位移與速測(cè)量傳感器

電感式位移傳感器第4章位移與速度測(cè)量傳感器

4.1電容式位移傳感器4.3霍爾傳感器4.4電渦流式傳感器4.2光柵傳感器4.5微波傳感器4.6超聲波傳感器4.7位移檢測(cè)傳感器性能比較4.81當(dāng)前第1頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)無(wú)論是科學(xué)研究還是生產(chǎn)實(shí)踐中，需要進(jìn)行位移測(cè)量的場(chǎng)合非常多。此外，還有許多被測(cè)物理量可以轉(zhuǎn)化為位移進(jìn)行測(cè)量，如壓力、位置等都可以通過(guò)某種轉(zhuǎn)換部件，先將它們轉(zhuǎn)換為直線位移，然后通過(guò)測(cè)量位移間接得到被測(cè)量。在不同的場(chǎng)合、不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)位移測(cè)量傳感器的要求差異也很大，比如測(cè)量范圍、測(cè)量精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。因此，位移測(cè)量傳感器的種類(lèi)也是相當(dāng)多，并且各自的特性也不相同。2當(dāng)前第2頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.1電感式位移傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，將輸入量轉(zhuǎn)換成電感變化量的一種裝置。常配以不同的敏感元件用來(lái)測(cè)量位移、壓力、振動(dòng)等物理參數(shù)。3當(dāng)前第3頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.1電感式位移傳感器電感位移傳感器原理與分類(lèi)

圖4-1電感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理

4當(dāng)前第4頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)自感L與氣隙δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積A成正比。W——線圈匝數(shù)，μ0——空氣磁導(dǎo)率。氣隙型傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖5當(dāng)前第5頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.1.1電感位移傳感器原理與分類(lèi)差動(dòng)變隙式電感傳感器的原理結(jié)構(gòu)初態(tài)時(shí)：若結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，且動(dòng)鐵居中，則δ1=δ2，U0=0。動(dòng)鐵上移時(shí)：則δ1↓→L1↑→I1↓=I1-ΔIδ2↑→L2↓→I2↑=I2+ΔII=I2↑-I1↓=2ΔIU0=2ΔIZL同理，動(dòng)鐵下移時(shí)：U0=-2ΔIZL

6當(dāng)前第6頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.1.2電感位移傳感器輸出特性由圖可以看出L=f(δ)不是線性的，即變氣隙式傳感器δ和L之間不滿足線形變化關(guān)系。理論上，當(dāng)δ=0時(shí)，L為∞，如果考慮到導(dǎo)磁體的磁阻，即當(dāng)δ=0時(shí)，L不等于∞，而有一定的數(shù)值。變截面積式傳感器的面積S與L值則是線性關(guān)系，即L=f(S)的特性曲線為一條直線。7當(dāng)前第7頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.1.2電感位移傳感器輸出特性變氣隙式、變面積式和螺線管式三種類(lèi)型電感傳感器相比較，變氣隙式靈敏度最高，因而它對(duì)電路的放大倍數(shù)要求很低，缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重。為了限制非線性誤差，示值范圍只能很小，導(dǎo)致自由行程小，因此制造裝配比較困難。變面積式的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的線性，自由行程較大。螺線管式主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造裝配容易、自由行程大，但是靈敏度最低。但靈敏度低可以通過(guò)放大電路加以解決，因此，目前螺管型電感傳感器用得越來(lái)越多。

8當(dāng)前第8頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電感位移傳感器測(cè)量電路1.變壓器電橋

輸出特性公式為

在初始位置時(shí)Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態(tài)，U0=0

動(dòng)鐵芯上移時(shí)：δ1↓→L1↑→Z1↑=Z+ΔZδ2↑→L2↓→Z2↓=Z-ΔZ代入式（4-2），得圖4-4變壓器電橋

9當(dāng)前第9頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電感位移傳感器測(cè)量電路2.相敏檢波電路相敏檢波電路是常用的判別電路。下面以帶二極管式環(huán)形相敏檢波的交流電橋?yàn)槔榻B該電路的作用。圖4.5

相敏檢波電路(ａ)帶相敏檢波的交流電橋；(ｂ)實(shí)用電路10當(dāng)前第10頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電感位移傳感器測(cè)量電路如圖3.11(a)所示，Z1、Z2為傳感器兩線圈的阻抗，Z3＝Z4構(gòu)成另兩個(gè)橋臂，U為供橋電壓，U為輸出。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，Z1＝Z2＝Z，電橋平衡，U＝0。若銜鐵上移，Z1增大，Z2減小。如供橋電壓為正半周，即A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)，二極管D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止。在A—E—C—B支路中，C點(diǎn)電位由于Z1增大而降低；在A—F—D—B支路中，D點(diǎn)電位由于Z2減小而增高。因此D點(diǎn)電位高于C點(diǎn)，輸出信號(hào)為正11當(dāng)前第11頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電感位移傳感器測(cè)量電路如供橋電壓為負(fù)半周，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)，二極管D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止。在B—C—F—A支路中，C點(diǎn)電位由于Z2減小而比平衡時(shí)降低；在B—D—E—A支路中，D點(diǎn)電位則因Z1增大而比平衡時(shí)增高。因此D點(diǎn)電位仍高于C點(diǎn)，輸出信號(hào)仍為正。同理可以證明，銜鐵下移時(shí)輸出信號(hào)總為負(fù)。于是，輸出信號(hào)的正負(fù)代表了銜鐵位移的方向。實(shí)際采用的電路如圖3.11(b)所示。L1、L2為傳感器的兩個(gè)線圈，C1、C2為另兩個(gè)橋臂。電橋供橋電壓由變壓器B的次級(jí)提供。R1、R2、R3、R4為四個(gè)線繞電阻，用于減小溫度誤差。C3為濾波電容，Rw1為調(diào)零電位器，Rw2為調(diào)倍率電位器，輸出信號(hào)由電壓表V指示。12當(dāng)前第12頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器13當(dāng)前第13頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)其中：ρ

金屬電導(dǎo)率，μ金屬磁導(dǎo)率，r線圈與被測(cè)物體的尺寸因子，f

激磁電流頻率，x

線圈與導(dǎo)體間的距離基于法拉第電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈通以正弦交變電流I1

時(shí)，線圈周?chē)臻g將產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生呈渦旋狀的交變感應(yīng)電流I2，稱(chēng)電渦流效應(yīng)。電渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)H2與H1方向相反，它使傳感器線圈等效阻抗發(fā)生變化。4.2電渦流式傳感器14當(dāng)前第14頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)應(yīng)用：x——位移、厚度、振幅；

ρ——表面溫度、電解質(zhì)濃度、材質(zhì)判別等；

μ，ρ——無(wú)損探傷等。特點(diǎn)：非接觸連續(xù)測(cè)量，靈敏度高、頻響寬、分辨率高渦流分布在導(dǎo)體表面4.2電渦流式傳感器15當(dāng)前第15頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器16當(dāng)前第16頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器17當(dāng)前第17頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)低頻透射式電渦流式傳感器：音頻(<20kHz)激勵(lì)電流低頻透射式渦流傳感器多用于測(cè)定材料厚度。4.2電渦流式傳感器18當(dāng)前第18頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器3.技術(shù)參數(shù)

型號(hào)測(cè)量范圍mm分辨率μm重復(fù)性μm線性度﹪頻響kHz溫漂靜態(tài)動(dòng)態(tài)KD19251.270.761.30.762±1.50～100.054﹪/℃KD19503.811.32.52.54±10～100.036﹪/℃KD197552.52.52.54±10～2.50.018﹪/℃KD1925M0.90.761.30.762±1.50～100.054﹪/℃表4-1英國(guó)真尚有電渦流傳感器主要技術(shù)指標(biāo)19當(dāng)前第19頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)測(cè)量電路——交流電橋、諧振電路4.2電渦流式傳感器20當(dāng)前第20頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器LC并聯(lián)阻抗→∞21當(dāng)前第21頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器LC回路是振蕩器的一部分22當(dāng)前第22頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器2.電橋測(cè)量電路

電橋?qū)⒎从尘€圈阻抗的變化，線圈阻抗的變化反映被測(cè)金屬導(dǎo)體的接近程度。當(dāng)靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，輸出電壓u0=0。當(dāng)傳感器接近被測(cè)金屬導(dǎo)體時(shí)，傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，電橋失去平衡，即u0≠0，該信號(hào)經(jīng)經(jīng)過(guò)線性放大和檢波器檢波后輸出直流電壓，其幅值經(jīng)過(guò)標(biāo)定即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的測(cè)量。圖4-11渦流傳感器電橋測(cè)量電路

23當(dāng)前第23頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2電渦流式傳感器

電渦流式傳感器的特點(diǎn)：非接觸測(cè)量，不易受油液介質(zhì)影響；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，靈敏度高，最高分辨率達(dá)0.05微米；頻率響應(yīng)范圍寬（0~10kHz），適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。24當(dāng)前第24頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電渦流傳感器應(yīng)用1.位移測(cè)量

圖4-12電渦流位移測(cè)量方法

25當(dāng)前第25頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電渦流傳感器應(yīng)用2.振動(dòng)測(cè)量圖4-13電渦流振動(dòng)測(cè)量方法

26當(dāng)前第26頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)無(wú)損探傷4.2.3電渦流傳感器應(yīng)用27當(dāng)前第27頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.2.3電渦流傳感器應(yīng)用測(cè)轉(zhuǎn)速測(cè)厚度計(jì)數(shù)測(cè)裂紋28當(dāng)前第28頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電渦流傳感器應(yīng)用5.液位測(cè)量與控制

圖4-15利用電渦流傳感器構(gòu)成的液位監(jiān)控系統(tǒng)

29當(dāng)前第29頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電渦流傳感器應(yīng)用6.厚度測(cè)量

（1）金屬表面的厚膜測(cè)量30當(dāng)前第30頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電渦流傳感器應(yīng)用6.厚度測(cè)量（2）金屬板厚度測(cè)量圖4-19高頻反射式電渦流測(cè)厚儀

31當(dāng)前第31頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)原理：被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電容量的變化種類(lèi)：變極距δ、變面積A、變介質(zhì)ε

δ

、A或ε發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。4.3電容式位移傳感器4.3.1電容式位移傳感器原理與分類(lèi)

32當(dāng)前第32頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)輸入輸出關(guān)系：△δ/δ

0－△C/C0

具有嚴(yán)重非線性。

靈敏度：1.變極距型電容傳感器33當(dāng)前第33頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)1.變極距型電容傳感器34當(dāng)前第34頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)1.變極距型電容傳感器35當(dāng)前第35頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)1.變極距型電容傳感器36當(dāng)前第36頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)輸入輸出特性：靈敏度：面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極板變化型相比，靈敏度較低，適用于較大角位移及直線位移的測(cè)量。2.變面積型電容傳感器37當(dāng)前第37頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)介質(zhì)含水量、介質(zhì)厚度、溫度、密度等變化引起介電常數(shù)變化，因此可以構(gòu)成含水量、物位高度、溫度等測(cè)量用傳感器。圖中，厚度為δ2的介質(zhì)（ε2為其介電常數(shù)）在電容器中左右運(yùn)動(dòng)，由于電容器中介質(zhì)的介電常數(shù)改變，電容量改變。3.變介電常數(shù)型電容傳感器38當(dāng)前第38頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電容式傳感器測(cè)量電路常用的有電橋電路、諧振電路、調(diào)頻電路、運(yùn)算放大電路、差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路等。參考電位比較器39當(dāng)前第39頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.2電容式位移傳感器特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：Ⅰ.溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。Ⅱ.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過(guò)載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測(cè)量。40當(dāng)前第40頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.2電容式位移傳感器特點(diǎn)Ⅲ.動(dòng)態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很?。s幾個(gè)10－5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆Hz的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。Ⅳ.可以非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)例如非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。41當(dāng)前第41頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)2.缺點(diǎn)（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般微幾十導(dǎo)幾百皮法，其值只有幾個(gè)皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)108～106Ω。因此傳感器的負(fù)載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周?chē)沫h(huán)境如濕度、清潔度等。4.3.2電容式位移傳感器特點(diǎn)42當(dāng)前第42頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)（2）寄生電容影響大。電容式傳感器的初始電容量很小，而傳感器的引線電纜電容、測(cè)量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周?chē)鷮?dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，降低了傳感器的靈敏度，影響測(cè)量精度，因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。

（3）輸出特性非線性。變極距型電容傳感器的輸出是非線性的。其它類(lèi)型傳感器也只有忽略電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，輸出才是線性的。

4.3.2電容式位移傳感器特點(diǎn)43當(dāng)前第43頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路1.

交流電橋電路交流電橋電路如圖4-22所示，高頻電源經(jīng)變壓器接到電橋的一條對(duì)角線上，電容C1、C2、C3、Cx構(gòu)成電橋的4個(gè)臂，Cx為電容傳感器，交流電橋平衡時(shí)則U0=0。當(dāng)Cx改變時(shí)，U0≠0，有電壓輸出。此種電橋電路要求交流電源的幅度和頻率都十分穩(wěn)定；電橋放大器的輸入阻抗要高；測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)受電橋供電電源的頻率限制，一般要求電源頻率為被測(cè)信號(hào)最高頻率的5～10倍。

圖4-22交流電橋電路

44當(dāng)前第44頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路

2.變壓器電橋如圖4-23所示，C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。電橋的空載輸出電壓為對(duì)變極距型電容傳感器，代入上式得4-23變壓器電橋

45當(dāng)前第45頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路3.調(diào)頻電路

電容式傳感器的調(diào)頻電路原理如圖4-24所示。該電路將電容式傳感器接入高頻振蕩器的LC回路中，當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，電容也隨之變化，產(chǎn)生一個(gè)變化量ΔC，使得振蕩頻率也相應(yīng)變化。調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為46當(dāng)前第46頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路

4.脈沖寬度調(diào)制電路

當(dāng)接通電源后，若觸發(fā)器Q端為高電平(U1)，端為低電平(0)，則觸發(fā)器通過(guò)R1對(duì)C1充電；當(dāng)F點(diǎn)電位UF升到與參考電壓Ur相等時(shí)，比較器IC1產(chǎn)生一脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使Q端為低電平，端為高電平(U1)。此時(shí)，由電容C1通過(guò)二極管D1迅速放電至零，而觸發(fā)器由端經(jīng)R2向C2充電；當(dāng)G點(diǎn)電位UG與參考電壓Ur相等時(shí)，比較器IC2輸出一脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而循環(huán)上述過(guò)程。圖4-25脈沖寬度調(diào)制電路

47當(dāng)前第47頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路

可以看出，電路充放電的時(shí)間，即觸發(fā)器輸出方波脈沖的寬度受電容C1、C2調(diào)制。當(dāng)C1=C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如圖4.26(a)所示，Q和兩端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為零。當(dāng)C1＞C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如圖4.26(b)所示，Q、兩端間的平均電壓(經(jīng)一低通濾波器)為

(4-13)式中：T1和T2分別為Q端和端輸出方波脈沖的寬度，亦即C1和C2的充電時(shí)間。48當(dāng)前第48頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

圖4-26各點(diǎn)電壓波形圖4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路49當(dāng)前第49頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)當(dāng)該電路用于差動(dòng)式變極距型電容傳感器時(shí)，式(4-13)有

(4-14)這種電路只采用直流電源，無(wú)需振蕩器，要求直流電源地電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度地穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電源易于做到。用于差動(dòng)式變面積型電容傳感器時(shí)有

(4-15)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路50當(dāng)前第50頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路5．運(yùn)算放大器電路

這種電路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無(wú)波形和相移失真；輸出信號(hào)只需要通過(guò)低通濾波器引出；直流信號(hào)的極性取決于C1和C2；對(duì)變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線性輸出。這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小。圖4-27為其電原理圖。C1為傳感器電容，它跨接在高增益運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。放大器的輸入阻抗很高(Zi→∞)，因此可視作理想運(yùn)算放大器。其輸出端輸出一與C1成反比的電壓U0，即(4-16)51當(dāng)前第51頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

圖4-27運(yùn)算放大器電路

4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路

式中

Ui為信號(hào)源電壓，C0為固定電容，要求它們都很穩(wěn)定。對(duì)變極距型電容傳感器(C1＝ε0εrA/δ)，式(4-16)可寫(xiě)為52當(dāng)前第52頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

(4-17)

可見(jiàn)配用運(yùn)算放大器測(cè)量電路的最大特點(diǎn)是克服了變極距型電容傳感器的非線性。4.3.3電容式位移傳感器測(cè)量電路53當(dāng)前第53頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容式傳感器的應(yīng)用54當(dāng)前第54頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容傳感器應(yīng)用1.電容式位移傳感器

圖4-28電容式移傳感器應(yīng)用

55當(dāng)前第55頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容傳感器應(yīng)用2.電容加速度傳感器

圖4-29電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)56當(dāng)前第56頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容傳感器應(yīng)用3.電容式物位傳感器圖4-30電容式物位傳感器原理

57當(dāng)前第57頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)當(dāng)兩圓筒間充以介電常數(shù)為ε1的氣體時(shí)，則由該圓筒組成的電容器的電容量為（4-16）如果兩圓筒形電極間的一部分被介電常數(shù)為ε2的液體所浸沒(méi)，設(shè)被浸沒(méi)得電極長(zhǎng)度為H，此時(shí)的電容量為圖4-30電容式物位傳感器原理（4-17）經(jīng)整理可得（4-18）式中，ΔC為電容器的電容值得增量，其值為

4.3.3電容傳感器應(yīng)用

58當(dāng)前第58頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.3.3電容傳感器應(yīng)用3.電容式物位傳感器圖4-31電容傳感器進(jìn)行料位測(cè)量傳感器的電容可由下式表示

式中，k為比例常數(shù)；εs為被測(cè)物料的相對(duì)介電常數(shù)；ε0為空氣的相對(duì)介電常數(shù)；D為罐內(nèi)直徑；d為測(cè)定電極的直徑；h為物料的高度。59當(dāng)前第59頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)非接觸檢測(cè)塑料管道內(nèi)溶液液位。當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定高度并超出時(shí)，溶液進(jìn)入電容式傳感器檢測(cè)范圍，傳感器產(chǎn)生輸出信號(hào)傳送給控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)報(bào)警或進(jìn)行其它動(dòng)作，達(dá)到液位控制的目的。電容式傳感器的應(yīng)用60當(dāng)前第60頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電容式傳感器的應(yīng)用4.電容式測(cè)厚傳感器圖4-32差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器測(cè)量原理61當(dāng)前第61頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電容式傳感器的應(yīng)用62當(dāng)前第62頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電容式傳感器的應(yīng)用63當(dāng)前第63頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)電容式傳感器的應(yīng)用64當(dāng)前第64頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)置于磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。4.4霍爾位移傳感器4.4.1霍爾傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理

65當(dāng)前第65頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾式傳感器基本原理載流子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而形成電場(chǎng)E，當(dāng)載流子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，累積電荷形成穩(wěn)定的電勢(shì)UH

。其中——霍爾常數(shù)

——磁場(chǎng)與元件平面法線方向的夾角

d——與磁場(chǎng)方向一致的霍爾元件厚度 66當(dāng)前第66頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)由得知，d越小，越大，則感生電動(dòng)勢(shì)越大，故一般霍爾元件是由霍爾系數(shù)很大的N型半導(dǎo)體材料制作的薄片，厚度微米級(jí)。霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)67當(dāng)前第67頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.4.2霍爾傳感器主要參數(shù)（1）額定控制電流IH

（2）靈敏度KH

（3）不等位電勢(shì)U0（4）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro（5）霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)α（6）工作溫度范圍68當(dāng)前第68頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.4.2霍爾傳感器主要參數(shù)額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流當(dāng)霍爾元件自身溫升10度時(shí)所流過(guò)的激勵(lì)電流以元件最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流輸入電阻和輸出電阻激勵(lì)電極間的電阻電壓源內(nèi)阻不等位電勢(shì)和不等位電阻當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，此時(shí)測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)。不等位電勢(shì)就是激勵(lì)電流經(jīng)不等位電阻所產(chǎn)生的電壓。寄生直流電勢(shì)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)UHIHRiRo69當(dāng)前第69頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)部分國(guó)產(chǎn)霍爾元件型號(hào)及參數(shù)表型號(hào)最大霍爾輸出電壓mV靈敏度mV·(mAkGs)-1輸入電阻Ω輸出電阻Ω不等位電勢(shì)mV靈敏度溫度系數(shù)℃-1霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)℃-1工作溫度范圍℃HSJ-1A2502～5＜400＜400≤12×10-4-5×10-4-55～+125HJS-2200010～200.2～20000.2～20000.02～102×10-43.5×10-3-50～+250HJS-3B75010～150.5～10000.5～1000≤0.52×10-4-5×10-4-55～+125HJS-52000＞400.2～20000.2～20000.02～102×10-43.5×10-3-50～+250HZ-11.4±0.2110(±20％)＜15×10-4-0～+6070當(dāng)前第70頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償1.測(cè)量電路（1）霍爾元件及符號(hào)

71當(dāng)前第71頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償（2）測(cè)量電路圖4-35霍爾元件基本測(cè)量電路

72當(dāng)前第72頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償（3）霍爾傳感器直流放大電路73當(dāng)前第73頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償2.誤差補(bǔ)償（1）不等位電勢(shì)及其補(bǔ)償圖4-37霍爾元件等效電路

74當(dāng)前第74頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償2.誤差補(bǔ)償（1）不等位電勢(shì)及其補(bǔ)償圖4-38霍爾元件不等位電勢(shì)的補(bǔ)償電路75當(dāng)前第75頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾傳感器測(cè)量電路與誤差補(bǔ)償2.誤差補(bǔ)償（2）溫度誤差及其補(bǔ)償圖4-39霍爾元件溫度補(bǔ)償方法76當(dāng)前第76頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)霍爾器件在x方向上長(zhǎng)度為b，x0是位于氣隙下的初始長(zhǎng)度。此傳感器常采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。4.4.4霍爾傳感器應(yīng)用77當(dāng)前第77頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)圖4-41給出的是線性霍爾元件放大電路。它將霍爾輸出電壓放大到5V。

4.4.4霍爾傳感器應(yīng)用圖4-41線性霍爾元件放大電路78當(dāng)前第78頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.4.4霍爾傳感器應(yīng)用79當(dāng)前第79頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)80當(dāng)前第80頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)81當(dāng)前第81頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)82當(dāng)前第82頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)83當(dāng)前第83頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)84當(dāng)前第84頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)85當(dāng)前第85頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)86當(dāng)前第86頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5光柵傳感器光柵結(jié)構(gòu)與種類(lèi)光柵是在透明的玻璃上刻有大量相互平行、等寬而又等間距的刻線。沒(méi)有刻線的地方透光（或反光），刻線的地方不透光（或不反光）。圖4-43所示的是一塊黑白型長(zhǎng)光柵，平行等距的刻線稱(chēng)為柵線。設(shè)其中透光的縫隙寬度為a，不透光的縫隙寬度為b，一般情況下，a＝b。圖中w＝a+b稱(chēng)為光柵柵距(或光柵節(jié)距、光柵常數(shù))，它是光柵的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于圓光柵來(lái)說(shuō)，除了參數(shù)柵距之外，還經(jīng)常使用柵距角。柵距角是指圓光柵上相鄰兩刻線所夾的角。

圖4-43光柵結(jié)構(gòu)

87當(dāng)前第87頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)光柵結(jié)構(gòu)與種類(lèi)光柵按其用途分長(zhǎng)光柵和圓光柵兩類(lèi)?？坍?huà)在玻璃尺上的光柵稱(chēng)為長(zhǎng)光柵，也稱(chēng)光柵尺，用于測(cè)量長(zhǎng)度或幾何位移。根據(jù)光線的走向，長(zhǎng)光柵還分為透射光柵和反射光柵。透射光柵是將光柵線刻制在透明材料上，通常選用光學(xué)玻璃和制版玻璃。反射光柵的柵線刻制在具有強(qiáng)反射能力的金屬上，如不銹鋼或玻璃鍍金屬膜（如鋁膜），光柵也可刻制在鋼帶上再粘結(jié)在尺基上?？坍?huà)在玻璃盤(pán)上的光柵稱(chēng)為圓光柵，也稱(chēng)光柵盤(pán)，用來(lái)測(cè)量角度或角位移。根據(jù)柵線刻畫(huà)的方向，圓光柵分兩種，一種是徑向光柵，其柵線的延長(zhǎng)線全部通過(guò)光柵盤(pán)的圓心；另一種是切向光柵，其全部柵線與一個(gè)和光柵盤(pán)同心的小圓相切。圓光柵只有透射光柵。

88當(dāng)前第88頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.2光柵傳感器工作原理1.

光柵傳感器組成光柵傳感器通常由光源、聚光鏡、計(jì)量光柵、光電器件及測(cè)量電路等部分組成。計(jì)量光柵由標(biāo)尺光柵（主光柵）和指示光柵組成，它決定了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。

一般主光柵和指示光柵的刻線密度相同，但主光柵要比指示光柵長(zhǎng)得多，它們的刻線面相對(duì)，中間留有很小的間隙。測(cè)量時(shí)光源為傳感器提供能量（光能），聚光鏡將光源發(fā)出的可見(jiàn)光收集起來(lái)，并將其轉(zhuǎn)換成為平行光束送到計(jì)量光柵。主光柵與被測(cè)對(duì)象連在一起，并隨其運(yùn)動(dòng)，指示光柵固定不動(dòng)。

圖4-44光柵傳感器測(cè)量原理89當(dāng)前第89頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.2光柵傳感器工作原理2.莫爾條紋由于主光柵和指示光柵的作用，形成了莫爾條紋。如圖4-45所示，在a–a＇線上兩光柵的柵線彼此錯(cuò)開(kāi)，光線無(wú)法通過(guò)，形成暗帶；在b–b＇線上兩光柵互相重合，互相擋住縫隙，光線從縫隙中通過(guò)，形成亮帶。這種明暗相間得條紋就成為莫爾條紋，它的方向與刻線方向垂直。

圖4-45莫爾條紋形成

90當(dāng)前第90頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.2光柵傳感器工作原理莫爾條紋有以下特性：（1）位移放大作用當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W時(shí)，莫爾條紋也移動(dòng)一個(gè)條紋寬度B。由于主光柵和指示光柵的柵線之間的夾角θ很小，且兩光柵的光柵柵距相等，因此，它們之間近似關(guān)系為可見(jiàn)其位移放大倍數(shù)為（2）運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)關(guān)系莫爾條紋的位移量和移動(dòng)方向與主光柵相對(duì)于指示光柵的位移量和位移方向有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）誤差平均效應(yīng)由于莫爾條紋是由大量柵線共同作用形成的，對(duì)于光柵刻線誤差起到了平均的作用。

91當(dāng)前第91頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.3辯向與細(xì)分電路1.

辨向電路圖4-46辨向電路92當(dāng)前第92頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.3辯向與細(xì)分電路2.

細(xì)分電路

93當(dāng)前第93頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.4光柵傳感器參數(shù)1.電氣參數(shù)（1）分辨率（2）精度（3）信號(hào)波形（4）工作頻帶（5）波形邊緣距離94當(dāng)前第94頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.4光柵傳感器參數(shù)2.機(jī)械參數(shù)（1）最大速度（2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3）允許軸負(fù)載（4）加速度

95當(dāng)前第95頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.5.5光柵傳感器應(yīng)用圖4-48位移測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)框圖96當(dāng)前第96頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.6微波傳感器微波作為一種電磁波，具有電磁波的所有性質(zhì)微波傳感器是利用微波特性來(lái)檢測(cè)某些物理量的器件或裝置微波傳感器是一種新型非接觸式測(cè)量傳感器微波是波長(zhǎng)為1mm～1m的電磁波，可以細(xì)分為三個(gè)波段。97當(dāng)前第97頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.6.1微波傳感器原理與分類(lèi)1.

微波概念微波特點(diǎn)：需要定向輻射裝置；遇到障礙物容易反射；繞射能力差；傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、灰塵等的影響較??；介質(zhì)對(duì)微波的吸收大小與介質(zhì)介電常數(shù)成正比，如水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。98當(dāng)前第98頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)微波傳感器的測(cè)量原理及分類(lèi)原理：由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過(guò)被測(cè)物體或由被測(cè)物體反射回來(lái)的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，即可以顯示出被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。分類(lèi)：分為反射式和遮斷式兩類(lèi)。4.6.1微波傳感器原理與分類(lèi)99當(dāng)前第99頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

1.反射式微波傳感器反射式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)被測(cè)物反射回來(lái)的微波功率或經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量被測(cè)量的。通常它可以測(cè)量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。

2.遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器是通過(guò)檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來(lái)判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無(wú)被測(cè)物體或被測(cè)物體的厚度、含水量等參數(shù)的。4.6.1微波傳感器原理與分類(lèi)100當(dāng)前第100頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)微波傳感器的組成微波傳感器通常由微波發(fā)生器（即微波振蕩器）、微波天線及微波檢測(cè)器三部分組成。

1.微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長(zhǎng)很短，即頻率很高（300MHz～300GHz），要求振蕩回路中具有非常微小的電感與電容，因此不能用普通的電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器。構(gòu)成微波振蕩器的器件有調(diào)速管、磁控管或某些固態(tài)器件，小型微波振蕩器也可以采用體效應(yīng)管。101當(dāng)前第101頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

2、微波天線

由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)通過(guò)天線發(fā)射出去。為了使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性，天線要具有特殊的結(jié)構(gòu)。常用的天線有喇叭形、拋物面形、介質(zhì)天線與隙縫天線等。喇叭形天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，可以看作是波導(dǎo)管的延續(xù)。喇叭形天線在波導(dǎo)管與空間之間起匹配作用，可以獲得最大能量輸出。拋物面天線使微波發(fā)射方向性得到改善。102當(dāng)前第102頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)常用的微波天線扇形喇叭天線;(b)圓錐形喇叭天線;(c)旋轉(zhuǎn)拋物面天線;(d)拋物柱面天線103當(dāng)前第103頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

3.微波檢測(cè)器電磁波作為空間的微小電場(chǎng)變動(dòng)而傳播，所以使用電流-電壓特性呈現(xiàn)非線性的電子元件作為探測(cè)它的敏感探頭。與其它傳感器相比，敏感探頭在其工作頻率范圍內(nèi)必須有足夠快的響應(yīng)速度。作為非線性的電子元件可用種類(lèi)較多（半導(dǎo)體PN結(jié)元件、隧道結(jié)元件等），根據(jù)使用情形選用。104當(dāng)前第104頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)微波傳感器的特點(diǎn)

一種新型的非接觸傳感器。①有極寬的頻譜（波長(zhǎng)=1.0mm~1.0m）可供選用，可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)選擇不同的測(cè)量頻率；②在煙霧、粉塵、水汽、化學(xué)氣氛以及高、低溫環(huán)境中對(duì)檢測(cè)信號(hào)的傳播影響極小，因此可以在惡劣環(huán)境下工作；③時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí)處理，便于自動(dòng)控制；105當(dāng)前第105頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)④測(cè)量信號(hào)本身就是電信號(hào)，無(wú)須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了傳感器與微處理器間的接口。⑤傳輸距離遠(yuǎn)，便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控；

⑥微波無(wú)顯著輻射公害。缺點(diǎn)：微波傳感器存在的主要問(wèn)題是零點(diǎn)漂移和標(biāo)定尚未得到很好的解決。其次，測(cè)量環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果影響大，如溫度、氣壓、取樣位置等。106當(dāng)前第106頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.6.2微波傳感器應(yīng)用1.

微波物位傳感器當(dāng)被測(cè)物位低于設(shè)定物位時(shí)，接收天線接收的功率為當(dāng)被測(cè)物位升高到天線所在高度時(shí)，接收天線接收的功率為107當(dāng)前第107頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

4.6.2微波傳感器的應(yīng)用

2.微波液位計(jì)接收天線收到的功率Pr為108當(dāng)前第108頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)微波定位傳感器109當(dāng)前第109頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)

4.7.1超聲波及其特性波動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)波）：振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波次聲波：低于16Hz的機(jī)械波超聲波：高于2×104Hz的機(jī)械波微波：頻率在3×108~3×1011Hz之間的波4.7超聲波傳感器110當(dāng)前第110頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)聲波的頻率界限圖

111當(dāng)前第111頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.7.1超聲波及其特性超聲波的反射和折射

2.反射與折射

112當(dāng)前第112頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.7.1超聲波及其特性

聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：式中:

、

——聲波在距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)；

、

——聲波在聲源處的聲壓和聲強(qiáng)；

——聲波與聲源間的距離；

——衰減系數(shù)。

3.聲波的衰減113當(dāng)前第113頁(yè)\共有126頁(yè)\編于星期二\1點(diǎn)4.7.2超聲波傳感器

壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來(lái)工作的。壓