測試技術(shù) 第六章霍爾式及其他090514課件

4.5霍爾傳感器

霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。廣泛用于位移、電磁、壓力、加速度、振動等方面的測量。材料：砷化銦（InAs）銻化銦（InSb）鍺（Ge）等UHIBN型半導(dǎo)體洛倫磁力載流子方向FLFE1）霍爾效應(yīng)

霍爾元件（板，板厚遠(yuǎn)小于板寬和長）置于一磁場中，在板長方向通以控制電流I時，板的側(cè)向（寬度）會產(chǎn)生電動勢差——霍爾電壓，此現(xiàn)象為霍爾效應(yīng)霍爾系數(shù)，由材料物理性質(zhì)決定，等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率的乘積。金屬材料載流子遷移率很高,但電阻率很小;而絕緣材料電阻率極高,但載流子遷移率極低。只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片靈敏度系數(shù)，由材料物理性質(zhì)和幾何尺寸決定目前常用的霍爾元件材料有:鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。3）應(yīng)用

霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好和壽命長的優(yōu)點,它首先是用來測磁場的，還可用來測產(chǎn)生或影響磁場的物理量（如電流）。a.電流傳感器當(dāng)電流流過導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測。b.位移測量案例：汽車速度測量d.無損探傷鐵磁材料受到磁場激勵時，因其導(dǎo)磁率高，磁阻小，磁力線都集中在材料內(nèi)部。若材料均勻，磁力線分布也均勻。如果材料中有缺陷，如小孔、裂紋等，在缺陷處，磁力線會發(fā)生彎曲，使局部磁場發(fā)生畸變。用霍爾探頭檢出這種畸變，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可辨別出缺陷的位置，性質(zhì)（孔或裂紋）和大?。ㄈ缟疃取挾鹊?霍爾無損探傷已在炮膛探傷、管道探傷，海用纜繩探傷，船體探傷以及材料檢驗等方面得到廣泛應(yīng)用。NS2）熱電溫度計(熱電偶)熱電效應(yīng)

將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶測溫基本定律均質(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、長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。TT0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)體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。TT0V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)生的熱電動勢為已知，A和B兩極配對后的熱電動勢可用下式求得：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。3）熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻的材料是一種由錳、鎳、銅等金屬氧化物按一定比例混合燒結(jié)而成的半導(dǎo)體，熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度成指數(shù)變化的半導(dǎo)體熱敏元件。PTC熱敏電阻:具有正溫度系數(shù),靈敏度非常數(shù)。NTC熱敏電阻：隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小，具有負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度高；——常用CTR熱敏電阻：具有很大的負(fù)溫度系數(shù)和負(fù)電阻突變特性。水溫感應(yīng)塞溫控器還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、暖氣、電子體溫計等

氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體材料，如氧化錫、氧化錳。當(dāng)它們吸收了氣體煙霧，如一氧化碳、醇等時，電阻發(fā)生變化。從而使氣敏元件電阻值隨被測氣體的濃度改變而變化。

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CCD固態(tài)圖象傳感器(電荷耦合器件)

MOS(MetalOxideSemiconductor)光敏元的結(jié)構(gòu)是在半導(dǎo)體(P型硅)基片上形成一種氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉積一層金屬電極，以此形成一個金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元(MOS)。特點:(1)組成測試儀器可測量物位、尺寸、工件損傷、自動對焦;條形碼掃描器應(yīng)用:(1)寬度測量;（2)外徑測量;(3)主軸徑向跳動測量(2)作光學(xué)信息處理裝置的輸入環(huán)節(jié)，可用于傳真技術(shù)、光學(xué)文字識別與圖像識別、光譜測量等；(3)作自動流水線裝置中的敏感器件，可用于機床、自動售貨、自動搬運及自動監(jiān)視裝置等方面。數(shù)碼相機1）超聲波及其物理性質(zhì)

聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機械波。次聲波——低于16Hz的機械波聲波——頻率在16～2×104Hz之間,能為人耳所聞的機械波超聲波——高于2×104Hz的機械波微波——頻率在3×108～3×1011

Hz的機械波4.9超聲波傳感器

2）超聲傳感器超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等,而以壓電式最為常用。利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的:發(fā)射探頭——產(chǎn)生超聲波；接收探頭——將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號壓電式：實際應(yīng)用中，兩者合為一體：將脈沖交流電壓加在壓電元件上，使其向被測介質(zhì)發(fā)射超聲波，同時又利用它接收從該介質(zhì)中反射回來的超聲波，并將該反射波轉(zhuǎn)換為電信號輸出。3）超聲傳感器的應(yīng)用①物位傳感器如果從發(fā)射超聲脈沖開始,到接收到反射波為止的這個時間間隔為已知,就可以求出分界面的位置,利用這種方法可以對物位進(jìn)行測量。超聲波在液體中傳播（衰減?。诹髁總鞲衅鞒暡▊鬏敃r間差法超聲波在靜止流體和流動流體中的傳輸速度是不同的,利用這一特點可以求出流體的速度,再根據(jù)管道流體的截面積,便可知道流體的流量。順流：逆流：倒車?yán)走_(dá)魚群探測器4.10其他類型傳感器

1）熱輻射檢測傳感器——絕對零度以上的物體都有輻射，其強度依賴于物體溫度(K)，冶金、軋制、磨削加工以及各種熱加工過程中都涉及到動態(tài)溫度場的檢測問題。2）聲發(fā)射檢測傳感器——材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象叫聲發(fā)射。可用于材料斷裂等結(jié)構(gòu)檢測3）生物傳感器——發(fā)酵工業(yè)：谷氨酸－葡萄糖檢測醫(yī)學(xué)：血糖－乳酸測定檢測對象中含生命物質(zhì)。根據(jù)敏感物質(zhì)不同,生物傳感器分酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。熱/光電信號微生物/酶等熱敏元件光敏元件電化學(xué)器件物理、化學(xué)變化血糖－乳酸測定流程德國研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀手掌型葡萄糖(glucose)分析儀體育上耐力訓(xùn)練工廠發(fā)酵車間化驗員正在分析樣品①集成傳感器多傳感器集成電路集成可進(jìn)行多參數(shù)測量和綜合處理各種調(diào)節(jié)電路和補償電路信號放大和阻抗變換電路信號數(shù)字化和信號處理電路4）智能傳感器——將傳感器與微型計算機集成在一