感器的溫度誤差較大，使用時(shí)應(yīng)有溫度補(bǔ)償措施。溫度補(bǔ)償措施。電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試

21、測(cè)試技術(shù)技術(shù) 4、典型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀電電阻阻式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.3 電容式傳感器電容式傳感器 1.變換原理變換原理: 將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :0AC+A 當(dāng)被測(cè)量當(dāng)被測(cè)量、A或或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技

22、術(shù)2 分類分類 a) a) 極距變化型極距變化型; ;+0021SA 電電容容式式傳傳感感器器 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電容容式式傳傳感感器器 b)b)面積變化型面積變化型: :角位移型角位移型, ,平面線位移型平面線位移型, ,柱面線位移型柱面線位移型. .角位移型角位移型測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電容容式式傳傳感感器器 平面線位移型平面線位移型柱面線位移型柱面線位移型測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型電電容容式式傳傳感感器器 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3 應(yīng)用應(yīng)用1.震動(dòng)，偏心，裂紋，振蕩，同心度2.位移，移動(dòng)，位置，膨脹3.撓度，變形，波動(dòng)，傾斜4.尺寸，公差，分選，零件識(shí)別5.沖擊，應(yīng)變，軸向振

23、動(dòng)6.軸承振動(dòng)，油膜間隙，磨擦，偏心電電容容式式傳傳感感器器 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電容式傳感器的特點(diǎn)電容式傳感器的特點(diǎn)輸入能量小，靈敏度高；輸入能量小，靈敏度高；動(dòng)態(tài)特性好；動(dòng)態(tài)特性好；能耗??；能耗小；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好；非線性較大；非線性較大；電纜分布電容影響大。電纜分布電容影響大。電電容容式式傳傳感感器器 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.4 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量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。轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類分類:電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互

24、感型第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)1 自感型自感型-可變磁阻式可變磁阻式22000000222ANmmRNLAAAlR原理原理:電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)a)變間隙型20022NAdLLSd 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)b)變面積型c）螺線管型電電感感式式傳傳感感器器2002NdLSdA測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)d)差動(dòng)電感型電電感感式式傳傳感感器器iULRLU222測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)2 渦流式渦流式原理原理:渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)電電感感式式傳傳感感器器原線圈的等效阻抗原線圈的等效阻抗Z變化：變化：),(ZZ 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電感感式式傳傳感感器器電渦流傳感器的測(cè)量電路電

25、渦流傳感器的測(cè)量電路并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 發(fā)生諧振時(shí)回路的電流和電壓同相，此時(shí)電路等發(fā)生諧振時(shí)回路的電流和電壓同相，此時(shí)電路等效阻抗最大且具有純電阻性，電路中的總電流很小。效阻抗最大且具有純電阻性，電路中的總電流很小。電電感感式式傳傳感感器器UfcfLRfLjfLRRI22222222測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)調(diào)幅測(cè)量法調(diào)幅測(cè)量法調(diào)頻測(cè)量法調(diào)頻測(cè)量法測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電感感式式傳傳感感器器a)高頻反射式：（高頻反射式：（集膚效應(yīng)）集膚效應(yīng)）( )Zf x測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電感感式式傳傳感感器器b)低頻透射式：（互感原理）低頻透射式：（互感原理）測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例： 連續(xù)油管的

26、橢圓度測(cè)量連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：原理：電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例： 無(wú)損探傷無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化?；疖?chē)輪檢測(cè)火車(chē)輪檢測(cè)油管檢測(cè)油管檢測(cè)電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例： 測(cè)厚測(cè)厚案例：案例： 零件計(jì)數(shù)零件計(jì)數(shù)電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3 變壓器式變壓器式-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器工作原理工作原理:互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電感感式式傳傳感感器器差動(dòng)相敏檢波電路差動(dòng)相敏檢波電路測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用: 厚度,角

27、度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度; 壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩, 應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.案例：案例：板的厚度測(cè)量板的厚度測(cè)量 案例：案例：張力測(cè)量張力測(cè)量電電感感式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)電電感感式式傳傳感感器器電感式傳感器的特點(diǎn)電感式傳感器的特點(diǎn) 簡(jiǎn)單電感、差動(dòng)電感和差動(dòng)變壓器式傳感器具有以下特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠； 靈敏度高、分辨力較大靈敏度高、分辨力較大； 測(cè)量精度較高，非線性誤差小測(cè)量精度較高，非線性誤差??； 頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)參量頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)參量。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.5 磁電式傳感器磁電式

28、傳感器 1.變換原理變換原理: 磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。),(,cos,mdtddtdRBSBNU感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U U為為 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)，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)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)2 分類分類 磁電式動(dòng)圈式磁阻式線速度型角速度型N磁磁電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3 動(dòng)圈式傳感器動(dòng)圈式傳感器 磁磁

29、電電式式傳傳感感器器sinNBlvU kNBAU 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)磁磁電電式式傳傳感感器器 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)通過(guò)電纜與電線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)通過(guò)電纜與電壓放大器聯(lián)接時(shí)，其等效電路如下壓放大器聯(lián)接時(shí)，其等效電路如下測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)4 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 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(導(dǎo)磁材料)改變磁路的磁阻，而引起磁力線增強(qiáng)增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁磁電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)磁磁電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)5 應(yīng)用應(yīng)用b) 測(cè)速電機(jī)測(cè)速電機(jī)a)磁電式車(chē)速傳感器磁電式車(chē)速傳感器磁磁電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.6壓電式傳感器

30、壓電式傳感器 1.變換原理變換原理: 壓電效應(yīng)（可逆）壓電效應(yīng)（可逆） 某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)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)部被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又生變化，而且內(nèi)部被極化，表面會(huì)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)。重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。第第三三章章常常用用傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)q=DF壓壓電電式式傳傳感感器器acqu0 壓電式傳感器壓電式傳感器可以等效為一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián)的電電荷等效電路荷等效電路，也可以等效為電壓源與一個(gè)電容串聯(lián)的

31、電壓等電壓等效電路效電路。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓壓電電式式傳傳感感器器 在受到沿不同方向的作用力時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的極化作用，如圖所示。x軸方向加力產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)，沿y軸加力產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)，沿相對(duì)兩平面加力產(chǎn)生剪切壓電效應(yīng)剪切壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)都是線性的。即晶體表面出現(xiàn)的電荷的多少和形變的大小成正比，當(dāng)形變改變符號(hào)時(shí)，電荷也改變符號(hào)；在外電場(chǎng)作用下，晶體形變的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，當(dāng)電場(chǎng)反向時(shí)，形變改變符號(hào)。常用的壓電材料大致可分為三類：壓電單晶、壓電陶瓷和有機(jī)壓電薄膜。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技

32、術(shù)壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)F+2、測(cè)量電路、測(cè)量電路 a)a)電壓放大器電壓放大器壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓壓電電式式傳傳感感器器傳感器電纜不是規(guī)定的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整靈敏度。傳感器電纜不是規(guī)定的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整靈敏度。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)20110122211/1121RFdUcccRcccRtgcccRRFdUmimicaicaicamim壓壓電電式式傳傳感感器器 壓電式傳感器高頻響應(yīng)很好，增大壓電式傳感器的時(shí)間常數(shù)可提高低頻響應(yīng)性能。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) b)b)電荷放大器電荷放大器F+壓壓電電式式傳傳感感器器ficaCACCCC)1 ()(測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)壓壓

33、電電式式傳傳感感器器ficafficaificaicUccccAcAcccAqAUUcAcccqUq1A1100足夠大時(shí)， 由上可知，放大起的輸出電壓與電纜電容無(wú)關(guān)，電纜長(zhǎng)度不會(huì)帶來(lái)明顯的測(cè)量誤差，但太長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)噪聲。為防止直流開(kāi)路，造成較大的零點(diǎn)漂移，因此并聯(lián)一個(gè)大電阻，提供直流反饋并改善低頻響應(yīng)。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)1、壓電式傳感器屬發(fā)電類傳感器發(fā)電類傳感器，無(wú)需外界供電。2、固有頻率高，而且頻帶很寬。因此，壓電式傳感器主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)參量測(cè)量動(dòng)態(tài)參量。 傳感器本身常因絕緣阻抗不夠高而存在漏電現(xiàn)象，而影響低頻特性，因此壓電傳感器不適于測(cè)靜態(tài)參量。 壓電式傳感器要求有很高的絕緣電阻，對(duì)傳感器零件間

34、和引出線插座及電纜都要采取嚴(yán)格的絕緣措施，使用絕緣性能良好的材料等。 在保持內(nèi)部零件純凈、燥的條件下，在凈化室內(nèi)組裝，并進(jìn)行嚴(yán)格的密封和焊封，這樣絕緣電阻可達(dá)到。3、壓電傳感器還具有靈敏度高，信噪比大，工作可靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，重量輕靠，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。壓電式傳感器的特點(diǎn)壓電式傳感器的特點(diǎn)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3 應(yīng)用應(yīng)用b) 壓力變送器壓力變送器a) 加速度計(jì)，力傳感器加速度計(jì)，力傳感器 壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)案例：案例：飛機(jī)模態(tài)分析飛機(jī)模態(tài)分析壓壓電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)3.7 熱電式傳感器熱電式傳感器 熱熱電電式式傳傳感感器器1、熱電偶工作

35、原理 把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T(mén)及To(假定TTo)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由接觸接觸電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)溫差電動(dòng)勢(shì)兩部分組成。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)熱熱電電式式傳傳感感器器 熱電偶回路有以下特點(diǎn)：熱電偶回路有以下特點(diǎn)：1) 若組成熱電偶的回路的兩種導(dǎo)體相同，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)為零；2) 若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，則盡管導(dǎo)體A、B的材料不同，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)也為零；3) 熱電偶AB的熱電動(dòng)勢(shì)與導(dǎo)體材料A、B的中間溫度無(wú)關(guān)，而只與接點(diǎn)溫度有關(guān)；4) 熱電

36、偶朋在接點(diǎn)溫度r2、r3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，等于熱電偶在接點(diǎn)溫度為T(mén)1、T2和T2、T3時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)總合；5) 當(dāng)溫度為T(mén)1、T2時(shí)，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的和，導(dǎo)體C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極(一般由鉑制成)，故把這一性質(zhì)稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定律標(biāo)準(zhǔn)電極定律。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)熱熱電電式式傳傳感感器器6） 在熱電偶回路中接人第三種材料的導(dǎo)線，只要第三種導(dǎo)線的兩端溫度相同，第三種導(dǎo)線的引入不會(huì)影響熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，這一性質(zhì)稱為中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律；測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)熱熱電電式式傳傳感感器器2 2、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器 利用電阻隨溫度變化的特點(diǎn)制成的傳感器叫熱電阻傳感器

37、，它主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)測(cè)定。 按熱電阻的性質(zhì)來(lái)分，可分為金屬熱電阻金屬熱電阻和半導(dǎo)半導(dǎo)體熱電阻體熱電阻兩大類，前者通常簡(jiǎn)稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻(見(jiàn)本章第七節(jié))。 熱電阻是由電阻體、絕緣套管和接線盒等主要部件組成，其中，電阻體是熱電阻的最主要部分。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光電電式式傳傳感感器器3.8 光電式傳感器光電式傳感器 1、工作原理1）外光電效應(yīng) 在光線作用下，物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。02021AhvmvEk測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)2、內(nèi)光電效應(yīng) 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)。內(nèi)光電效應(yīng)按其工作原理分為兩種：光電導(dǎo)效應(yīng)

38、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)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，這種光照后電阻率發(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)。光光電電式式傳傳感感器器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光電電式式傳傳感感器器2)光生伏特效應(yīng) 光生伏特效應(yīng)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)。 光生伏特型光電器件是自發(fā)電式的，屬有源器件。以可見(jiàn)光作光源的光電池是常用的光生伏特型器件。右圖表示硅光電池構(gòu)造原理和圖示符號(hào)。硅太陽(yáng)能電池具有輕便、簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生氣體或熱污染，易于適應(yīng)環(huán)境。因此凡是

39、不能鋪設(shè)電纜的地方都可采用太陽(yáng)能電池，尤其適用于為宇宙飛行器的各種儀表提供電源。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光纖纖式式傳傳感感器器3.9 光纖式傳感器光纖式傳感器 光纖傳感器光纖傳感器以光學(xué)測(cè)量為基礎(chǔ)，因此光纖傳感器首先要解決的問(wèn)題是如何將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光波的變化。 實(shí)際上，只要使光波的強(qiáng)度、頻率、相位和偏振四個(gè)參數(shù)之一隨被測(cè)量變化，則此問(wèn)題即被解決。 通常，把光波隨被測(cè)量的變化而變化，稱為對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制。相應(yīng)的，按照調(diào)制方式，光纖傳感器可分為強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制和偏振調(diào)制偏振調(diào)制等四種形式。其中以強(qiáng)度調(diào)制型較為簡(jiǎn)單和常用。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光纖纖式式傳傳感感器器

40、1 1、光纖傳感器分類、光纖傳感器分類 按光纖的作用，光纖傳感器可分為功能型和傳光型兩種。1）功能型光纖傳感器 功能型光纖傳感器的光纖不僅起著傳輸光波的作用，還起著敏感元件的作用，由它進(jìn)行光波調(diào)制；它既傳光又傳感。2）傳光型光纖傳感器 傳光型光纖傳感器的光纖僅僅起著傳輸光波的作用，對(duì)光波的調(diào)制則需要依靠其他元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。從圖中可以看到，實(shí)際上傳光型光纖傳感器也有兩種情況。一種是在光波傳輸中，由光敏元件對(duì)光波實(shí)行調(diào)制，另一種則是由敏感元件和發(fā)光元件發(fā)出已調(diào)制的光波。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光纖纖式式傳傳感感器器2、光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)與傳輸原理光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)與傳輸原理 光導(dǎo)纖維是很細(xì)的玻璃絲，它由兩層組成，內(nèi)層為

41、光芯，外層為包層，這兩層雖然都是玻璃，但它們的折射率略有不同，光芯的折射率n1，稍大于包層的折射率n2。光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)如圖所示。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù) 光在真空中是直線傳播的，但經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)的介面時(shí)，就會(huì)發(fā)生折射和反射。光光纖纖式式傳傳感感器器根據(jù)光的折射反射定律(斯奈爾定律)可得112211sinsinaaanan測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)光光纖纖式式傳傳感感器器 當(dāng)n1n2時(shí)，由折射定律可知，a1W 光學(xué)放大光學(xué)放大 提高靈敏度提高靈敏度可調(diào)性：夾角可調(diào)性：夾角 條紋間距條紋間距B 靈活靈活準(zhǔn)確性：大量刻線準(zhǔn)確性：大量刻線 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng) 克服個(gè)別克服個(gè)別/局部誤差局部誤差 提高精度提高精度 (2

42、) 光柵傳感器分類與結(jié)構(gòu)原理光柵傳感器分類與結(jié)構(gòu)原理 按運(yùn)動(dòng)形式分：按運(yùn)動(dòng)形式分： 直線型直線型-主光柵為直尺形主光柵為直尺形直線移動(dòng)直線移動(dòng) 旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型-主光柵為圓盤(pán)形主光柵為圓盤(pán)形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按光學(xué)形式分：按光學(xué)形式分： 透射式透射式-光源與光電元件在兩側(cè)光源與光電元件在兩側(cè)透射光透射光 反射式反射式-光源與光電元件同一側(cè)光源與光電元件同一側(cè)反射光反射光測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)(3) 光柵傳感器特點(diǎn)光柵傳感器特點(diǎn) 精度高：測(cè)長(zhǎng)精度高：測(cè)長(zhǎng)(0.2+210-6L)m，測(cè)角，測(cè)角0.1量程大：透射式量程大：透射式-光柵尺長(zhǎng)（米），反射式光柵尺長(zhǎng)（米），反射式-幾十米幾十米響應(yīng)快：

43、可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量響應(yīng)快：可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量增量式：增量碼測(cè)量增量式：增量碼測(cè)量 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 斷電斷電數(shù)據(jù)消失數(shù)據(jù)消失要求高：對(duì)環(huán)境要求高要求高：對(duì)環(huán)境要求高溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)、移動(dòng)精度溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)、移動(dòng)精度成本高：電路復(fù)雜成本高：電路復(fù)雜 測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)紅紅外外探探測(cè)測(cè)器器3.12 紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器 1、熱探測(cè)器熱探測(cè)器 熱探測(cè)器是利用紅外輻射引起探測(cè)元件的溫度變化，進(jìn)而測(cè)定所吸收的紅外輻射量。通常有熱電偶型、熱敏電阻型、氣動(dòng)型、熱釋電型等。(1)熱電偶型熱電偶型 將熱電偶置于環(huán)境溫度下，將結(jié)點(diǎn)涂上黑層置于輻射中，可根據(jù)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量入射輻射功率的大小。這種熱電偶多用半導(dǎo)體測(cè)

44、量。(2)氣動(dòng)型氣動(dòng)型 氣動(dòng)型探測(cè)器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高、體積增大的特性來(lái)反映紅外輻射的強(qiáng)弱。(3)熱釋電型熱釋電型 某些晶體是具有極化現(xiàn)象的鐵電體，在適當(dāng)外電場(chǎng)作用下，這種晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驑O化單疇。在紅外輻射下，由于溫度升高，引起極化強(qiáng)度下降，即表面電荷減少，這相當(dāng)于釋放一部分電荷，此現(xiàn)象被稱為熱釋電效應(yīng)。 紅外探測(cè)器是將輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種傳感器。 按其工作原理可分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)紅紅外外探探測(cè)測(cè)器器2 2、光子探測(cè)器、光子探測(cè)器 光子探測(cè)器的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)。一般有光電、光電導(dǎo)及光生伏打等探測(cè)器。 由于光子探測(cè)器是利用入射光子直

45、接與束縛電子相互作用，所以靈敏度高、響應(yīng)速度快。又因?yàn)楣庾幽芰颗c波長(zhǎng)有關(guān)，所以光子探測(cè)器只對(duì)具有足夠能量的光子有響應(yīng)，存在著對(duì)光譜響應(yīng)的選擇性。光子探測(cè)器通常在低溫條件下工作，因此需要制冷設(shè)備。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)紅紅外外探探測(cè)測(cè)器器3 3、紅外探測(cè)器的應(yīng)用、紅外探測(cè)器的應(yīng)用測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)激激光光測(cè)測(cè)試試傳傳感感器器3.12 激光測(cè)試傳感器激光測(cè)試傳感器1 1、激光干涉式測(cè)量?jī)x器、激光干涉式測(cè)量?jī)x器 常用的激光測(cè)長(zhǎng)儀是以激光為光源的邁克爾遜常用的激光測(cè)長(zhǎng)儀是以激光為光源的邁克爾遜干涉儀，其工作原理是通過(guò)測(cè)定檢測(cè)光與參考光的干涉儀，其工作原理是通過(guò)測(cè)定檢測(cè)光與參考光的相位差所形成的干涉條紋數(shù)目而測(cè)

46、得物體長(zhǎng)度的。相位差所形成的干涉條紋數(shù)目而測(cè)得物體長(zhǎng)度的。測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)1) 單頻激光干涉系統(tǒng)單頻激光干涉系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)雙頻激光干涉系統(tǒng)雙頻激光干涉系統(tǒng)- 信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)，大位移測(cè)量（信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)，大位移測(cè)量（200m以上）以上）測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)激光測(cè)距系統(tǒng)激光測(cè)距系統(tǒng)2/ctd 3）激光三角法）激光三角法- 大范圍遠(yuǎn)距離測(cè)距（幾千大范圍遠(yuǎn)距離測(cè)距（幾千/幾十千米）幾十千米）1）脈沖測(cè)距法）脈沖測(cè)距法2）相位差測(cè)距法）相位差測(cè)距法激光短脈沖信號(hào)（激光器激光短脈沖信號(hào)（激光器 被測(cè)目

47、標(biāo)）被測(cè)目標(biāo)）測(cè)量精度：時(shí)間間隔測(cè)量精度（脈沖窄、響應(yīng)速度快）測(cè)量精度：時(shí)間間隔測(cè)量精度（脈沖窄、響應(yīng)速度快）遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離 - 固體固體/二氧化碳；近距離二氧化碳；近距離 - 半導(dǎo)體半導(dǎo)體巨脈沖激光器巨脈沖激光器 - 地球地球月球距離（分辨力：月球距離（分辨力：1m）激光束調(diào)制激光束調(diào)制 - 相位差相位差 - 時(shí)間時(shí)間 - 距離距離距離距離特點(diǎn)：測(cè)量精度高、分辨力強(qiáng)特點(diǎn)：測(cè)量精度高、分辨力強(qiáng)0042fccD測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)原理原理： y = f ( x) x y測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)Keyence 激光測(cè)距傳感器激光測(cè)距傳感器測(cè)試測(cè)試技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量距離大、非接觸、不易劃傷表面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量距離大、 抗干擾、測(cè)量點(diǎn)?。◣资⒚祝?、測(cè)量準(zhǔn)確度高抗干擾、測(cè)量點(diǎn)小（幾十微