第3章常用传感器的工作原理PPT资料.ppt
- 文档编号:14012953
- 上传时间:2022-10-16
- 格式:PPT
- 页数:291
- 大小:5.26MB
第3章常用传感器的工作原理PPT资料.ppt
《第3章常用传感器的工作原理PPT资料.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章常用传感器的工作原理PPT资料.ppt(291页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
由式(3-127)可知,对于材料和尺寸确定的元件,KH保持常数,霍尔电势UH仅与IB的乘积成正比。
利用这一特性,在恒定电流之下可用来测量磁感应强度B;
反之,在恒定的磁场之下,也可以用来测量电流I。
当KH和B恒定时,I愈大,UH愈大。
同样,当KH和I恒定时,B愈大,UH也愈大。
当磁场改变方向时,UH也改变方向。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,当磁场方向不垂直于元件平面,而是与元件平面的法线成一角度时,实际作用于元件上的有效磁场是其法线方向的分量,即,这时霍尔元件的输出为,霍尔元件型号命名方法如图3.109所示。
下页,上页,返回,
(2)霍尔元件的材料及结构霍尔元件的结构很简单,它由霍尔片、引线和壳体三部分构成(如图3.110所示)。
霍尔片是一块矩形半导体薄片,在它的四个端面引出四根引线,其中引线1和3为激励电压或电流引线,称为激励电极。
引线2和4为霍尔电势输出引线,称为霍尔电极。
霍尔元件的等效电路如图3.111a所示。
在电路中的霍尔元件有两种符号表示方法,如图3.111b所示。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,(3)霍尔元件的技术参数霍尔元件的主要技术参数有:
1)输入电阻Ri2)输出电阻Ro3)最大激励电流IM4)灵敏度KH5)最大磁感应强度BM6)不等位电势7)霍尔电势温度系数8)常用霍尔元件及参数,下页,上页,返回,(4)霍尔元件的温度补偿和不等位电势补偿1)温度补偿图3.112所示为各种不同材料的内阻与温度的关系。
下页,上页,返回,图3.113所示为各种不同材料的霍尔输出电势随温度变化的情况。
下页,上页,返回,为了减少由温度变化所引起的温差电势对霍尔元件输出的影响,可根据不同情况,采取一些不同的补偿方法。
恒流源补偿,下页,上页,返回,利用输出回路的负载进行补偿,下页,上页,返回,2)不等位电势补偿不等位电势的产生,会使霍尔元件或传感器在使用中产生零位误差。
所以在高精度测量中,都采用不等位电势补偿的方法来尽量排除它对霍尔输出的影响。
下页,上页,返回,霍尔元件的等效电路,当两电极不在同一等位面上时(如r1r2),则电桥失去平衡,U0=0,此时就需进行补偿,其补偿电路如图3.117所示。
下页,上页,返回,(5)霍尔元件的基本测量电路图3.118中示出了霍尔元件的基本测量电路。
为了获得较大的霍尔输出,可采用输出叠加的连接方式(如图3.119所示)。
图3.119(a)为直流供电情况,图3.119(b)为交流供电情况。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,(6)霍尔元件使用注意事项1)驱动方式霍尔元件的驱动方式有恒压和恒流两种,其电路如图3.120所示。
2)散热3)安装安装应坚实牢固;
不可有扭曲现象。
下页,上页,返回,3.9.2霍尔集成传感器,由霍尔元件及有关电路组成的传感器称为霍尔传感器。
随着微电子技术的发展,目前霍尔传感器都已集成化,即把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源或恒流电源等集成在一个芯片上,由于其外形与集成电路相同,故又称霍尔集成电路。
(1)霍尔集成传感器分类霍尔传感器的霍尔材料仍以半导体硅作为主要材料,按其输出信号的形式可分为线性型和开关型两种。
下页,上页,返回,
(2)线性型霍尔集成传感器线性型霍尔集成传感器是将霍尔元件和恒流源,线性放大器等做在同一芯片上,输出电压较高,使用非常方便。
例如:
UGN3501M是具有双端差动输出特性的线性霍尔器件,UGN3501M的外形、内部电路框图如图3.121,下页,上页,返回,(3)开关型霍尔集成传感器开关型霍尔集成传感器是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门等电路做在同一芯片上。
例:
开关型霍尔集成电路UGN3019,其外型与内部电路框图如图3.123所示。
下页,上页,返回,3.9.3霍尔传感器的应用,下页,上页,霍尔元件及霍尔传感器的应用十分广泛。
在测量领域,可用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等;
在通信领域,可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频以及微波功率测量等;
在自动化技术领域,可用于无刷直流电机、速度传感、位置传感、自动记数、接近开关、霍尔自整角机构成的伺服系统和自动电力拖动系统等。
返回,
(1)简易高斯计霍尔元件及传感器广泛用于磁场测量。
图3.124为一个简易高斯计电路,它直接采用线性型霍尔传感器UGN-3501M。
下页,上页,返回,
(2)计数装置图3.125是一个应用霍尔传感器对钢球进行计数的装置及电路。
下页,上页,返回,(3)霍尔接近开关利用开关型霍尔集成电路制作的接近开关具有结构简单、抗干扰能力强的特点,如图3.126所示。
下页,上页,返回,(4)霍尔转速表霍尔转速表如图3.127所示。
下页,上页,返回,(5)角位移测量仪角位移测量仪其结构如图3.128中所示。
下页,上页,返回,(6)汽车霍尔点火器图3.129是霍尔电子点火器结构示意图。
下页,上页,返回,图130所示为霍尔电子点火器原理图。
下页,上页,返回,(7)纱线定长和自停装置图3.131所示为利用霍尔开关的纱线定长和自停装置的电路图。
图中霍尔元件H1和H2分别作为断线和定长的检测元件。
它们的实际安装位置如图3.132中所示。
该装置同样适用于毛线、制线、化纤、丝线等线状生产机械的定长或断头自停装置。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,下页,上页,返回,3.10光纤传感器,3.10.1光纤传感器的组成3.10.2光纤传感器的分类3.10.3光纤传感器的工作原理3.10.4光纤传感器的实际应用,下页,上页,返回,3.10.1光纤传感器的组成,光纤传感器(FOSFiberOpticalSensor)是基于光导纤维的新型传感器光纤传感器系统包括了光源、光纤、传感头、光探测器和信号处理电路等5个部分。
光源相当于一个信号源,负责信号的发射;
光纤是传输媒质,负责信号的传输;
传感头感知外界信息,相当于调制器;
光探测器负责信号转换,将光纤送来的光信号转换成电信号;
信号处理电路的功能是还原外界信息,相当于解调器。
下页,上页,返回,3.10.2光纤传感器的分类,光纤传感器按照光纤在传感器中的作用分为功能型(或称传感型、探测型)和非功能型(或称传光型、结构型、强度型、混合型)两种类型。
下页,上页,返回,3.10.3光纤传感器的工作原理,下页,上页,返回,
(1)光纤传感器的基本原理光纤传感器的基本原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的光学性质,如光的强度、波长(颜色)、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的信号光,再经光纤送入光敏器件、解调器而获得被测参数。
(2)强度调制光纤传感器如图3.134所示为强度调制型光纤传感器的一般形式。
其工作原理是:
光源发射的光经入射光纤传输到传感头,经传感头把光反射到出射光纤,通过出射光纤传输到光电接收器。
下页,上页,返回,(3)频率调制光纤传感器频率调制并不以改变光纤的特性来实现调制,光纤往往只是作为传输光信号的介质而非敏感元件。
光纤传感器中的频率调制就是利用外界因素改变光纤中光的频率,通过测量光的频率的变化来测量外界被测参数。
下页,上页,返回,图3.135为一个典型的光纤多普勒流速系统。
下页,上页,返回,(4)波长(颜色)调制光纤传感器光纤传感器的波长调制就是利用外界因素改变光纤中光能量的波长分布或者说光谱分布,通过检测光谱分布来测量被测参数,由于波长与颜色直接相关,所以波长调制也叫颜色调制,其原理如图3.136所示。
下页,上页,返回,(5)相位调制光纤传感器相位调制光纤传感器的原理是:
通过被测能量场的作用,使光纤内传播的光波相位发生变化,再利用干涉测量技术把相位变化转换为光强度变化,从而检测出待测的物理量。
(6)偏振态调制光纤传感器偏振态调制光纤传感器的原理是利用外界因素改变光的偏振特性,通过检测光的偏振态的变化来检测各种物理量。
下页,上页,返回,3.10.4光纤传感器的实际应用,下页,上页,返回,利用光纤传感器的调制机理、光纤导光及调制方式可以制备出各种光纤传感器,比如光纤压力传感器、光纤温度传感器、光纤声传感器和光纤图像传感器等。
(1)光纤压力传感器利用压力使光纤变形,进而影响光纤中传输光的强度,构成了强度型光纤压力传感器。
图3.137是这种传感器的原理图。
下页,上页,返回,
(2)压力或温度的相位调制型光纤传感器由于光的频率很高,光电探测器不能跟踪以这样高的频率进行变化的瞬时值,光波的相位变化无法直接被检测到的,为此,应用光学干涉测量技术将相位调制转换成振幅(强度)调制。
利用马赫-泽德干涉仪测量压力或温度的相位调制型光纤传感器组成原理图如图3.138所示。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,(3)光纤声传感器光纤声传感器传感头结构如图3.140所示,光纤传感头是两个半圆塑料筒用弹簧连接而成的圆筒,直径6cm和5cm,5m长的光纤绕在圆筒上。
系统框图如图3.141所示。
下页,上页,返回,下页,上页,返回,(4)光纤图像传感器光纤图像传感器是采用传像束来完成的。
传像束由数目众多的玻璃光纤按一定规则整齐排列而成。
在工业生产过程中,常用工业用内窥镜来检查系统内部结构,它采用光纤图像传感器,将探头放入系统内部,通过光束的传输可以在系统外部观察、监视系统内部情况,其原理如图3.142所示,下页,上页,返回,下页,上页,返回,(5)光纤液位传感器图3.143所示为基于全内反射原理制成的光纤液位传感器。
给出了光纤液位传感器的三种结构形式。
下页,上页,返回,3.11超声波传感器,3.11.1超声检测的物理基础3.11.2超声波传感器原理与结构3.11.3超声波传感器基本应用电路,下页,上页,返回,3.11.1超声检测的物理基础,波是振动在弹性介质中的传播。
通常把振动频率在16Hz以下机械波称为次声波,振动频率在1620kHz之间机械波称为声波,振动频率20kHz以上的机械波称为超声波。
当超声波由一种介质入射到另一种介质时,由于在两种介绍中的传播速度不同,在异质界面上将会产生反射、折射和波型转换等现象,下面分别给予介绍。
下页,上页,返回,
(1)波的反射和折射,下页,上页,返回,
(2)超声波的波型及其转换当声源在介质中的施力方向与波在介质中的传播方向不同时,声波的波形也有所不同。
质点振动方向与传播方向一致的波称为纵波;
质点振动方向与传播方向垂直的波称为横波;
质点振动介于纵波和横波之间,沿表面进行传播的波型称为表面波;
根据介质厚度与波
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 常用 传感器 工作 原理