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    四、压电传感器

    压电效应

    1. 压电效应是于1880年由 雅克保罗居里(Jacques Paul Curie)皮埃尔居里( Pierre Curie) 发现的
    2. 在压电材料的极化方向施加交变电场,它们能产生机械振动,这种现象称为逆压电效应
    3. 某些电解质,当沿一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去除后,又重新恢复为不带电的状态。这种现象就称为
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    一、光电式传感器

    概述

    1. 光电式传感器是将光信号转换成电信号的传感器
    2. 光电传感器是物性型传感器
    3. 光是一种由称为光粒子的基本粒子组成的粒子流
    4. 光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式吸收式遮光式反射式这四种形式
    5. 测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等需要用反射式光电传感器
    6. 测量液体、气体的透明度、浑浊度,对气体进行成分分析,测定液体中某种物质的含量可以选择吸收式光电传感器
    7. 光电高温计、比色高温计、红外侦察和红外遥感等均属于辐射式光电传感器

    外光电效应

    1. 光照射而引起物体电学特性的改变现像称为光电效应
    2. 光电效应分为光电效应和光电效应
    3. 外光电效应是光照射在金属或金属氧化物而引起物体电学特性的改变
    4. 属于外光电效应的仪器有光电管光电倍增管像增强器
    5. 在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称为外光电效应
    6. 光电管是由一个阴极和一个阳极构成,并且密封在一只真空玻璃管内。极装在玻璃管内壁上,其上涂有光电发射材料。极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形,置于玻璃管的中央
    7. 在一定的光照射下,对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性
    8. 当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时,光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性
    9. 保持光通量和阴极电压不变,阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性
    10. 不同材料的光电阴极,它的光波响应是不一样的,所以在选择光电管的时候,要根据所测的这个光的波长来选择合适的光电管
    11. 光电倍增管是一种利用外光电效应和二次电子发射效应,将微弱光信号转换成电信号的真空管
    12. 光电倍增管对紫外光、可见光和近红外光及其敏感
    13. 根据光电管的伏安特性可以知道,两端所加的电压达到一定幅度的时候,它就饱和了,只要阴极能发射的电子,阳极都能收集到
    14. 根据光电管的伏安特性,光照不一样,光电流也不一样
    15. 光照特性曲线的斜率就是光电管的灵敏度
    16. 不同材料的光电阴极,它的光波响应是不一样的,所以在选择光电管的时候,要根据所测的这个光的波长来选择合适的光电管

    内光电效应之光电导效应

    1. 光电导效应是在光的作用下,材料中的电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态,而引起材料电导率的变化
    2. 属于光电导效应的器件是光敏电阻
    3. 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值(亮阻值)急剧变,电路中电流迅速变
    4. 光敏电阻的暗电阻越大,而亮电阻越小则性能越好
    5. 一般在定量测量中,用光敏电阻进行光强的检测用的比较少(不同类型光敏电阻光照特性不同,但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件,这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关)
    6. 光敏电阻的电压不能无限地增大(电压太高,电流也就太大了,电流太大会烧坏电阻)
    7. 当光敏电阻受到脉冲光照射时,光电流要经过一段时间才能达到稳定值,而在停止光照后,光电流也不立刻为零,这就是光敏电阻的时延特性
    8. 光敏电阻在最初的老化过程中,阻值会有变化,但最后达到稳定值后就不再变化
    9. 光敏电阻性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高,其暗电阻和灵敏度下降,光谱特性曲线的峰值向波长的方向移动
    10. 光敏电阻在一定的光照度下,所加的电压越大,光电流越大,而且无饱和现像
    11. 半导体材料的禁带就是一种能级,只有电子的能量大于禁带的能量,他才有可能越过禁带达到导带
    12. 只有比较短的波长的光照射的时候,才可能产生内光电效应(入射波的波长小于1.24/Eg波长的时候,才能产生电子跃迁,所以只有比较短的波长的光照射的时候,才可能产生内光电效应)
    13. 暗电阻的值是固定不变的;光强不一样,亮电阻不一样。
    14. 暗电流不是固定不变的值,它是随着外界电压的变化而变化的;亮电流随光强变化而变化,也随外界电压的强度变化而变化
    15. 亮电流与暗电流之差为光电流
    16. 进行可见光光强检测时,光电阻与光敏二极管相比,一般后者具有更好的线性度

    光敏二极管与光敏三级管

    1. 光敏二极管在布局的时候分为光导模式和光伏模式
    2. 光敏二极管的光导模式和光伏模式的不同在于光导模式偏置接地光伏模式接负电源
    3. 光伏模式偏置小频率低,比较适合超低光强/低速信号检测
    4. 不同材料的光敏三极管的光谱特性不同,在可见光或探测炽热状态物体时,一般选用硅管;但对红外线进行探测时,则采用锗管比较合适
    5. 光电三极管,当反向偏压较低时,光电流随电压变化比较敏感,随反向偏压的加大,光生电流趋于饱和,这时光生电流与所加偏压几乎无关,只取决于光照强度
    6. 光敏三极管既可作线性转换元件,也可作开关元件
    7. 温度变化对光敏三极管的光电流的影响很小,而对暗电流的影响很大。所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿,否则会导致输出误差
    8. 光敏二极管进行光强的检测时,一般外加电场的方向应该与内电场的方向保持一致

    内光电效应之光生伏特效应

    1. 光照时物体中能产生一定方向电动势的现像叫做光生伏特效应
    2. 当P-N结不加偏压时,基于光生伏特效应的器件有光电池
    3. 当P-N结处于反向偏置时,基于光生伏特效应的器件包括光敏二极管光敏晶体管
    4. 当P-N结处于反偏时,光电流和外加电场的电流方向是一致的,并且光照越大,光电流越大
    5. 如果要利用光电池进行光强检测的时候,应该采用短路电流的方式
    6. 作为太阳能电池发电的时候,选择开路电压的方式比较好
    7. 对于光电池来说,外界负载电阻越小,光电流与强度的线性关系越好,且线性范围越宽
    8. 硅光电池频率响应比硒光电池好,所以一般在高速计数器上,光闪的比较快的时候,我们一般采用硅光电池
    9. 如果用光电池进行测量的时候,就要采取一个恒温的措施,或者采用温度补偿的措施消除这种温度引起的开路电压和短路电流的变化
    10. 光电池既能作为能源使用,也能作为传感器来使用
    11. 光电池用于光强检测时,采用短路电流的测量方式比开路电压的方式要好

    光电器件的电路符号

    1. 光电管
      在这里插入图片描述

    2. 光敏电阻
      在这里插入图片描述

    3. 光电池
      在这里插入图片描述

    4. 光敏二极管
      在这里插入图片描述

    5. 光敏三极管
      在这里插入图片描述

    二、新型光敏传感器

    图像传感器概述

    1. CCD的全称是电荷耦合器件
    2. CCD是1970年贝尔实验室的威拉德·博伊尔(Willard S.Boyle)和乔治史密斯(George E. Smith)所发明的。
    3. CCD的基本功能是电荷的产生存储转移输出
    4. CCD的最基本单元是MOS电容器
    5. 像素就是一个一个感光的单元,彼此之间是独立的
    6. 电荷耦合器件是在半导体硅片上制作成百上千个光敏元,一个光敏元又称一个像素,光敏元按线阵或面阵有规则地排列
    7. 向半导体表面电极加正偏压,会形成一个带负电荷的耗尽区(表面势阱)
    8. CCD图像传感器由于光照的作用,他会产生电荷
    9. 产生的电荷储存在MOS电容器的势阱里面,它的多少实际上就反应了光照的强弱
    10. CCD电荷的注入除了光信号注入还有电信号注入

    CCD

    1. CCD图像传感器的暂存区需要遮光,用于电荷转移
    2. 面阵型CCD图像传感器的行间转移式结构是光敏单元与垂直转移寄存器交替排列,相当于在两列感光的列中间插入一列,这是专门用于转移电荷的
    3. 面阵型CCD图像传感器的线转移式的结构缺点是电荷转移时间太长,会产生拖影(电荷最后都要通过最下面这个读出寄存器把它读出来,所以它转移的时间实际上也还是比较长的,会产生拖影)
    4. 面阵型CCD图像传感器包括线转移式帧转移式行间转移式这三种类型
    5. 在同样面积大小的CCD结构尺寸上,线型CCD图像传感器的并行结构比单行结构的优点有像素可以做的更多分辨率提高转移时间少电荷转移损耗小(并行结构的移位寄存器做成了两排,这样的话可以在同样的一个面积大小的CCD结构尺寸上,可以提高它的分辨率,像素可以做的更多,另外,因为它这种转移可以分成两部分的转移,相当于把整个的N个像素,把它转移出去,时间比原来单线就要少-一倍了,那么它的损耗,就是电荷转移的这种损耗也会小一些,图像的质量也会高一些。)
    6. CCD靶面尺寸一定的情况下,像素数目越多,图像越模糊(若在CCD靶面尺寸一定的情况下, 增加像素就得缩小像素点的面积。像素点的面积越小(大) ,其感光性能越低(高),信噪比越低(高),动态范围越窄(宽) ;所以,如果不增加CCD面积而一味地提高像素,只会引起图像质量的恶化。)
    7. CCD的灵敏度数值越小,表示需要的光线越少,CCD也越灵敏
    8. CCD信噪比是指在有效输出范围内,真值信号强度与噪声强度的比值,信噪比数值越大,表示成像的质量越好
    9. CCD的量子效率是指阴极发射出的光电子数量与入射光光子的数量比,用以表示CCD在不同波长下的响应值
    10. 若某波长上量子效率数值越大,则表面CCD对该波长的响应程度越高
    11. CCD的电荷转移效率还做不到100%(好的CCD一般可以达到0.999995))
    12. 在无光照的情况下,图像传感器能产生的输出噪声电流称为暗电流。电流越小,噪声干扰越小,信噪比越高

    位置传感器

    1. PSD是基于横向光电效应的光电器件,属于光生伏特效应

    2. PSD由三层构成,最上一层是P层,下层是N层,中间插入较厚的高阻I层,形成P-I-N结构

    3. I 1 I_1 I1 I 2 I_2 I2之和等于总的光生电流, I 1 I_1 I1 I 2 I_2 I2的分流关系取决于入射光点位置到两个信号电极之间的等效电阻 R 1 R_1 R1 R 2 R_2 R2
      在这里插入图片描述

    4. PSD与表面上的光斑强度、分布、对称性和尺寸无关,只与位置有关

    三、光纤传感器

    概述

    1. 数值孔径NA越大,集光能力越强,光纤与光源间耦合会更容易。但NA越大,光信号畸变越大,要选择适当。
    2. “光纤之父”是高锟
    3. 按光纤的折射率不同可以分为阶跃型和渐变
    4. 按光纤的传输模式可以分为单模光纤和多模光纤
    5. 光纤的结构主要由3部分组成,分别是中心(纤芯)外层(包层)护套(尼龙塑料)
    6. 光导纤维的纤芯和包层的折射率不同
    7. 光在光纤中的传播就是基于光的全反射
    8. 当光纤的折射率N1=1.46, N2=1 .45时,如光纤外部介质N0=1,求最大入射角θ的值。
      N A = 1 N 0 N 1 2 − N 2 2 = sin ⁡ θ NA = \frac{1}{N_0} \sqrt{N_1^2-N_2^2} = \sin\theta NA=N01N12N22 =sinθ
      θ = arcsin ⁡ N A \theta = \arcsin NA θ=arcsinNA

    光纤的组成和形式

    1. 光纤传感器由光源、敏感元件(调制器:光纤或非光纤的)、光探测器、信号调理电路以及光纤组成
    2. 功能型光纤传感器中的光纤的作用包括光的传输作用,还可以起到对外界信息的敏感作用
    3. 光纤在非功能型传感器里面仅仅起到一个传光的作用
    4. 光纤的调制形式有强度调制型、相位调制型、偏振调制型、波长调制型、频率调制型
    5. 光纤的频率调制型是基于多普勒效应的
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  • 传感器原理与应用

    千次阅读 多人点赞 2018-12-26 19:12:34
    专门为考试复习准备的传感器原理与应用概念题,有一些章节没有电子版 第一章 概述 1、现代信息技术的三大支柱是传感器技术(信息采集),通信技术(信息传输),计算机技术(信息处理) 2、传感器:是一种能把...

    专门为考试复习准备的传感器原理与应用概念题,有一些章节没有电子版

    第一章 概述

    1、现代信息技术的三大支柱是传感器技术(信息采集),通信技术(信息传输),计算机技术(信息处理)

    2、传感器:是一种能把特定的信息转换成某种可用信号输出的器件和装置

    国标:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置

    3、传感器的组成:敏感元件、转换元件、信号调理和转换电路(辅助电源)

    4、传感器分类:①按工作原理分类:物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器

                            ②按被测量分类:力热流体声光电磁

    5、传感器的发展趋势:新原理、新材料、新工艺、微型化、多功能、集成化、智能化、多源融合、网络化

    6、物联网:物联网就是物物相连的互联网,将各设备按照协议与互联网结合,形成网络交换信息通讯;

    7、传感器是物联网的感官,可感知探测采集获取对象信息,是物联网全面感知的主要部件

     

     

    第二章 传感器的基本特性

    1、传感器的静态特性:指当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,包括线性度、迟滞、最大重复偏差、灵敏度。由漂移和稳定性,分辨率和阈值、精确度等性能指标描述

    2、确定传感器线性度拟合直线的方法:理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合

    3、传感器的线性度表示由于实际传感器有非线性存在,近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差,所以称为线性度,传感器的非线性误差是以一条理想直线作为基准,故即使是同一传感器,基准不同时得出的线性度也不同

    4、传感器动态特性:当输入量随时间变化时讨论传感器的动态特性,是指传感器输出对随时间变化的输入量的响应特性(时间常数t,固有频率W,阻尼系数ξ)

    5、传感器动态特性主要指标:①阶跃响应特性(最大偏移量、迟滞时间、上升时间、巅峰时间、响应时间)

    ②频率响应特性(幅频特性、相频特性、通频带、工作频率、                           固有频率、相位误差、跟随角)

     

     

     

     

     

    第三章 电阻式传感器

    1、电阻应变效应:金属导体的电阻值随它受力所产生随机械形变的大小而发生变化的现象称为电阻应变效应

    2、电阻的灵敏系数:金属应变丝的电阻相对变化与它所受的应变之间的线性关系(Ks)

       应变片灵敏系数小于电阻丝灵敏系数,实际中应变片灵敏系数误差较大,金属丝做成应变片后电阻应变特性会改变

    3、直线电阻丝绕成敏感栅后,圆弧部分使Ks灵敏系数下蒋,此为横向效应,横截面积越大,圆弧部分越小,横向效应越小,所以通过增加应变片两端电阻条的横截面积减小横向效应

    4、应变片测量采取温度补偿措施:温度变化会引起应变片阻值的变化,被测材料与应变片的线膨胀系数不同,使得粘在材料上的应变片与材料的应变不一致而引起测量误差;

    补偿方法:桥路补偿

    5、金属应变片是通过改变丝栅的几何尺寸,电阻率可忽略不计,半导体应变片是基于压阻效应工作的,沿半导体晶轴的应变,使电阻率有很大变化

    金属电阻丝:灵敏系数1.5~2

    半导体:灵敏系数50~100

    半导体应变片电阻率变化不可忽略,但是可以忽略集合变化,金属丝反之

    6、半导体应变片优缺点:工作频率高、体积小、耗电少、灵敏度高、测力范围广、但是温度特性差、工艺复杂

     

     

     

    第四章 电容式传感器

    1、电容传感器类型:①、变面积型:测量范围大,用于测线位移、角位移

                                   ②、变极距型:灵敏度高,用于小位移测量

                                   ③、变介质型:用于液面高度、介质厚度测量

    2、 改善单极式变极距型电容传感器非线性方法:差动结构

    3、高频激励时,要考虑电容和引线电感L,会使传感器有效电容变化,引起灵敏度下降

    4、电容式传感器测量电路:

    ①、交流电桥:电桥两臂为电容,另外两臂是变压器次级绕阻,被测量变化使电容变化,电桥失衡,Uo下降

    ②、二极管双T型:负载电阻上输出电压与电容差为正比,与电源电压幅值和频率有关

    ③、差动脉冲调宽电路:电容充放电使电路输出脉冲宽度随电容容量变化,低通后能得到对应直流信号

    ④、运放式:传感器电容接入运放,作为反馈,在输入恒定交流信号,输出信号电压收反馈电容所控制

    5、差动脉冲调宽电路用于电容式传感器测量电路的特点:适用于任意差动电容传感器,不用解调,检波,对矩形波纯度要求不高

     

     

    第五章 电感式传感器

    1、电感式传感器:利用线圈自感互感变化实现非电量电测的一种装置

    2、电感式传感器分类:自感式、互感式

                                       按照结构分类:变磁阻式、变压器式、涡流式

    特点:结构简单可靠、分辨率高、能测0.1um或更小的机械位移,零漂少、线性度好、输出功率大

    3、

    4、差动变压器式传感器结构和工作原理:主要是由一个线框和一个铁芯组成,在线框上绕有一组初级线圈作为输入线圈(或称一次线圈),在同一线框上另绕两组次级线圈作为输出线圈(或称二次线圈),并在线框中央圆柱孔中放入铁芯,当初级线圈加以适当频率的电压激励时,根据变压器作用原理,在两个次级线圈 中就会产生感应电势,当铁芯向右或向左移动时,在两个次级线圈内所感应的电势一个增加一个减少。如果输出接成反向串联,则传感器的输出电压u等于两个次级线圈的电势差,因为两个次级线圈做得一样,因此,当铁芯在中央位置时,传感器的电压u为0,当铁芯移动时,传感器的输出电压u就随铁芯位移x成线性的增加。如果以适当的方法测量u,就可以得到与x成比例的线性读数。这就是差动变压器式传感器的工作原理。

    特点:灵敏度高、测量范围小、用于测量小型机械位移

    5、差动变压器式传感器零点残余电压的原因以及解决方案:

    ①、两电感线圈的等效参数不对称

    ②、电源电压中含有高次谐波,传感器工作在磁化曲线N4L线性段

    解决方案:减小电源中的谐波成分,减小高次谐波;减小激励电流;设计均匀,几何对称,去除机械应力;采用合适的测量电路,采用补偿电路进行补偿(采用串联电阻减小零他输出的基波分量,并联电阻电容减小零位输出的谐波分量,加上反馈支路减小基波和谐波分量)

    6、电涡流效应:一个块状金属导体在变化的磁场中或者在磁场中切割磁力线运动时,导体内部会产生闭合的电流,称为电涡流。

    7、电涡流效应产生条件:存在交变磁场;导体处于交变磁场中

    8、电涡流效应特性:只存在于金属导体表面的薄层内,涡流分布不均匀,电涡流传感器测量范围和传感器尺寸(线圈直径)有关

    9、电涡流传感器可以测量的物理量:电阻率、磁导率、厚度、线圈与被测物体之间的距离、激励线圈角频率、振动、转速、测温、电涡流探伤(不能测非金属,因为中有金属才能产生电涡流)

     

     

     

     

     

    第六章 磁电、磁敏式传感器、

    1、磁电感应式传感器工作原理:磁电感应式传感器利用导体和磁场发生相对运动时会在导体两端输出感应电动势。导体在磁场中运动切割磁力线,或者通过闭合线圈的磁通量发生变化时,在导体两端或线圈内将产生感应电动势,大小与磁通变化率有关

    2、磁电感应式传感器分类:恒磁通式;变磁通式

    3、说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法:磁电感应式传感器两个基本元件,即永久磁铁和线圈,永久磁铁在使用前需要有稳定性处理,主要是线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用(称为线圈磁场效应)是不能忽略的,需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温度变化较大时传感器温度误差较大,必须加以补偿。

    4、霍尔效应:通电导体(半导体)放在磁场中,电流方向和磁场方向垂直,在导体另外两侧会产生感应电动势。

    5、霍尔元件常用的材料:半导体材料(N型半导体)

    不用金属材料的原因:金属材料电阻小,导致感应电动势(霍尔电动势)较小

    6、霍尔元件不等位电势产生的原因:

    ①、霍尔电极安装位置不正确,不对称或不在同一等电位量上

    ②、半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或使几何尺寸不均匀

    ③、控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布

    7、比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏二极管相同与不同以及各自特点:霍尔元件体积小,外围电路简单,动态特性好,灵敏度高、频带宽;磁敏电阻与霍尔元件同类,磁电转换,而电阻没有判断极性的能力;磁敏二极管用于检测交直流磁场,特别是强弱场

     

     

     

     

     

    第七章 压电元件与超声波传感器

    1、压电效应:某些电介质(晶体),当沿着一定方向施加力形变时,内部会产生极化现象,同时在它的两个表面会产生符号相反的电荷,当外力去掉,又重新恢复为不带电状态。

    2、正压电效应:受到外力,内部极化,相对表面出现异号电荷,外力去掉即恢复不带电。

    3、逆压电效应:当在介质极化的方向施加电场,电介质会产生形变,电场去掉,形变消失

    4、石英晶体和压电陶瓷的压电效应的区别:石英晶体按照特定方向切片后,沿电轴方向的力作用产生的压电效应为“纵向压电效应”,沿机械轴的称为“横向压电效应”,沿光轴不产生;

    压电陶瓷在未处理时不具有压电效应,是非压电体,极化后压电效应明显,具有很高的压电系数

    5、P2T压电陶瓷:具有极高的介电常数

    6、几种压电材料的优缺点:石英晶体和压电陶瓷密度大,质地硬,易碎,不耐冲击,难以加工;压电陶瓷用于高温环境,石英晶体用于有长度和厚度形变的场合;新型高分子压电材料制成的压电薄膜用于冲击较多,小型压电元件

    7、压电传感器不能用于静态测量,只有在测量电路有一定电流,在其上加交变力,电荷得到补充,需要工作频率较高,传感器电荷才能得以补充保存

    8、压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系,它们分别适用于何种应用场合?

    如果按相同极性粘贴,相当两个压电片(电容)串联。输出总电容为单片电容的一半,输出电荷与单片电荷相等,输出电压是单片的两倍;若按不同极性粘贴,相当两个压电片(电容)并联,输出电容为单电容的两倍,极板上电荷量是单片的两倍,但输出电压与单片相等。

    9、电压放大器和电荷放大器本质上有什么不同,特点,适用情况:

    电压放大器本质上是一个阻抗变换电路;

    特点:当输入信号为0,电压放大器输入信号为0,不能测静态物理量;高频响应好,动态特性好,需要高输入阻抗,测量系统对电缆长度变化敏感

    电荷放大器:具有深度负反馈的高增益运放

    特点:输出电压与传感器电荷量成正比,与电容成反比,电缆电容变化不会影响传感器灵敏度,电路复杂,造价高

    10、压电器件高阻抗输出原因:压电式传感器内阻很高,且信号微弱,一般不能直接显示和记录.需进行阻抗变换和信号放大.由于压电传感器产生的电荷量很少,除自身要有极高的绝缘电阻外,同时要求测量电路前极输入也要有足够高的阻抗.要高阻抗输出

    11、超声波:频率高于20KHz的波称为超声波,几千赫兹到几十兆赫兹

    12、超声波在通过两种介质时会发生反射,折射和波形转换

    13、压电式超声波传感器:发射:逆压电效应;接收:压电效应

    常用的超声波传感器探头形式:兼用型传感器:发射和接收元件放在一起

                                                     专用型传感器:发射和接收器件各自独立

    原理:通过定时控制电路,触发逻辑电路放大检波电路数据处理电路,将检测超声波信号变换为有关距离的信号,利用时钟脉冲对发送和接收之间的延迟时间计数,计数值与每个计数脉冲周期时间乘积为超声波传播时间

    14、超声波测厚原理:当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时,脉冲被反射回探头,通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。

     

     

     

     

    第八章 光电效应及光电元件

    1、内光电效应:当光线照射到物体上,使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的现象

    2、外光电效应:物质吸收光子并激发出自由电子的现象

    3、光在半导体中传播时具有衰减现象,即产生光吸收。理想半导体在绝对温度时,价带完全被电子占满,电子不能激发到更高能级,当一定波长的光照到半导体时,电子吸收足够的能量的光子,跃迁产生空穴对

    光电器件:光电管、光电倍增管、光敏电阻

    4、普通光电器件:①、基于外光电效应:光电管、光电倍增管‘

                                 ②、给予内光电效应:光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管、光电池

    用光伏特效应制成的光电器件:光敏二极管、光敏三极管

    5、光敏器件的主要特性和参数:光照特性、光谱特性、温度、伏安、频率特性

    6、亮电阻:受光照时的电阻(0.5~20KΩ)

    暗电阻:无光照时的电阻(0.5~200MΩ)

    7、光敏电阻:受光照时光电导效应使得导电性能增加,电阻下降

    光敏二极管:在电路中处于反向偏置状态,无光时反向电阻大,电流小

    8、反射式光电传感器类型:红外光型、红光型、窄光束型

    特点:安装简便、便于光路对齐,不受被检测物的外观材料等影响

    注意:被检测工件表面要有用于吸收和反射红外光的部位;使用中前端面与被检测物表面要平行;前端面和反光板距离保持在规定范围;电流在2~1-mA

    9、光栅传感器基本原理:根据莫尔条纹原理制成的计量光栅

    10、莫尔条纹:两光栅叠合形成,透光部分叠加,光通过后形成亮带;不透光部分叠加,光线无法透过,形成暗带

    特点:莫尔条纹间距对光栅栅距有放大作用;对光栅栅距局部误差有误差平均效应,能提高测量精度

     

     

     

     

     

    第九章 新型光敏传感器

     

    第十章 半导体式化学传感器

    1、半导体气敏传感器:把气体中的特定成分检测出来,并将成分参量变换为电信号的器件和装置

    2、半导体气敏传感器基本类型:电阻型、非电阻型

    3、工作原理:利用半导体表面因为吸附气体引起半导体元件电阻变换

    4、电阻型半导体气敏传感器在高温状态工作的原因:加速气体吸附和氧化还原反应,提高灵敏度和响应速度,烧掉附着在传感器原件表面上的油雾、尘埃

    5、非电阻型半导体气敏传感器类型:MOS二极管气敏元件;MOSFET气敏元件;肖特基二极管气敏元件

    6、绝对湿度:单位体积空气含有的水汽的质量

    7、相对湿度:被测气体中,实际所含水汽蒸汽压和该气体在同温度下饱和水蒸气压的百分比

    8、露点:空气中的水气分压与同温度下水的饱和气压相等时的温度,此时可能形成露珠

    9、湿敏传感器种类:氧化全部都是湿敏电阻,半导体陶瓷湿敏电阻

    参数:湿度量程;感温特性曲线;灵敏度

     

    第十二章 热点式传感器

     

    第十三章 生物传感器

    1、生物传感器:是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器

    组成:分子识别部分;转换部分

    特点:专一性强;分析速度快;准确度高;操作简单;成本低

     

     

    第十四章 集成智能传感器

     

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      传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
      应用:
      1、传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
      2、在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。
      3、在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。
      传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
      敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。
      传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。
      传感器MPX5100DP的参数
      标准包装:400
      类别:传感器,变送器
      家庭:压力传感器,变送器
      系列:MPX5100
      压力类型:差分
      工作压力:14.5 PSI
      端口尺寸:公型,0.194"(4.9276mm)双管
      输出:0.2 V ~ 4.7 V
      精度:±2.5%
      电压 - 电源:4.75 V ~ 5.25 V
      端子类型:PCB
      工作温度:-40°C ~ 125°C
      封装/外壳:6-SIP 模块
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