测试技术课件2常用传感器2光电光纤半导体声红外激光概要

1、测试技术课件2常用传感器2光电光纤半导体声红外激光概要测试技术课件2常用传感器2光电光纤半导体声红外激光概要第二章 常用传感器2.5 光电传感器 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 2、内光电效应 半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应 。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管1、外光电效应 在光照作用下物体内的电子从物体表面逸出的现象 。光电管、光电倍增管第二章 常用传感器2.5 光电传感器 光电传感器通常是2.5 光电传感器2

2、.5 光电传感器2.5 光电传感器照相机自动测光光控灯工业控制2.5 光电传感器照相机自动测光2.5 光电传感器光电池 光生伏打效应指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏打器件。+-PN3、光生伏打效应 2.5 光电传感器光电池 光生伏打效应指半导体2.5 光电传感器应用 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、反射式四种基本形式。 辐射式：光源本身是被测物，其能量辐射到光电元件上 吸收式：恒光源所辐射的光穿过被测物，部分被吸收，而后到达光电元件上 遮光式：恒光源所辐射的光遇到被测物，部分被遮挡，而后到达光电元件上 反射式

3、：恒光源所辐射的光照到被测物，由被测物反射到达光电元件上2.5 光电传感器应用 光电传感器在工业上的应用可归纳2.5 光电传感器2.5 光电传感器2.5 光电传感器亮度传感器： 通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。2.5 光电传感器亮度传感器：相机测距反射式光电传感器2.5 光电传感器相机测距反射式光电传感器2.5 光电传感器第二章 常用传感器2.6 光纤传感器 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。 一、物性型光纤传感器第二章 常用传感器2.6 光纤传感器 物性型光纤传感2.6 光纤

4、传感器光纤流速传感器2.6 光纤传感器光纤流速传感器2.6 光纤传感器 结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。二、结构型光纤传感器2.6 光纤传感器 结构型光纤传感器是由光检测2.6 光纤传感器光纤检测型光电传感器 作业件检测颜色检测2.6 光纤传感器光纤检测型光电传感器 作业件检测颜第二章 常用传感器一、磁敏传感器霍尔元件 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 2.7 半导体传感器 第二章 常用传感器一、磁敏传感器霍尔元

5、件 金属或2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器电流传感器： 当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。 2.7 半导体传感器电流传感器： 2.7 半导体传感器铁磁材料裂纹检测： NS2.7 半导体传感器铁磁材料裂纹检测： NS2.7 半导体传感器汽车速度测量:2.7 半导体传感器汽车速度测量:2.7 半导体传感器二、热敏传感器热敏电阻 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。 RT2.7 半导体传感器二、热

6、敏传感器热敏电阻 2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器产品2.7 半导体传感器产品2.7 半导体传感器温控器应用汽车发动机传感器水温感应塞还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等2.7 半导体传感器温控器应用汽车发动机传感器水温感应塞还广2.7 半导体传感器三、气敏传感器 气体与人类日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。 如生活环境中一氧化碳浓度达0.81.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还有易燃、易爆气体、酒精等的探测。烟雾报警器酒精传感器二氧

7、化碳传感器2.7 半导体传感器三、气敏传感器 气体与人类日常生活2.7 半导体传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。 2.7 半导体传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器2.7 半导体传感器 2.7 半导体传感器 2.7 半导体传感器 实验室中的传感器2.7 半导体传感器 实验室中的传感器2.7 半导体传感器燃气报警器 烟雾报警器2.7 半导体传感器燃气报警器 烟雾报警器2.7 半导体传感器 酒精传感器2.7 半导体传感器 酒精传

8、感器四、湿敏传感器 半导体湿度传感器：湿敏半导体材料多为金属氧化物材料，一般为多孔结构的多晶体。典型的有四氧化三铁（Fe3O4）、铬酸镁-二氧化钛（MgCr2-TiO2）、五氧化二钒-二氧化钛（V2O5-TiO2）、羟基磷灰石（Cd10(PO4)6(OH)2）、及氧化锌-三氧化二铬（ZnOCr2O3）等。其中Fe3O4多制成胶体湿敏元件。2.7 半导体传感器四、湿敏传感器 半导体湿度传感器：湿敏半导体材料多为金第二章 常用传感器与敏感元件2.8 其它类型的传感器 一、热辐射检测传感器 绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依赖于物体温度(K)。应用： 冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过程中都涉及

9、到动态温度场的检测问题。第二章 常用传感器与敏感元件2.8 其它类型的传感器 一、热2.8 其他类型的传感器二、声发射检测传感器 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射。各种材料声发射频率范围很宽，从次声、声频到超声。多数金属的声发射频带在超声范围内。2.8 其他类型的传感器二、声发射检测传感器 2.8 其他类型的传感器案例：材料断裂等结构监测2.8 其他类型的传感器案例：材料断裂等结构监测2.8 其他类型的传感器1、声波及其分类（1）次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。（2）声波：振动频率在16Hz20KHz之间的机械波。（3）超声波：高于20KH

10、z的机械波。2、超声波的物理性质 超声波与声波比，振动频率高，波长短，具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的声波，并具有很高的穿透能力。 三、超声波传感器 2.8 其他类型的传感器1、声波及其分类（1）次声波：振动频2.8 其他类型的传感器3、超声波传感器原理（1）超声波发射原理：把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。（2）接收原理：当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，线圈产生感应电势输出。 2.8 其他类型的传感器3、超声波传感器原理（1）超声波发射2.8 其他类型的传感器4、产品：超声波传感器对2.8 其他类型的传感器4、产品：超声波传感

11、器对2.8 其他类型的传感器5、超声波传感器应用超声波探伤/测距/测物案例1：输油管检测检测机器人2.8 其他类型的传感器5、超声波传感器应用超声波探伤/2.8 其他类型的传感器案例2：倒车雷达 2.8 其他类型的传感器案例2：倒车雷达 2.8 其他类型的传感器 案例3：鱼群探测器 2.8 其他类型的传感器 2.8 其他类型的传感器四、生物传感器 热/光电量微生物/酶等敏感元件 生物传感器与其它传感器是检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同,生物传感器分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。2.8 其他类型的传感器四、生物传感器 热/光电量微生物/酶2.8 其他类型的

12、传感器2、环境监测3、医学应用领域1、发酵工业（食品）2.8 其他类型的传感器2、环境监测3、医学应用领域1、发酵2.8 其他类型的传感器血糖乳酸测定流程体育上耐力训练2.8 其他类型的传感器血糖乳酸测定流程体育上耐力训练2.8 其他类型的传感器德国研发的环境废水BOD分析仪2.8 其他类型的传感器德国研发的环境废水BOD分析仪2.8 其他类型的传感器手掌型葡萄糖(glucose)分析仪2.8 其他类型的传感器手掌型葡萄糖(glucose)分析仪2.8 其他类型的传感器工厂发酵车间化验员正在分析样品发酵工厂谷氨酸葡萄糖分析2.8 其他类型的传感器工厂发酵车间化验发酵工厂谷氨酸葡萄2.8 其他类

13、型的传感器五、红外测试系统 红外辐射又称红外线（光），指太阳光中波长比红光长的那部分不可见光。任何物体，当其温度高于绝对零度（-273.150C）时，都会向外辐射电磁波。物体的温度越高，辐射的能量越多 红外探测器是将辐射能转换成电能的一种传感器。按其工作原理可分为热探测器和光子探测器。2.8 其他类型的传感器五、红外测试系统 产品光子探测器热探测器热探测器产品光子探测器热探测器热探测器2.8 其他类型的传感器六、激光测试传感器 激光具有很好的单色性、方向性、相干性以及随时间、空间的可聚焦性。无论在测量精度和测量范围上它都具有明显的优越性，目前在测量领域里已得到广泛应用。 利用激光良好的相干性，

14、可直接进行各种物理量的检测，如测量长度、位移、速度、转速、振动、流量以及表面形状、形变等参量。20世纪60年代末，基于激光的干涉特性发展又起来了激光全息成像技术，应用领域更进一步扩大了。2.8 其他类型的传感器六、激光测试传感器 2.8 其他类型的传感器特点： 非接触、不易划伤表面、结构简单、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高。精度：取决于光学元件本身的精度、环境温度、激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面特征等因素。2.8 其他类型的传感器特点： 非接触、不易划伤表面、结构简2.8 其他类型的传感器应用CD光盘磁头行程的测量PC机集成电路板焊点材料厚度的测量硅晶片的厚度

15、测量销钉穿刺及定位的测量2.8 其他类型的传感器应用CD光盘磁头行程的测量PC机集成第二章 常用传感器与敏感元件2.9 传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题：（1）灵敏度过高引起的干扰问题；（2）量程范围；（3）交叉灵敏度问题。第二章 常用传感器与敏感元件2.9 传感器选用原则 2.9 传感器选用原则2、响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。

16、3、线性范围 任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 2.9 传感器选用原则2、响应特性 传感器的响应特性2.9 传感器选用原则4、可靠性 可靠性是指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。应严格规定使用条件，尽量减轻使用条件的不良影响。5、精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量真值一致的程度。经济性：定性或定量；精确度要求高或要求低。 6、测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。2.9 传感器选用原则4、可靠性 可靠性是指课堂练习： 压电加速度计的固有电容为Ca，电缆电容为Cc，输出电压灵敏度 Se=e0/a(a为输入加速度)，输出电荷灵敏度Sq=q/a。 (a) 试推导电压灵敏度