传感器课程作业

1、制作者：李丹学 号：20141569目 录一、压电传感器的应用二、磁电传感器的应用三、光电传感器的应用四、无线传感器的应用应用于医学加速度式心音传感器：将声信号转换为电信号心音：是一种生物机械振动现象，随着心脏的收缩和舒张，造成瓣膜的迅速打开或关闭，从而形成了由血流湍流引起的振动，脉管中血流的加速和减速也会造成血管的振动，这些振动传到胸腔表面就是心音。这些声音的频率范围一般都在20200Hz以内加速度型心音传感器l这类传感器的结构形式很多，均根据惯性原理来测量振动或者加速度，采用压电元件是常用的一种方法。l结构上由（质量块，弹簧，外壳构成的振动系统）+（压电元件）两部分构成。为获得合适的阻尼，

2、壳体内充硅油和橡胶。硬弹簧和质量块一起向压电片施加静态预压缩载荷，它要远大于测量中可能承受的最大动应力。l当传感器向上运动时，质量块产生的惯性力使压电元件上的压力增加；反之，则压力减小。压电元件将惯性质量的位移或振动加速度转换成电量来实现测量。测量心音是一种典型的应用。应用于工业 l当交变信号加在压电陶瓷片两端面时，由于压电陶瓷的逆压电效应，陶瓷片会在电极方向产生周期性的伸长和缩短 。压电陶瓷换能器结构图一、一、压电式声传感器压电式声传感器当一定频率的声频信号加在换能器上时，换能器上的压电陶瓷片受到外力作用而产生压缩变形，由于压电陶瓷的正压电效应，压电陶瓷上将出现充、放电现象，即将声频信号转换

3、成了交变电信号。这时的声传感器就是声频信号接收器。l如果换能器中压电陶瓷的振荡频率在超声波范围，则其发射或接收的声频信号即为超声波，这样的换能器称为压电压电超声换能器。超声换能器。l如果地面下一均匀的自来水直管道某处如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏发生漏水，水漏引起的振动从引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或或LB。两者时间差为又L=LA +LB ，所

4、以22vtLLvtLLBA三、压电声传感器在超声速测量实验中的应用l超声速测量实验装置当信号发生器产生的正弦交流信号加在压电陶瓷片两端面时，压电陶瓷片将产生机械振动，在空气中激发出声波。所以，换能器S1是声频信号发生器。l当S发出的声波信号经过空气传播到达换能器S2时，空气振动产生的压力作用在S2的压电陶瓷片上使之出现充、放电现象，在示波器上就能检测出该交变信号。所以，换能器S2是声频信号接收器。四、压电式爆震传感器l爆震传感器：安装在发动机的缸体上一般在二缸的外围，用于更好控制发动机的爆震燃烧。压电式爆震传感器l输出特性：输出特性：lECU根据爆震信号超过基准值的次数来判定爆震强度，其次数越

5、多，爆震强度越大；次数越少，则爆震强度越小。用于交通运输 在车辆行驶称重中的应用 压电传感技术与网络技术和视频技术相结合可以实现对车轴数、车速、轴距、行驶中车辆载重量的信息进行收集并加以分析，从而在智能交通系统中发挥重大作用。如美国MSI公司研究开发的共聚物压电轴传感器，可获取精确的速度信号、触发信号和分类信息及长期反馈交通信息统计数据。巴西、德国、日本和韩国在压电检测的车辆行驶中称重功能方面也有大量的应用。 具体事例如下：选自科技咨询 压电传感器在车辆行驶称重中的应用探讨 武汉城市职业学院 张力车辆行驶称重原理压电传感器包括两大类,类传感器适用于行驶车辆称重 类传感器适宜车辆的计数、车速探测

6、、十字路红灯路口拍照等。称重检测结构由压电传感器线圈压电传感器组成,沿着车流的方向,其排列顺序为类压电传感器、线圈、类压电传感器。类压电传感器用于测量车重,线圈信号可以判断是否为同一辆车;而类与类压电传感器相结合,可以对车辆的车速、车轴数以及轴距进行准确的测量。用于航空和航海 由Sigma 研究公司研制而成的“便携式自动远程检查系统”，简称PARIS，专门为对大面积层状结构或复合结构进行原位检查而设计。其关键元件是一个200mm200mm的可变形PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜，其中含有1024 个换能器。这种膜的柔韧性很好，能够与曲率半径为4的弯曲表面完全贴合。与它相连的装置还有一个手提控制器

7、、数据采样器和显示装置等。这种接收器的总信噪比达100dB，中心频率为2.5MHz。 选自：江苏理工大学学报 PVDF压电薄膜的应用进展 徐红星目 录一、压电传感器的应用二、磁电传感器的应用三、光电传感器的应用四、无线传感器的应用l麦克斯韦电磁场理论l 变化的磁场在周围空间产生电场，当闭合回路导体处在此电场中时，导体中的自由电子在电场力作用下作定向移动而产生感应电流；如果不是闭合回路，则导体中自由电子的定向移动使断开处两端积累正、负电荷而产生感应电动势。 被测量 电信号分类：磁电感应式、霍尔式和磁敏式磁电式相对速度计图片1-顶杆顶杆 2,5-弹簧片弹簧片 3-磁铁磁铁 4-线圈线圈 6-引出线

8、引出线 7-外壳外壳 测量时，壳体固定在一个试件上，顶杆顶住另一试件，则线圈在磁场中运动速度就是两试件的相对速度。速度计的输出电压与两试件的相对速度成正比。相对式速度计可测量的最低频率接近于零。磁电式扭矩传感器 在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘， 它们旁边装有相应的两个磁电传感器。 当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中感应出交流电压，其频率等于圆盘上齿数与转数乘积。 当扭矩作用在扭转轴上时，两个磁电传感器输出的感应电压u1和u2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号。霍尔转速表

9、60 22fn 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。确定被测物的转速。S SN N线性霍尔线性霍尔磁铁磁铁霍尔转速表原理霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件

10、，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。大小。带有微带有微型磁铁型磁铁的霍尔的霍尔传感器传感器钢质钢质霍尔霍尔霍尔转速表的安装方法霍尔转速表的安装方法 只要黑色金属

11、旋转体的表面存在缺口或突起，就可产只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。信号。 霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁霍尔电流传感器 将被测电流的导将被测电流的导线穿过霍尔电流传感线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电器的检测孔。当有电流通过导线时，在导流通过导线时，在导线周围将产生磁场，线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍生与电流成正比的霍尔电压。尔电压。霍尔电流传感器演示霍尔电流传感

12、器演示铁心铁心 线性霍尔线性霍尔IC EH=KH I0B霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌压舌豁口豁口霍尔钳形电流表的使用霍尔钳形电流表的使用 叉形叉形钳形表钳形表漏磁稍大，漏磁稍大，但使用方便但使用方便 用用钳形表测量钳形表测量 电动机的相电流电动机的相电流目 录一、压电传感器的应用二、磁电传感器的应用三、光电传感器的应用四、无线传感器的应用红外线辐射温度计红外线辐射温度计 红外辐射温度计既可用于高温测量，红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐辐射温度计的发展趋势。市售的

13、红外辐射温度计的温度范围可以从射温度计的温度范围可以从- -303030003000，中间分成若干个不同的规，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅用激光仅用于瞄准于瞄准红外线辐射温度计的应用红外线辐射温度计的应用利用红色激光瞄准被测利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）物（冷藏牛奶和面食）红外线辐射温度计的应用红外线辐射温度计的应用利用红色激光瞄准被利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花测物（电控柜、天花板内的布线层）板内的布线层）温度采集温度采集系统系统比色式温度传感器比色式温度传感器 比色式温度传

14、感器采用比色式（双波比色式温度传感器采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准璃影响，能瞄准 , ,测量小目标，可不考虑测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。调焦就可准确测量。 比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如 : :烟雾、水蒸气、灰尘烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的

15、钢铁、焦化和炉窑等应用现场。比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电传感器在人体检测、报警中的应用 热释电元件在红外线检测中得到广泛热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。动灯的控制等。 热释电元件外形热释电元件外形 热释电传感器简介热释电传感器简介 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在输出电信号的传感器。早在1938年

16、，有人提出过利用热释电效年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观

17、看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等的活动等等 热释电传感器应用热释电传感器应用 热释电传热释电传感器用于自动感器用于自动亮灯，当然也亮灯，当然也可以用于防盗可以用于防盗热释电传感器热释电传感器的感应范围的感应范围热释电感应灯热释电感应灯热释电热释电传感器传感器热释电传感器在智能空调中的应用热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测智能空调能检测出屋内是否有人，微出屋内是否有人，微处理器据此自动调节处理器据此自动

18、调节空调的出风量，以达空调的出风量，以达到节能的目的。到节能的目的。 空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。人，以及人是静止着还是走动着。上下范围上下范围左右范围左右范围 烟雾报警器外形烟雾报警器外形 无烟雾时，光敏元件无烟雾时，光敏元件接收到接收到LED发射的恒定红发射的恒定红外光。而在火灾发生时，外光。而在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极部分红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀管的输出信

19、号减弱，经阀值判断电路后，发出报警值判断电路后，发出报警信号。信号。 烟雾烟雾报警报警光电自动门光电自动门自动门光电传感器自动门光电传感器有效检测区域有效检测区域目 录一、压电传感器的应用二、磁电传感器的应用三、光电传感器的应用四、无线传感器的应用任务管理中心任务管理中心 汇聚节点汇聚节点什么是无线传感器网络？什么是无线传感器网络？监测区域监测区域传感器节点传感器节点 传感器网络传感器网络战场评估战场评估 生活习性监测生活习性监测 地震监测地震监测 深海监控深海监控 医疗状况监控医疗状况监控 目标跟踪和检测目标跟踪和检测小区安全监控小区安全监控 精细农业精细农业 森林火灾监控森林火灾监控l 无

20、线传感网络为解决医院病房巡检的自动化和无人管理提供了一种崭新的思路，同时也解决了传统病房巡检的不足：比如l 病历卡管理复杂，记录不便；l 医生护士定时查房，耗费人力资源；l 需要人工测量病人的多个常规项目；l 病人外出病房活动时，无法及时通知。l 无线传感网络系统与各种无线有线的网络设备(例如中心服务器和数据库)以及各种普适设备(例如智能PDA)互联并通信，完成病房电子巡检的功能。无线传感器网络应用举例无线传感器网络应用举例医院病房电子巡检医院病房电子巡检 l 在病房内部布置一定数量的传感器节点，这些节点可以实时监测病房内的温度、光度等环境信息，同时，在病人身上安装射频传感标签，能够实时采集连

21、续的生命数据，如病人体温、血压、脉搏等，还能实现病人的物理定位。射频标签将采集的数据借助于传感网络的多跳路由，实时传递给监控中心或医生的手持PDA。 无线传感器网络应用举例无线传感器网络应用举例医院病房电子巡检医院病房电子巡检 在病人身上安装带在病人身上安装带有射频标签的微型有射频标签的微型无线传感器，动态无线传感器，动态感知病人信息。感知病人信息。无线传感器网络应用举例无线传感器网络应用举例医院病房电子巡检医院病房电子巡检 病房外的医生病房外的医生携带携带PDAPDA等通等通讯设施讯设施无线传感器网络应用举例无线传感器网络应用举例医院病房电子巡检医院病房电子巡检 得知病人病情后，得知病人病情后，医生将通知值勤护医生将通知值勤护士或者急救人员前士或者急救人员前往病房救助往病房救助l l 农业的发展趋势是规模化、集约化种植，数字化农业的推广势在必行。如何省时省力有效管理好广大区域的农作物信息，是一个迫切需要解决的问题。无线传感器网络为解决这个问题提供了现代科技手段。这里显示的是一幅部署了无线传感器网络