幾種新型傳感器

1、3-2傳感器概述傳感器概述傳感器是實現(xiàn)自動測試和自動控制的首要環(huán)節(jié)，對原始信息進(jìn)行精確可靠的采捕獲和轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于人體神經(jīng)定義：將被測物理量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的有確切對應(yīng)關(guān)系的輸出量的器件或裝置，或者把從被測對象中感受到的有用信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳送的器件測量非電量，轉(zhuǎn)換為電量傳感器概述傳感器概述傳感器作用：將如溫度、壓力、流量等被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，傳感器組成：敏感元件轉(zhuǎn)換元件測量輔助電路電量輸出電量輸出被測非電量被測非電量第第3章章 新型傳感器簡介新型傳感器簡介1 CCD圖像傳感器圖像傳感器2 觸覺傳感器觸覺傳感器3 光纖傳感器光纖傳感器4 磁性傳感器磁性傳感器5 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 新型傳

2、感器簡介新型傳感器簡介 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在不斷發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在不斷發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開發(fā)新材料和采用新工藝的基礎(chǔ)上，傳感器技術(shù)得到了很大開發(fā)新材料和采用新工藝的基礎(chǔ)上，傳感器技術(shù)得到了很大的進(jìn)步與提高。同時，與單片機(jī)或者微計算機(jī)相結(jié)合的智能的進(jìn)步與提高。同時，與單片機(jī)或者微計算機(jī)相結(jié)合的智能式傳感器、生物傳感器也有了很大的發(fā)展。式傳感器、生物傳感器也有了很大的發(fā)展。 新型傳感器技術(shù)含量高、功能強(qiáng)，相對傳統(tǒng)傳感器具有新型傳感器技術(shù)含量高、功能強(qiáng)，相對傳統(tǒng)傳感器具有很多優(yōu)點。了解和學(xué)習(xí)這些新型的傳感器有助于我們打一大很多優(yōu)點。了解和學(xué)習(xí)這些新型的傳感器有助于

3、我們打一大視野，及時了解、掌握新型傳感器技術(shù)并加以應(yīng)用。本章將視野，及時了解、掌握新型傳感器技術(shù)并加以應(yīng)用。本章將介紹最近幾年發(fā)展起來的新型傳感器，包括介紹最近幾年發(fā)展起來的新型傳感器，包括CCD圖像傳感器、圖像傳感器、觸覺傳感器、光纖傳感器、磁性傳感器和集成溫度傳感器。觸覺傳感器、光纖傳感器、磁性傳感器和集成溫度傳感器。返回CCD圖像傳感器圖像傳感器 圖像傳感器是采用光電轉(zhuǎn)換原理，用來攝取平面光學(xué)圖圖像傳感器是采用光電轉(zhuǎn)換原理，用來攝取平面光學(xué)圖像并使其轉(zhuǎn)換為電子圖像信號的器件。圖像傳感器必須具有像并使其轉(zhuǎn)換為電子圖像信號的器件。圖像傳感器必須具有兩個作用，一是具有把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的作用

4、兩個作用，一是具有把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的作用;二是具有二是具有將平面圖像上的像素進(jìn)行點陣取樣，并把這些像素按時間取將平面圖像上的像素進(jìn)行點陣取樣，并把這些像素按時間取出的掃描作用。出的掃描作用。 電荷耦合器件又稱為電荷耦合器件又稱為CCD器件，如其外形如器件，如其外形如圖圖3-1所示，所示，它是近年來新發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體功能器件，能夠把光學(xué)它是近年來新發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體功能器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。下一頁返回圖圖3-1 CCD外形圖外形圖返回CCD圖像傳感器圖像傳感器3.1.1 CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)圖像傳感器的結(jié)構(gòu) CCD更接近于人的視覺的工作方式，只不過人

5、眼的視網(wǎng)更接近于人的視覺的工作方式，只不過人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞分工合膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞分工合作組成視覺感應(yīng)。作組成視覺感應(yīng)。CCD經(jīng)過長達(dá)經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型，如運(yùn)作方式都已經(jīng)定型，如圖圖3-2示為示為CCD的三層結(jié)構(gòu)示意圖，的三層結(jié)構(gòu)示意圖，上層為增光鏡頭，中層為分色濾色片，下層為感光層。上層為增光鏡頭，中層為分色濾色片，下層為感光層。上一頁 下一頁返回圖圖3-2 CCD的三層結(jié)構(gòu)示意圖的三層結(jié)構(gòu)示意圖返回3.1 CCD圖像傳感器圖像傳感器3.1.2 CCD 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成

6、上一頁 下一頁返回CCD圖像傳感器CCD 傳感器成像區(qū)轉(zhuǎn)移溝道 像索（Pixel ) (成像單元)暫存區(qū)(遮光處理)水平讀出寄存器（遮光處理）放大器緩存模數(shù)轉(zhuǎn)換器圖圖3-3 CCD系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成返回3.1 CCD圖像傳感器圖像傳感器 CCD 傳感器工作時，圖像經(jīng)物鏡在成像區(qū)成像，給成像傳感器工作時，圖像經(jīng)物鏡在成像區(qū)成像，給成像區(qū)上面的電極加上適當(dāng)?shù)钠珘簳r，光生電荷被收集到電極下區(qū)上面的電極加上適當(dāng)?shù)钠珘簳r，光生電荷被收集到電極下方的勢阱里，這樣就將光學(xué)圖像變成了電荷包圖像。當(dāng)光積方的勢阱里，這樣就將光學(xué)圖像變成了電荷包圖像。當(dāng)光積分周期結(jié)束時，加到成像區(qū)和暫存區(qū)電極上的時鐘脈沖使所分周期結(jié)

7、束時，加到成像區(qū)和暫存區(qū)電極上的時鐘脈沖使所有收集到的信號電荷迅速轉(zhuǎn)移到暫存區(qū)中，然后經(jīng)由水平讀有收集到的信號電荷迅速轉(zhuǎn)移到暫存區(qū)中，然后經(jīng)由水平讀出寄存器，在時鐘脈沖控制下，通過輸出極逐行輸出一幀信出寄存器，在時鐘脈沖控制下，通過輸出極逐行輸出一幀信息，在第一幀讀出的同時，第二幀信息通過光積分又收集到息，在第一幀讀出的同時，第二幀信息通過光積分又收集到勢阱中，這樣，就可以一幀一幀連續(xù)地讀出。勢阱中，這樣，就可以一幀一幀連續(xù)地讀出。上一頁 下一頁返回3.1 CCD圖像傳感器圖像傳感器CCD 圖像傳感器的種類圖像傳感器的種類 用于圖像傳感器的用于圖像傳感器的CCD 又稱攝像或像敏又稱攝像或像敏C

8、CD 。它的功。它的功能是把二維圖像光學(xué)信號轉(zhuǎn)變成一維視頻信號或數(shù)字信號。能是把二維圖像光學(xué)信號轉(zhuǎn)變成一維視頻信號或數(shù)字信號。從結(jié)構(gòu)上可分為線陣從結(jié)構(gòu)上可分為線陣CCD 和面陣和面陣CCD 兩大類。兩大類。上一頁 下一頁返回 成本較低，可以同時儲存一行電視信號，成本較低，可以同時儲存一行電視信號，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并能在低照度下工能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并能在低照度下工作作 線陣線陣CCD 廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品尺寸測量、廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品尺寸測量、非接觸尺寸測量、條形碼等許多領(lǐng)域非接觸尺寸測量、條形碼等許多領(lǐng)域線陣線陣CCD 結(jié)構(gòu)較簡單、容易增加像素數(shù)結(jié)構(gòu)較簡單、容易增加像素數(shù) CCD 尺寸較大、易產(chǎn)生垂

9、直拖影尺寸較大、易產(chǎn)生垂直拖影面陣面陣CCD3.1 CCD圖像傳感器圖像傳感器3.1.4 CCD 圖像傳感器的應(yīng)用圖像傳感器的應(yīng)用CCD 工件外形檢測工件外形檢測 在機(jī)械零部件生產(chǎn)過程中，零件外徑尺寸的測量占有重在機(jī)械零部件生產(chǎn)過程中，零件外徑尺寸的測量占有重要地位，快速、準(zhǔn)確地測量出零件的主要參數(shù)可以縮短整個要地位，快速、準(zhǔn)確地測量出零件的主要參數(shù)可以縮短整個產(chǎn)時的生產(chǎn)周期，并有利于實現(xiàn)自動化。產(chǎn)時的生產(chǎn)周期，并有利于實現(xiàn)自動化。 圖圖3-4 所示為所示為CCD 工件尺寸檢測系統(tǒng)組成框圖。該檢測工件尺寸檢測系統(tǒng)組成框圖。該檢測系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、測量平臺、運(yùn)動控制系統(tǒng)及軟件系系統(tǒng)主要由傳感

10、器系統(tǒng)、測量平臺、運(yùn)動控制系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。上一頁 下一頁返回圖圖3-4 CCD尺寸檢測系統(tǒng)組成框圖尺寸檢測系統(tǒng)組成框圖返回3.2 觸覺傳感器觸覺傳感器 觸覺傳感器的原型是模仿人的觸覺功能，目的是通過觸觸覺傳感器的原型是模仿人的觸覺功能，目的是通過觸覺傳感器與被識別物體的接觸或相互作用來完成對被識別物覺傳感器與被識別物體的接觸或相互作用來完成對被識別物體表面特征及物理性能的感知。為了實現(xiàn)這一功能，研究者體表面特征及物理性能的感知。為了實現(xiàn)這一功能，研究者們設(shè)計了各種形式的觸覺傳感器以滿足多種需要。們設(shè)計了各種形式的觸覺傳感器以滿足多種需要。 下一頁返回觸覺傳感器觸覺傳

11、感器開關(guān)式開關(guān)式壓電式壓電式光電式光電式電容式電容式電磁式電磁式壓阻式壓阻式3.2 觸覺傳感器觸覺傳感器3.2.1 開關(guān)式觸覺傳感器開關(guān)式觸覺傳感器 開關(guān)式觸覺傳感器是用于檢測物體是否存在的一種最簡開關(guān)式觸覺傳感器是用于檢測物體是否存在的一種最簡單的觸覺制動器件。開關(guān)內(nèi)部分隔成兩個電接點。當(dāng)一個電單的觸覺制動器件。開關(guān)內(nèi)部分隔成兩個電接點。當(dāng)一個電極上承受大于閥值的力時，該電極與另一個電極接觸，這樣極上承受大于閥值的力時，該電極與另一個電極接觸，這樣可以用一個電路來檢測該開關(guān)是否接觸?？梢杂靡粋€電路來檢測該開關(guān)是否接觸。 工業(yè)上利用小型開關(guān)陣列形成一種價廉觸覺傳感器，但工業(yè)上利用小型開關(guān)陣列形

12、成一種價廉觸覺傳感器，但是這種陣列的空間分辨率較低。這種跟輸出信號的二進(jìn)制相是這種陣列的空間分辨率較低。這種跟輸出信號的二進(jìn)制相對應(yīng)的二值陣列觸覺傳感器，嚴(yán)重地限制、影響了其提供信對應(yīng)的二值陣列觸覺傳感器，嚴(yán)重地限制、影響了其提供信息的質(zhì)量。圖息的質(zhì)量。圖3-5所示即為開關(guān)式傳感器的原理圖。所示即為開關(guān)式傳感器的原理圖。上一頁 下一頁返回圖圖3-5 遮光板開關(guān)式觸覺傳感器原理圖遮光板開關(guān)式觸覺傳感器原理圖返回3.2 觸覺傳感器觸覺傳感器3.2.2 光學(xué)式觸覺傳感器光學(xué)式觸覺傳感器 光照射到界面的角度通過界面法線測量。若光照射到有光照射到界面的角度通過界面法線測量。若光照射到有機(jī)玻璃和空氣界面的

13、角度大于機(jī)玻璃和空氣界面的角度大于C，則光沿著有機(jī)玻璃光波導(dǎo)，則光沿著有機(jī)玻璃光波導(dǎo)傳播，光波導(dǎo)表面跟外部物體接觸時，接觸點處全內(nèi)反射被傳播，光波導(dǎo)表面跟外部物體接觸時，接觸點處全內(nèi)反射被破壞，光從光波導(dǎo)相反一側(cè)出射。破壞，光從光波導(dǎo)相反一側(cè)出射。 利用這種原理可以制成高分辨率的觸覺傳感器在實際應(yīng)利用這種原理可以制成高分辨率的觸覺傳感器在實際應(yīng)用中，通常用一塊韌性的薄膜層設(shè)置在外部物體和光波導(dǎo)之用中，通常用一塊韌性的薄膜層設(shè)置在外部物體和光波導(dǎo)之間，以便保護(hù)光波導(dǎo)并隔斷外部光源。圖間，以便保護(hù)光波導(dǎo)并隔斷外部光源。圖3-6所示為采用這種所示為采用這種效應(yīng)的觸覺傳感器原理圖。效應(yīng)的觸覺傳感器原理

14、圖。上一頁 下一頁返回圖圖3-6 利用破壞全內(nèi)反射原理的觸覺傳感利用破壞全內(nèi)反射原理的觸覺傳感器原理圖器原理圖返回3.2 觸覺傳感器觸覺傳感器3.2.3 壓阻陣列觸覺傳感器壓阻陣列觸覺傳感器 壓阻式陣列觸覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由外接引線、上壓阻式陣列觸覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由外接引線、上（行）下（列）電極及壓阻材料等構(gòu)成，上（行）電極與下（行）下（列）電極及壓阻材料等構(gòu)成，上（行）電極與下（列）電極相垂直，上（行）下（列）電極的交叉點定義為（列）電極相垂直，上（行）下（列）電極的交叉點定義為陣列觸覺的一個觸覺單元，外接引線從相互平行的觸覺單元陣列觸覺的一個觸覺單元，外接引線從相互平行的觸覺單元上引

15、出，壓阻材料放在上（行）下（列）電極中間。上引出，壓阻材料放在上（行）下（列）電極中間。 在壓阻式陣列觸覺傳感器中，最關(guān)鍵的構(gòu)件是敏感材料在壓阻式陣列觸覺傳感器中，最關(guān)鍵的構(gòu)件是敏感材料和電極。和電極。 另外，各向異性壓阻材料的應(yīng)用也受到廣泛的重視，如敏另外，各向異性壓阻材料的應(yīng)用也受到廣泛的重視，如敏感材料在感材料在z 方向有壓阻變化特性，在方向有壓阻變化特性，在x , y 方向則無論受壓與否，方向則無論受壓與否，均有較大的阻值。均有較大的阻值。上一頁 返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器 光纖傳感器相對于常規(guī)傳感器具有以下特點：光纖傳感器相對于常規(guī)傳感器具有以下特點： 1抗電磁干擾能力強(qiáng)抗電磁

16、干擾能力強(qiáng) 2 靈敏度高靈敏度高 3 重量輕、體積小重量輕、體積小 4 適于遙測適于遙測 由于光纖傳感器的這些獨特優(yōu)點和廣泛的潛在應(yīng)用，使由于光纖傳感器的這些獨特優(yōu)點和廣泛的潛在應(yīng)用，使其得以迅速發(fā)展。自其得以迅速發(fā)展。自1977 年以來已研制出多種光纖傳感器，年以來已研制出多種光纖傳感器，測量范圍包括位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振測量范圍包括位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動、水聲、溫度、電流、電壓、磁場和核輻射等。動、水聲、溫度、電流、電壓、磁場和核輻射等。下一頁返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器3.3.1 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 光纖由纖芯、包層及外套組成，如光纖由纖芯、包

17、層及外套組成，如圖圖3-8 所示。所示。 纖芯是山玻璃、石英或塑料等制成的圓柱體，一般直徑纖芯是山玻璃、石英或塑料等制成的圓柱體，一般直徑約為約為5150m。包在纖芯外的一層叫包層，材料也是玻璃或。包在纖芯外的一層叫包層，材料也是玻璃或塑料等。纖芯的折射率大于涂層的折射率，所以光纖具有使塑料等。纖芯的折射率大于涂層的折射率，所以光纖具有使光束封閉在纖芯里面?zhèn)鬏數(shù)墓δ?。外套起保護(hù)光纖的作用，光束封閉在纖芯里面?zhèn)鬏數(shù)墓δ?。外套起保護(hù)光纖的作用，它的折射率大于涂層的折射率。人們通常把較長的或多股的它的折射率大于涂層的折射率。人們通常把較長的或多股的光纖稱之為光纜。光纖稱之為光纜。上一頁 下一頁返回圖

18、圖3-8 光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維結(jié)構(gòu)返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器3.3.2 光纖的工作原理光纖的工作原理 下面以階躍型多模光纖為例，來說明光纖的工作原理。下面以階躍型多模光纖為例，來說明光纖的工作原理。 如圖如圖3-9所示，當(dāng)光線從空氣（折射率為所示，當(dāng)光線從空氣（折射率為n0）中射入光纖）中射入光纖的一個端面，并與其軸線的夾角為的一個端面，并與其軸線的夾角為時，在光纖內(nèi)折射成角時，在光纖內(nèi)折射成角 ，然后以角，然后以角 入射到纖芯與涂層的交界面上。若入射到纖芯與涂層的交界面上。若入射角入射角 大于臨界角大于臨界角 ，則入射的光線就能在交界面上產(chǎn)生，則入射的光線就能在交界面上產(chǎn)生全反射，并在

19、光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)包層全反射向前傳全反射，并在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)包層全反射向前傳播，直至從光纖的另一端射出。若光纖兩端同處于空氣之中，播，直至從光纖的另一端射出。若光纖兩端同處于空氣之中，則出射角也將為則出射角也將為。上一頁 下一頁返回 90C圖圖3-9 光纖的傳光原理光纖的傳光原理返回3.3.4 光纖傳感器光纖傳感器 光纖傳感器有功能型光纖傳感器和非功能型光纖傳感器光纖傳感器有功能型光纖傳感器和非功能型光纖傳感器兩大類。兩大類。功能型光纖傳感器功能型光纖傳感器 功能型光纖傳感器主要有光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器、光功能型光纖傳感器主要有光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器、光相位調(diào)制型光纖傳感器、光偏振

20、態(tài)調(diào)制型光纖傳感器三種。相位調(diào)制型光纖傳感器、光偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器三種。 1）光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器）光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器 光纖微彎位移（壓力）傳感器是光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器光纖微彎位移（壓力）傳感器是光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器的一個典型例子，它是基于光纖微彎而產(chǎn)生的彎曲損耗原理的一個典型例子，它是基于光纖微彎而產(chǎn)生的彎曲損耗原理制成的。制成的。上一頁 下一頁返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器2）光相位調(diào)制型光纖傳感器）光相位調(diào)制型光纖傳感器 光相位調(diào)制型光纖傳感器是利用被測量引起光纖中光相光相位調(diào)制型光纖傳感器是利用被測量引起光纖中光相位變化的原理制成的。這種傳感器具有靈敏度高、靈活性好位變化的原理

21、制成的。這種傳感器具有靈敏度高、靈活性好和多樣的特點。常見的有邁克爾遜、馬赫和多樣的特點。常見的有邁克爾遜、馬赫-琴特、薩占納克和琴特、薩占納克和法勃法勃-帕脫四種相位干涉型。它們的共同點是：光源發(fā)出的光帕脫四種相位干涉型。它們的共同點是：光源發(fā)出的光都要經(jīng)棱鏡分成兩束或更多束的光，這些光沿不同的路徑傳都要經(jīng)棱鏡分成兩束或更多束的光，這些光沿不同的路徑傳播后，分離出的光束又組合在一起去激勵一個光敏元件或顯播后，分離出的光束又組合在一起去激勵一個光敏元件或顯示干涉條紋。示干涉條紋。 如圖如圖3-10所示為利用馬赫所示為利用馬赫-琴特干涉儀測量壓力或溫度的琴特干涉儀測量壓力或溫度的相位調(diào)制型光纖傳

22、感器的組成原理圖。相位調(diào)制型光纖傳感器的組成原理圖。上一頁 下一頁返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器圖圖3-10 相位調(diào)制型光纖壓力相位調(diào)制型光纖壓力(溫度溫度)傳感器傳感器組成原理圖組成原理圖返回3）光偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器）光偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器 偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器能檢測出由于外界因索引起的偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器能檢測出由于外界因索引起的光纖內(nèi)部光的偏振態(tài)的變化。最典型的是光纖電流傳感器，光纖內(nèi)部光的偏振態(tài)的變化。最典型的是光纖電流傳感器，其工作原理是根據(jù)磁旋效應(yīng)做成的，主要應(yīng)用于高壓傳輸線其工作原理是根據(jù)磁旋效應(yīng)做成的，主要應(yīng)用于高壓傳輸線中。中。 如如圖圖3-11 所示為光纖大電流

23、傳感器原理框圖。所示為光纖大電流傳感器原理框圖。 除利用磁旋效應(yīng)的光偏振調(diào)制外，還可以利用光旋效應(yīng)、除利用磁旋效應(yīng)的光偏振調(diào)制外，還可以利用光旋效應(yīng)、光彈效應(yīng)、電光效應(yīng)和電旋效應(yīng)等制成光偏振態(tài)調(diào)制型光纖光彈效應(yīng)、電光效應(yīng)和電旋效應(yīng)等制成光偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器，所以是應(yīng)用很廣、開發(fā)潛力很大的一類光纖傳感器。傳感器，所以是應(yīng)用很廣、開發(fā)潛力很大的一類光纖傳感器。上一頁 下一頁返回3.3 光纖傳感器光纖傳感器圖圖3-11 光纖大電流傳感器原理框圖光纖大電流傳感器原理框圖返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器磁是人們所熟悉的一種物理現(xiàn)象，因此磁傳感器具有占老的磁是人們所熟悉的一種物理現(xiàn)象，因此磁傳感器具有

24、占老的歷史。最簡單的把磁轉(zhuǎn)換成電的磁傳感器就是線圈，根據(jù)電歷史。最簡單的把磁轉(zhuǎn)換成電的磁傳感器就是線圈，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在切割磁通的電路里，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與磁磁感應(yīng)定律，在切割磁通的電路里，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與磁通的變化速率成正比。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用磁場作用通的變化速率成正比。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用磁場作用使物質(zhì)的電性能發(fā)生變化的各種物理效應(yīng)，制成了固體化磁使物質(zhì)的電性能發(fā)生變化的各種物理效應(yīng)，制成了固體化磁傳感器，從而使磁場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號。磁傳感器的種類較傳感器，從而使磁場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號。磁傳感器的種類較多，制作磁傳感器的材料有半導(dǎo)體、磁性體、超導(dǎo)體等，不多，制作磁傳感器的材料

25、有半導(dǎo)體、磁性體、超導(dǎo)體等，不同材料制作的傳感器其工作原理和特性也不相同。本節(jié)重點同材料制作的傳感器其工作原理和特性也不相同。本節(jié)重點介紹一些常用的磁傳感器介紹一些常用的磁傳感器下一頁返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器3.4.1 磁敏電阻器磁敏電阻器 將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，其電阻隨磁場變化而變化將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，其電阻隨磁場變化而變化的現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，簡稱磁阻效應(yīng)。磁敏電阻器就是利的現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，簡稱磁阻效應(yīng)。磁敏電阻器就是利用磁阻效應(yīng)制成的一種磁敏元件。當(dāng)溫度恒定時，在弱磁場用磁阻效應(yīng)制成的一種磁敏元件。當(dāng)溫度恒定時，在弱磁場范圍內(nèi)，磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)

26、度B 的平方成正比。用公式表示為：的平方成正比。用公式表示為： 磁場一定時，遷移率高的材料磁阻效應(yīng)明顯。所示為利磁場一定時，遷移率高的材料磁阻效應(yīng)明顯。所示為利用這種效應(yīng)制成的磁敏電阻器。用這種效應(yīng)制成的磁敏電阻器。上一頁 下一頁返回)273. 01 (220BB3.4 磁性傳感器磁性傳感器主要特性：主要特性：（1）伏安特性。磁敏二極管所加正向偏壓與二極管流過電流的）伏安特性。磁敏二極管所加正向偏壓與二極管流過電流的關(guān)系稱為伏安特性，不同磁場作用下，其伏安特性不同。關(guān)系稱為伏安特性，不同磁場作用下，其伏安特性不同。（2）磁電特性。磁敏二極管輸出電壓的變比與外加磁場的關(guān)系）磁電特性。磁敏二極管輸

27、出電壓的變比與外加磁場的關(guān)系稱為磁電特性。磁敏二極管隨外加磁場方向的變化可以產(chǎn)生稱為磁電特性。磁敏二極管隨外加磁場方向的變化可以產(chǎn)生正負(fù)輸出電壓的變化，在正磁場作用下電壓升高，在負(fù)磁場正負(fù)輸出電壓的變化，在正磁場作用下電壓升高，在負(fù)磁場作用下電壓降低。磁電特性與線路的連接形式有關(guān)，通常有作用下電壓降低。磁電特性與線路的連接形式有關(guān)，通常有單只接法和互補(bǔ)接法兩種電路基本形式。單只接法和互補(bǔ)接法兩種電路基本形式。上一頁 下一頁返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器（3）溫度特性。磁敏二極管的溫度特性是指溫度的變化與輸出）溫度特性。磁敏二極管的溫度特性是指溫度的變化與輸出電壓變化之間的關(guān)系。磁敏二極管的溫

28、度特性有正溫度系數(shù)電壓變化之間的關(guān)系。磁敏二極管的溫度特性有正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩種，如鍺磁敏二極管是負(fù)溫度系數(shù)，硅磁敏和負(fù)溫度系數(shù)兩種，如鍺磁敏二極管是負(fù)溫度系數(shù)，硅磁敏二極管是正溫度系數(shù)。二極管是正溫度系數(shù)。（4）頻率特性。磁敏二極管的頻率特性取決于注入載流子在本）頻率特性。磁敏二極管的頻率特性取決于注入載流子在本征區(qū)域內(nèi)被復(fù)合和保持動態(tài)平衡的時間，而與元件的尺寸大征區(qū)域內(nèi)被復(fù)合和保持動態(tài)平衡的時間，而與元件的尺寸大小無關(guān)，載流子復(fù)合和保持動態(tài)平衡的時間越短，頻率特性小無關(guān)，載流子復(fù)合和保持動態(tài)平衡的時間越短，頻率特性越好越好.上一頁 下一頁返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器3.4 .3

29、磁敏三極管磁敏三極管1.磁敏三極管的結(jié)構(gòu)磁敏三極管的結(jié)構(gòu) 磁敏三極管的結(jié)構(gòu)如磁敏三極管的結(jié)構(gòu)如圖圖3-11 所示。在弱所示。在弱P 型或弱型或弱N 型本型本征半導(dǎo)體上用合金法或擴(kuò)散法形成發(fā)射極、基極和集電極。征半導(dǎo)體上用合金法或擴(kuò)散法形成發(fā)射極、基極和集電極。其最大的特點是基區(qū)較長，基區(qū)結(jié)構(gòu)類似磁敏二極管，也有其最大的特點是基區(qū)較長，基區(qū)結(jié)構(gòu)類似磁敏二極管，也有高復(fù)合速率的：高復(fù)合速率的：r 區(qū)和本征區(qū)和本征I 區(qū)。長基區(qū)分為運(yùn)輸基區(qū)和復(fù)合區(qū)。長基區(qū)分為運(yùn)輸基區(qū)和復(fù)合基區(qū)，運(yùn)輸基區(qū)主要是將發(fā)射極注人的載流子輸運(yùn)到集電極，基區(qū)，運(yùn)輸基區(qū)主要是將發(fā)射極注人的載流子輸運(yùn)到集電極，復(fù)合基區(qū)的作用是使從

30、發(fā)射極和基極注入的載流子復(fù)合。復(fù)合基區(qū)的作用是使從發(fā)射極和基極注入的載流子復(fù)合。上一頁 下一頁返回圖圖3-28 磁敏三極管的結(jié)構(gòu)與符號磁敏三極管的結(jié)構(gòu)與符號返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器3 磁敏三極管的主要特性磁敏三極管的主要特性（1）磁電特：）磁電特： 磁敏三極管的磁電特性是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，在弱磁敏三極管的磁電特性是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，在弱磁場作用下接近于一條直線，即集電極電流的變化隨磁感應(yīng)磁場作用下接近于一條直線，即集電極電流的變化隨磁感應(yīng)強(qiáng)度近似為線性關(guān)系。強(qiáng)度近似為線性關(guān)系。（2）伏安特：）伏安特： 磁敏三極管的伏安特性與普通三極管的伏安特磁敏三極管的伏安特性與普通三極管的伏安特性相似，但電

31、流放大倍數(shù)大。性相似，但電流放大倍數(shù)大。（3）溫度特：）溫度特： 磁敏三極管受溫度影響較大，使用時必須進(jìn)行磁敏三極管受溫度影響較大，使用時必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。磁敏三極管的溫度系數(shù)有正、負(fù)之分，硅磁敏三溫度補(bǔ)償。磁敏三極管的溫度系數(shù)有正、負(fù)之分，硅磁敏三極管的溫度系數(shù)為負(fù)，鍺磁敏三極管的溫度系數(shù)為正，因此極管的溫度系數(shù)為負(fù)，鍺磁敏三極管的溫度系數(shù)為正，因此可采用相反溫度系數(shù)的普通三極管或磁敏二極管及電阻進(jìn)行可采用相反溫度系數(shù)的普通三極管或磁敏二極管及電阻進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償。上一頁 下一頁返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器3.4.4 磁性傳感器的應(yīng)用磁性傳感器的應(yīng)用 磁性傳感器除用于磁場的測量外，特別適宜

32、作無觸點開磁性傳感器除用于磁場的測量外，特別適宜作無觸點開關(guān)、無接觸電位計。應(yīng)用范圍很廣，如轉(zhuǎn)速測量、風(fēng)速測量、關(guān)、無接觸電位計。應(yīng)用范圍很廣，如轉(zhuǎn)速測量、風(fēng)速測量、流量測量等。流量測量等。1）無接觸線位移傳感器）無接觸線位移傳感器 無接觸線位移傳感器主要用于測量位移或與位移量有關(guān)無接觸線位移傳感器主要用于測量位移或與位移量有關(guān)的機(jī)械量。如尺寸、厚度、角度、位置和距離等。的機(jī)械量。如尺寸、厚度、角度、位置和距離等。 上一頁 下一頁返回3.4 磁性傳感器磁性傳感器2）磁敏二極管漏磁探傷儀）磁敏二極管漏磁探傷儀 磁敏二極管漏磁探傷儀是利用磁敏二極管可以檢測弱磁磁敏二極管漏磁探傷儀是利用磁敏二極管可

33、以檢測弱磁場變化的特性而設(shè)計的。其原理如場變化的特性而設(shè)計的。其原理如圖圖3-12 所示，漏磁探傷儀所示，漏磁探傷儀由激勵線圈、鐵心、放大器、磁敏二極管探頭等部分構(gòu)成。由激勵線圈、鐵心、放大器、磁敏二極管探頭等部分構(gòu)成。 3）磁敏三極管電位器）磁敏三極管電位器 利用磁敏三極管制成的無觸點電位器原理圖如圖利用磁敏三極管制成的無觸點電位器原理圖如圖3-13所所示。將磁敏三極管置于磁場中，改變磁敏三極管基極電流，示。將磁敏三極管置于磁場中，改變磁敏三極管基極電流，該電路的輸出電壓在該電路的輸出電壓在0 . 7 15V 內(nèi)連續(xù)變化，這樣就等效于一內(nèi)連續(xù)變化，這樣就等效于一個電位器，且無觸點，因而該電位

34、器可用于變化頻繁、調(diào)節(jié)個電位器，且無觸點，因而該電位器可用于變化頻繁、調(diào)節(jié)迅速、噪聲要求低的場合。迅速、噪聲要求低的場合。上一頁 返回圖圖3-31 漏磁探傷儀的工作原理漏磁探傷儀的工作原理返回圖圖3-32 無觸點電位器無觸點電位器返回3.5 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 最近幾年出現(xiàn)了深受人們歡迎的集成溫度傳感器，集成最近幾年出現(xiàn)了深受人們歡迎的集成溫度傳感器，集成溫度傳感器是利用晶體管溫度傳感器是利用晶體管PN 結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成化，并把系，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成化，并把它們裝封在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。它與半它們裝封在同一殼體里的一種一體化溫度檢測元件。它與半導(dǎo)體熱敏電阻一樣，具有體積小、反應(yīng)快、線性好、性能高、導(dǎo)體熱敏電阻一樣，具有體積小、反應(yīng)快、線性好、性能高、價格低、抗干擾能力強(qiáng)等特點。但由于價格低、抗干擾能力強(qiáng)等特點。但由于PN 結(jié)受耐熱性能和特結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制，只能用來測