第四章传感器

第四章常用传感器第一节传感器概述

一传感器定义能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。

目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。物理量电量二传感器的工作机理传感器的工作机理是基于各种物理学、化学学、生物学的现象和效应，并受相应的定律和法则所支配，来进行能量形式的变换。被测量和它们之间的能量的相互转换是各种各样的。机械能光能电磁能化学能热能作为传感器工作物理基础的基本定律有：1）守恒定律。包括能量、动量、电荷量等守恒定律。2）场的定律。包括动力场的运动定律，电磁场的感应定律等。3）物质定律。表示各种物质本身内在性质的定律（欧姆定律等）4）统计定律。是把微观与宏观联系起来的物理法则。三传感器的构成

传感器一般由敏感器件与辅助器件（变换元件与信号调理电路）组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。

dV图4-3传感器组成框图敏感元件变换元件辅助电源信号调理电路被测量电信号非电量电参量

四传感器的分类

(1)按被测物理量分类:(2)按变换原理分类:(3)按信号变换特征:(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:位移,力,温度等.电阻式,电感式,光电式,压电式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.表1基本被测量和派生被测量基本被测量派生被测量位移线位移长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度角位移旋转角、偏转角、角振动速度线速度速度、振动、流量、动量角速度转速、角振动加速度线加速度振动、冲击、质量角加速度角振动、扭矩、转动惯量力压力重量、应力、力矩时间频率周期、计数、统计分布温度热容量、气体速度、涡流光光通量与密度、光譜分布湿度水气、水分、露点A物性型与结构型传感器物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.例如:水银温度计,压电测力计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.B能量转换型和能量控制型传感器能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作.

例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.

例如:电阻应变片.第二节电阻式传感器

概述

电阻式传感器是将被测量转换成电阻变化量，再通过中间变换电路将电阻变化变换为电压或电流进行测量的装置。电阻式传感器按工作原理可分为：滑动变阻器（电位器）式、电阻应变片式（弹性电阻式）、热敏电阻式、磁敏电阻式、气敏电阻式等。

滑动变阻器式传感器工作原理

变阻器式传感器实际是精密线绕电位器，通过

改变电位器触头位置将位移转换为电阻变化。

其中，：电阻率；

l：导体长度；

A：导体横截面积。显然，若导体材质和截面积A一定，其阻值随导线长度l而线性变化。

导体电阻公式：（）

直线位移型

如图，当改变触点

C的位置时，AC间

电阻值：

kl：单位长度内的电阻值。当导线均匀分布时，输出（电阻）与输入（位移）成线性关系。

传感器灵敏度：（/m）xCxABCR

角位移型

（/rad）

：

角位移；k：单位弧度对应

的电阻值。传感器灵敏度：

非线性型

分辨率（力）：电位器总匝数的倒数。如：1000匝直线型线绕电位器，分辨率为0.1%，即该电位器仅能检测到它的总量程1/1000以上的位移量。

线性度：由于电阻丝本身的不均匀性或间隔的不均匀导致阶梯特性，增加了传感器的非线性性。

使用时应注意的特性参数：测量电路、负载误差

测量电路

对于后接电阻分压电路的变阻器式传感器：u0xpxRLuy其中：

R0：变阻器总电阻

Rx：x段的电阻。

令，对直线位移型变阻器，显然：于是：易知，空载时：由此可见，当接入负载电阻RL后，输出uy与r不再保持线性关系。若要求在整个行程内误差不超过1~3%，必须有：

RL>(10~20)R0

负载误差：由负载效应引起的非线性误差。

01102030405060m=5m=2m=1m=0.5m=0.1m=0reL特点

优点：结构简单，性能稳定，使用方便，输

出信号大，受外界条件影响小。

缺点：因触点与绕线间存在摩擦，动态响应

较差。分辨力低，一般小于20m，噪声大。

特点与应用应用

主要应用于线位移、角位移测量。案例：重量的自动检测--配料设备重量设定原材料

比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化案例：玩具机器人（广州中鸣数码）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化电阻应变式传感器

工作原理

导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值

随所受机械变形（应变）的变化而发生变化的

现象，称为导体的电阻应变效应。电阻应变片阻值的计算公式为：变形时，、l、A将同时发生变化，从而导致R改变。若已知、l、A的变化量为d、dl、dA，则：即：对半径为r的金属电阻丝有：，从而：

金属电阻应变片：电阻丝轴向相对变形，或称纵向应变。：电阻丝径向相对变形，或称横向应变。横向应变与纵向应变间的关系为：为泊松比。负号表示两者变化相反。：电阻丝电阻率相对变化，与电阻丝轴向所受正应力有关，E为电阻丝材料的弹性模量；为压阻系数，与材质有关。因此：其中，由电阻丝几何尺寸随应变改变所引起，对于同一电阻材料，为常数。由电阻率随应变的改变引起，对金属电阻丝，很小。从而：即电阻相对变化与应变成正比。比值sg称为金属电阻应变片的应变系数或灵敏度。通常sg=1.7~3.6。材料名称成

分灵敏度电阻率温度系数线胀系数元素含量

sg·mm2/m×10-6/°C×10-6/°C康

铜CuNi57%43%1.7~2.10.49-20~2014.9镍铬合金NiCr80%20%2.1~2.50.9~1.1110~15014.0镍铬铝合金(卡玛合金)NiCrAlFe73%20%3~4%余量2.4~2.61.33-10~1013.3常用金属电阻丝材料物理性能丝式应变片

金属丝式应变片的典型结构：将一根高电阻率金属丝（康铜、镍铬、卡玛合金等，直径0.025mm左右）绕成栅形，粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路中。

常用金属电阻应变片有丝式和箔式两种。金属丝式应变片又有回线式和短接式两种。回线式应变片因圆弧部分参与变形，横向效应较大；短接式应变片敏感栅平行排列，两端用直径比栅线直径大5～10倍的镀银丝短接而成，其优点是克服了横向效应。丝式应变片制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴。丝式应变片安全电流：10~50mA，电阻：50~1000（典型120）。

箔式应变片

箔式应变片由厚度为1~10m的康铜箔（金属制成的薄片）或镍铬箔经光刻，腐蚀工艺制成的栅状箔片。优点：适于大批量生产，可制成多种复杂形状，线条均匀，敏感栅尺寸准确，栅长最小可到0.2mm；散热好，允许电流大；横向效应和机械滞后小，疲劳寿命长;柔性好（可贴于形状复杂的表面），传递试件应变性能好。目前使用的应变片大多是金属箔式应变片。

半导体应变片利用半导体单晶的压阻效应使阻值变化。压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。单晶半导体在外力作用下的电阻变化量仍为：对半导体而言，电阻率变化引起的电阻变化，远远大于形变引起的电阻变化，从而：半导体应变片的典型结构如图所示：半导体应变片的灵敏度比金属丝应变片大50~70倍。不同材料的半导体、不同载荷施加方向，压阻效应不同，灵敏度也不同。

半导体应变片的优点：

灵敏度高

机械滞后小、横向效应小、体积小

易于集成化

缺点：

温度稳定性能差

灵敏度分散度大

较大应力作用下，非线性误差大

机械强度低

电阻应变式传感器的应用

直接用来测量结构的应变或应力

将应变片贴于弹性元件上，作为测量力、位

移、压力、加速度等物理参数的传感器

动态响应特性：动态测量时应限制其上限测量频率，一般上限测量频率应在电桥激励电源频率的以下。应变片基长(mm)0.20.51235101520最高工作频率(KHz)125050025012583.3502516.612.5

粘贴剂的选择：粘贴剂和粘贴工艺直接影响应变片的线性、滞后等特性。要求粘贴强度高、固化后收缩率小、电气绝缘阻抗大、耐湿、耐老化、耐疲劳等。

温度影响：由温度变化导致的应变片电阻变化与由应变引起的电阻变化往往具有同等数量级，须用适当电路进行温度补偿。

使用注意事项

应变式传感器的特点

性能稳定、精度高，综合误差在0.1%~1.0%，高精度力传感器已能达到0.01%

~0.03%。测量范围广力：0.1~107N压力：104~109Pa；

能适应较大的振动和冲击，抗辐射能力强。案例：电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。

概述

第三节电感式传感器

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测物理量，如位移等，转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型差动变压器式

自感型

可变磁阻式

工作原理可变磁阻式传感器的构造如图，由线圈、铁芯和衔铁组成。在铁芯与衔铁之间存在气隙。由电工学可知，线圈自感量：其中，N：线圈匝数

i：线圈中流过的电流

：通过线圈的磁通量

Rm：磁路的总磁阻

Rm=RF+RRF：铁芯与衔铁的磁阻

R：空气隙磁阻

其中：l1、l2：铁芯和衔铁的导磁长度

1、2：铁芯和衔铁的磁导率

A1、A2：铁芯和衔铁的导磁截面积

：气隙长度

0：空气磁导率，0=410-7H/m

A0：空气隙导磁截面积。若不考虑磁路的损失，且空气隙较小时：一般，1和2远远大于0，即：RF<<R

，因此：从而：上式表明：自感L与气隙长度成反比，而与气隙导磁截面积A0成正比。当固定A0，变化时，L与成非线性关系，此时，传感器灵敏度：即固定A0，变化

时，传感器灵敏度与气隙长度的平方成反比。为了提高其灵敏度，减小非线性误差，通常使这种传感器在较小间隙范围内工作。设间隙变化范围为（0，0+），一般实际应用中，取/00.1。变气隙长度式电感传感器适用于微小位移的测量，测量范围：0.001~1mm。

可变磁阻式传感器典型结构

可变导磁面积型：线性，灵敏度底

差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性

差动变气隙传感器工作原理

对差动式传感器，当共用衔铁位移时，两线圈的间隙按0、0+变化，即一个线圈自感增加，另一个减小：

当/0<<1时：差动方式时：灵敏度：，为原来的两倍。比较：显然，L大大降低了相对非线性误差。

涡电流式

工作原理

利用金属导体在交

变磁场中的涡电流

效应工作，包括高

频反射式和低频透

射式两种。

高频反射式涡流

传感器

金属板置于线圈附近，相互间距为

。当线圈中通入高频交变电流i时，产生磁通

，此交变磁通作用于邻近的金属板（由于趋肤效应，仅作用于金属板表面的薄层内），使金属板产生“旋涡状”的闭合感应电流

i1（称为涡电流或涡流）。该电流也产生交变磁通1，反作用于线圈，根据楞次定律，涡流的交变磁场变化方向与线圈磁场变化方向相反，1总是抵抗的变化，从而导致原线圈等效阻抗发生变化。等效阻抗的变化程度与线圈尺寸、距离、金属板电阻率和磁导率、线圈激励电流i及其频率有关。

通常线圈尺寸、激励电流i及其频率一定，若金属板材料一定，变化可以用来测量位移、振动等参量。若一定，变化或可实现材质鉴别或无损探伤。

注意：趋肤效应，即产生的涡流主要集中在被测物体的表面。涡流贯穿深度

：

低频透射式涡流传感器

如图L1和L2分别为发射线圈和接收线圈，两线圈间存在金属板M，低频交流电流流经L1产生交变磁场穿过金属板作用于L2，并产生感应电压Uo。由于金属板产生的涡流消耗了一部分磁场能量，从而使Uo有所降低，板越厚，Uo越低。即Uo的大小间接反映了金属板的厚度。

阻抗分压式调幅电路传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率与电源频率相同时，输出电压

u最大。

涡流传感器测量电路测量时，传感器等效电感随而改变，LC回路失谐，输出信号频率虽仍为电源频率，但幅值随变化，即对输出信号存在调幅作用。对此调幅波放大、检波、滤波即可得的变化信息。

调频电路

以LC振荡回路的谐振频率作为输出量。

涡流传感器的特点

动态非接触测量

灵敏度高

分辨力高，检测范围：1mm~10mm，

最高分辨力可达满量程的0.1%。

结构简单，使用方便，不受油液等介质

影响

涡流传感器的应用

案例：测厚案例：零件计数

互感型——差动变压器式电感传感器

工作原理

由互感现象，传感器初级线圈W1输入交流电流时，次级线圈W2产生感应电动势，其大小与初级线圈电流的变化率成正比,即：M为两线圈的互感，其大小与两线圈的相对位置及周围介质的导磁能力等因素有关。当中间的衔铁上下移动时，传感器两线圈的互感改变，导致输出相应改变。实际的互感传感器通常采用两个结构、参数完全相同的次级线圈W1、W2，并接成差动式，即W1、W2反极性串接，输出eo=e1e2，故又称为差动变压器式传感器。铁芯P位于中心位置：e1=e2，eo=0铁芯P上移：e1

>e2，eo与e1同相。

铁芯P下移：e1

<e2，eo0，eo与e2同相。两点说明

存在零点残余电压（铁芯位于中心处时,eo0）

传感器输出电压包含了位移的大小及方向，

但因其为交流信号，只有接入相应电路（相

敏检波），才能提取出这两种信息。

下图为用于小位移测量的差动相敏检波电路，其中R用于调节零点残余电压的大小。

特点

精度高(0.1m数量级，最高可达0.01m)，高

精度型非线性误差可减小到0.1%线性范围大（可达100mm）

稳定性好，结构简单，使用方便

因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高

频动态参量

应用:主要测量位移、力；也可测厚度,表面粗糙度;张力;振动,速度,加速度等.案例：板的厚度测量~案例：张力测量

变换原理第四节电容式传感器

A电容式传感器实质是一具有可变参数的电容器。中间充满介质的两块平行金属极板构成的电容器，其电容量为：式中，：介质相对真空的介电常数，空气1；

0：真空的介电常数，0=8.8510-12F/m；

：极板间距；A：极板面积。当被测量使、A或发生变化时，都会引起C的变化。实际使用中，通常仅改变一个参数，根据变化参数的不同，可分为三类：

改变极板间距的极距变化型

改变极板相互遮盖面积的面积变化型

改变极板间介质的介质变化型（改变）

极距变化型初始电容：显然，C与极距成反比（如图）。当极板间距减小时，电容为：电容增量为：当/0<<1时，有：（近似线性）

忽略非线性项，得：相对非线性误差为：=可见，灵敏度与极距的平方成反比，极距越小，灵敏度越高，但极距减小受极板间击穿电压的限制。此外，为了减小因灵敏度随极距变化导致的非线性误差，通常极距变化范围/00.1。因此，此类电容传感器仅适于微小位移的测量（0.01m~数百微米）。

灵敏度：当极板间距增加时，同理可以求得：实际应用中，为了提高灵敏度、线性性及克服某些外界条件（如电源电压、环境温度等）的变化对测量精度的影响常采用差动式（如右图）。此时灵敏度提高一倍，相对非线性误差减小为：而

面积变化型

包括线位移型（平面线位移和圆柱体线位移）和角位移型两种。

角位移型

1—动板2—定板其中，：覆盖面积对应的中心角；

r：极板半径。

平面线位移型1—动板2—定板其中，b：极板宽度。

圆柱线位移型

1—动板2—定板其中，D：圆筒孔径；

d：圆柱外径。面积变化型电容传感器输入输出成线性关系，但灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移测量。

介质变化型

如右图，厚度为2

的介质（2

为其相对介电常数）在电容器中左右运动，由于电容器中介质的介电常数改变，电容量改变。设电容器极板宽度为b，介质2的宽度大于等于b。

当极板间无介质2时，存在介质时，C=CA+CB（并联）其中：1=-2显然，灵敏度为常数，输入输出成线性关系。从而：

特点输入能量小（极板间静电引力小）、灵敏度高

动态特性好（可动质量小，固有频率高）

发热小，能量损耗小

结构简单、适应性好，可在高、低温、强辐射

环境中工作

可实现非接触测量

一般传感器两极板间电容很小（几皮法~几十

皮法），不仅导致低频输出阻抗很大（几十甚

至上百M），负载能力弱，而且电缆分布电

容（大且不稳定）影响大

测量电路

电桥型电路振荡器C1L1L2C2Cx放大检波输出谐振电路~L1L2C1C2放大相敏解调滤波运放电路放大器C0Cxuyu0调频电路限幅鉴频放大输出Cx传感器调频振荡器被测物体概述第五节磁电式传感器

磁电式传感器将被测物理量转换为感应电动势，也称为（电磁）感应式或电动式传感器。

根据法拉第电磁感应定律，运动线圈在磁场中切割磁力线或线圈所在磁场磁通变化时，线圈两端会产生感应电动势，其大小和方向为：

其中，N：线圈匝数，：通过线圈的磁通量

磁通的变化率主要与下列因素有关：

线圈与磁场间的相对运动速度磁路中磁阻的大小线圈的面积磁场强度的大小

因此，只要改变其中的任一参数，都会改变线圈的感应电势。按照结构方式不同，磁电式传感器可分为的动圈式和变磁阻的磁阻式两种。

动圈式

线速度型：e=NBlvsin角速度型：e=kNBA其中，N：线圈的匝数B：磁场的磁感应强度；

l：单匝线圈的有效长度；

v：线圈与磁场的相对运动速度；

：线圈运动方向与磁场方向的夹角；

A：单匝线圈的截面积；

：角速度；

k：与结构有关的系数，k<1。当传感器结构一定时，B、l、、A、k为常数，e与线圈运动的线速度（角速度）成正比。

显然，磁电式传感器可用于动态速度测量。根据位移、速度、加速度间的积分、微分关系，因此，磁电式传感器经过一定的信号处理电路也可用来测量位移与加速度。应用：动圈磁电式传感器测量电路测量电路:其中，Z0为线圈阻抗，Rc为电缆电阻（不长时可忽略）

Cc为电缆电容，RL为负载电阻。

上式忽略了Rc，Cc，且RL>>Z0。

注意：

上面讨论的速度是指线圈与磁场的相对速度，而非线圈或磁场的绝对速度。

磁电式传感器工作原理可逆，作为传感器它处于发电状态；相反，若对线圈施加交流激励电压，线圈将在磁场中振动，此时可作为激振器。线圈运动产生感应电动势后，线圈中将有电流流过，此电流产生的交变磁通会削弱原磁场的磁通，使传感器灵敏度降低，导致非线性误差（必要时可采用补偿装置减小非线性）。磁阻式

磁阻式传感器线圈与磁铁彼此无相对运动，而是由运动的导磁物体改变磁路磁阻，引起磁力线的增强或减弱，使线圈产生感应电动势。

第六节压电式传感器

压电式传感器是一种可逆型换能器，既可以将机械能转变为电能，又能将电能转变成机械能。其工作原理是利用一些物质的压电效应。

压电效应

工作原理某些晶体在外力作用下，不仅几何尺寸发生变化，而且内部发生极化，在其表面产生电荷，形成电场；去掉外力后又重新回到不带电的平衡状态，这种现象称为压电效应。

与压电效应相反，如果将具有压电效应的晶体置于电场中，其几何尺寸也发生变化，这种由于外电场作用导致物体机械变形现象称为逆压电效应或称为电致伸缩效应。具有压电效应的晶体称为压电晶体。

石英晶体的压电效应结晶形状：中间为六角形棱柱，两端为对称的棱锥，共30个晶面。

光轴：

z轴，与晶体纵轴方向一致。光线沿

z轴方向通过晶体不发生双折射。而且，沿光轴的作用力不产生压电效应，故又称为中性轴。电轴：

x轴，通过两个相对的六角棱线并垂直于光轴的轴线。

垂直于此轴的晶面上有最强的压电效应。

机械轴：y轴，垂直于x轴和z轴所在平面的轴线。在电场作用下，y轴具有最明显的机械变形。石英晶体z轴仅一个，x轴和y轴各有3个。纵向压电效应：沿x轴施加作用力，晶体表面产生电荷的现象。电荷出现在与x轴相垂直的表面上。产生的电荷量为：

qx=dxFx其中，dx：纵向压电常数；Fx：作用力。

横向压电效应：沿

y轴施加作用力，晶体表面产生电荷的现象。电荷仍出现在与

x轴相垂直的表面上。产生的电荷量为：

其中，dy：横向压电常数；

Fy：作用力；

sx、sy

：分别为与x轴、y轴相垂直的表面

面积；

a：x轴向厚度；

b：y轴向长度。由于力所施加的表面与感生电荷的表面不同，电荷量与晶体尺寸有关。根据石英晶体轴对称的条件，dy=dx，从而：即横向压电效应产生的电荷与纵向压电效应产生的电荷极性相反。切向压电效应：沿x轴或y轴施加剪切力，晶体表面产生电荷的现象。沿x轴的剪切力产生的电荷出现在与y轴垂直的表面上；沿y轴的剪切力产生的电荷出现在与x轴垂直的表面上（电荷量与剪切力成正比，与晶片尺寸无关）。

压电材料

压电单晶：石英（SiO2）天然或人工合成。具有良好的机械强度和压电效应。虽压电系数较小（dx=2.310-12C/N），但压电系数的时间和温度稳定性好。在20~200C内，温度每升高1C，压电系数仅减小0.016%，升高到200C时，仅减小5%，达到573C时，失去压电特性，此温度称为石英的居里点。相对介电常数为4.5。

居里点1210C，具有良好的压电性，适用于高温环境，但比石英脆，抗冲击性差。铌酸锂（LiNbO3）

居里点666C，压电常数为石英的3倍钽酸锂（LiTaO3）压电系数较大（dx=310-9C/N），但机械强度、电阻率、居里点均较低，易受潮，性能不稳定。酒石酸钾钠（NaKC4H4O64H2O）

多晶压电陶瓷

由多种材料经烧结而成，制作方便，成本低。原始压电陶瓷须经强电场极化处理后才具有压电性。压电陶瓷的压电常数一般比石英高数百倍。现代压电元件，大多采用压电陶瓷。

钛酸钡（BaTiO3）

碳酸钡BaCO3和二氧化钛TiO2按1：1混合烧结而成。压电常数约为石英的50倍，相对介电常数高达1200，居里点约120C。锆钛酸铅（PZT）系列压电陶瓷

居里点300C左右，压电常数70~80010-12C/N，性能和稳定性均超过钛酸钡。其中有些产品可耐高温、高压。

高分子有机压电材料

聚二氟乙烯（PVF2）、聚氟乙烯（PVF）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）等。压电特性并不很好，但易于大量生产、面积大、柔软不易破碎，可制成阵列器件。压电半导体

具有压电和半导体两种特性，易于集成。

压电式传感器及其等效电路

b)等效电荷源压电器件相当于具有一定电容的电荷源，其电容：电容两极板间开路电压为：金属膜FFa)压电晶片CaRaq若考虑负载（等效电路），等效电路如下：a)电荷源等效电路假设一恒定力F作用于压电器件，产生电量q，则输出电压：其中，Cc、Ci分别为电缆寄生电容及后续测量电路的输入电容。CcRiCiCaRaqUi忽略泄漏电流由于晶片漏电阻Ra及后续电路输入电阻Ri不可能无限大，所以电路将按指数规律放电，造成测量误差。电路放电时间常数

=(Ra//Ri)C

RiC（一般Ra>>Ri），为了减小误差，Ri越大越好。显然，电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难。通常压电传感器适宜作动态测量。++++++++++----------FFa)串接压电式传感器有电荷及电压两种输出方式。为了增大输出值，压电传感器往往用两个（较多见）或两个以上的晶体串接或并接：

n个晶体串接时，输出电荷量与单片晶体电荷相同，总电容为单片晶体电容的1/n，

输出电压为单片晶体电压的

n倍。

串接时，输出电压大、电容小、时间常数小，适宜测量迅变信号和以电压输出的场合。

++++++++++----------FFb)并接

n个晶体并接时，输出电荷量为单片晶体电荷n倍，总电容为单片晶体电容n倍，输出电压等于单片晶体电压。

并接时，输出电荷量大、电容大、时间常数大，适宜测量缓变信号和以电荷输出的场合。

压电式传感器测量电路

对应于压电式传感器的两种输出方式，可以采用具有高输入阻抗的前置放大器：电压放大器或电荷放大器，对传感器输出的电压或电荷信号进行放大处理，并实现阻抗变换，将传感器的高阻抗输出变为放大器的低阻抗输出。因为压电式传感器的输出信号是很微弱的，而且传感器本身有很大的内阻。-ACaRa电压放大电路uaCcRiCiuiuo

电压放大器

设作用于压电晶片上的力F=F0sint。则：

而：q=dcF=dcF0sint，其中，R=Ra//Ri，C=Ca+Cc

+Ci。

q即：从而：输入端电压幅值：定义压电传感器输出电压灵敏度：

，稳态解，则：当作用力频率与电路时间常数RC足够大时，

Uim和Sui与Cc有关，当改变电缆长度或布线

方法时，Uim和Sui都会改变，从而导致测量

误差。

结论：若压电器件上作用静态力（=0），Uim和

Sui均等于0。即压电传感器不能测量静态力。若要测的话，必须采用极高阻抗的负载。

对动态测量，较大，易满足(RC)2>>1，

此时Uim和Sui近似与

无关，即压电传感器

具有良好的高频响应特性。电荷放大器是一个高增益带电容负反馈的运算放大器，其输入阻抗极高（1012以上）。

电荷放大器

Cf电荷放大电路-AuiuoCcRiCiCaRaq同样可求得输入端电压幅值：其中，R=Ra//Ri，C=Ca+Cc

+Ci

+(1+A)Cf

。

若，则：从而：若A足够大（一般为100以上），则：(1+A)Cf

>>Ca+Cc

+Ci上式表明，在一定条件下，电荷放大器的输出电压与外力成正比，与反馈电容成反比，而与Ca、Cc和Ci无关。优点：电缆分布电容变化不会影响传感器灵敏度及测量结果。缺点：由于采用电容负反馈，电荷放大器对直流工作点相当于开环，因此零点漂移较大。为了减小零漂，使电荷放大器工作稳定，一般在反馈电容两端并联一个大的反馈电阻Rf（约1010~1014）。电荷放大器电路复杂，价格昂贵，电压放大器反之；但电压放大器下限频率较高，灵敏度与电缆分布电容有关，选用时宜综合考虑。

压电式传感器的特点及应用

特点

能量转换型（发电型）传感器灵敏度高，稳定性好，可靠。而且对应用纵向压电效应的传感器，电荷量与晶体的变形无关，因而灵敏度与传感器刚度无关。有比较理想的线性，且通常没有滞后现象低频特性较差，主要用于动态测量。

尽量采用低电容、低噪声电缆。

工作原理可逆。

应用：冲击、振动加速度及动态力的测量。注意：压电式传感器一般用来测量沿其轴线的作用力（x轴），但其他方向的作用力也会产生输出（称为横向输出），横向输出是一种干扰，是产生测量误差的主要原因之一。与横向输出对应的灵敏度称为横向灵敏度。应用时，应该使用横向灵敏度小的传感器。压电式传感器结构

压电测力传感器的结构通常为荷重垫圈式。图所示为YDS-781型压电式单向传感器结构，它由底座、传力上盖、片式电极、石英晶片、绝缘件及电极引出插座等组成。当外力作用时，上盖将力传递到石英晶片，石英晶片实现力—电转换，电信号由电极传送到插座后输出。1-传力上盖；2-压电片；3-片式电极；4-电极引出插头；5-绝缘材料；6-底座YDS-781型压电式单向力传感器结构应用实例：煤气灶电子点火器煤气灶电子点火装置如图3-40所示，是让高压跳火来点燃气。当使用者将开关往里压时，把气阀打开；将开关旋转，则使弹簧往左压，此时，弹簧有一个很大的力撞击压电晶体，产生高压放电，导致燃烧盘点火。煤气灶电子点火装置

压电式玻璃破碎报警器

BS-D2压电式玻璃破碎传感器的外形及内部电路见图所示。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。传感器的最小输出电压为100mV，内阻抗为15～20KΩ。报警器的电路框图见图所示。

(a)外形；(b)内部电路BS-D2压电式玻璃破碎传感器

压电式玻璃破碎报警器电路框图

指套式电子血压计指套式电子血压计是利用放在指套上的压力传感器，把手指的血压变为电信号，由电子检测电路处理后直接显示出血压值的一种微型测量血压装置。图所示是指套式血压计的外形图，它由指套、电子电路及压力源三部分组成。指套的外圈为硬性指环，中间为柔性气囊。它直接和压力源相连，旋动调节阀门时，柔性气囊便会被充入气体，使产生的压力作用到手指的动脉上。电子血压计的电路框图如图

所示。

指套式电子血压计外形图

指套式电子血压计电路框图

时钟放大器压电传感器门控触发移位寄存器幅值比较器移位寄存器幅值比较器A/D转换器译码驱动显示器显示器译码驱动S第七节热电式传感器一热电偶传感器

热电偶在温度的测量中应用十分广泛。它构造简单，使用方便，测温范围宽，并且有较高的精确度和稳定性。

热电效应及测温原理1.热电效应两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。

热电效应2.两种导体的接触电势假设两种金属A、B的自由电子密度分别为nA和nB,且nA>nB。当两种金属相接时，将产生自由电子的扩散现象。达到动态平衡时，在A、B之间形成稳定的电位差，即接触电势eAB，如图所示。

两种导体的接触电势3.单一导体的温差电势对于单一导体，如果两端温度分别为T、TO，且T>TO，如图4所示。

单一导体温差电势

导体中的自由电子，在高温端具有较大的动能，因而向低温端扩散，在导体两端产生了电势，这个电势称为单一导体的温差电势。势电偶回路中产生的总热电势，由图可知：EAB(T,TO)=eAB(T)+eB(T,TO)-eAB(TO)-eA(T,TO)或EAB(t,tO)=eAB(t)+eB(t,tO)-eAB(tO)-eA(t,tO)

式中：EAB(T,TO):热电偶回路中的总电动势；eAB(T):热端接触电势；eB(T,TO):B导体温差电势；eAB(TO):冷端接触电势；eA(T,TO):A导体温差电势。接触电势示意图在总电势中，温差电势比接触电势小很多，可忽略不计，则热电偶的热电势可表示为：

EAB(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)

对于已选定的热电偶，当参考端温度TO恒定时，EAB(TO)=c为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，即：

EAB(T,TO)=eAB(T)-c

=f(T)

实际应用中，热电势与温度之间的关系是通过热电偶分度表来确定。分度表是在参考端温度为00C时，通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。４.热电偶的基本定律(1)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电势不变。

EABC(T,TO)=eAB(T)-eAB(TO)=EAB(T,TO)

根据这个定律，我们可采取任何方式焊接导线，将热电势通过导线接至测量仪表进行测量，且不影响测量精度。中间导体定律示意图(2)中间温度定律在热电偶测量回路中，测量端温度为T，自由端温度为TO，中间温度为ＴO′，则T，TO热电势等于T，TO′与TO′，TO热电势的代数和。即EAB(T,TO)=EAB(T,TO′)+EAB(TO′,TO)

运用该定律可使测量距离加长，也可用于消除热电偶自由端温度变化影响。中间温度定律示意图(3)参考电极定律（也称组成定律）已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在结点温度为(T，T0)时的热电动势分别为EAC(T，T0)、EBC(T，T0)，则相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T，T0)可按下面公式计算：

EAB(T，T0)=EAC(T，T0)-EBC(T，T0)

参考电极定律大大简化了热电偶选配电极的工作。参考电极定律示意图

例

当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。解：

设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。即EAC（100℃，0℃）=+3.13mVEBC（100℃，0℃）=-1.02mV则EAB(100℃,0℃)=+4.15mV热电偶的结构形式及热电偶材料1.普通型热电偶普通型热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定螺纹连接、固定法兰连接、活动法兰连接、无固定装置等多种形式。

1-热电极;2-绝缘瓷管;3-保护管;4-接线座;5-接线柱;6-接线盒直形无固定装置普通工业用热电偶2.铠装热电偶（缆式热电偶）铠装热电偶也称缆式热电偶，是将热电偶丝与电熔氧化镁绝缘物溶铸在一起，外表再套不锈钢管等构成。这种热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用。

1-热电极;2-绝缘材料;3-金属套管;4-接线盒;5-固定装置

铠装热电偶3.薄膜热电偶用真空镀膜技术或真空溅射等方法，将热电偶材料沉积在绝缘片表面而构成的热电偶称为薄膜热电偶。

薄膜热电偶4.热电偶组成材料为了准确可靠地进行温度测量，必须对热电偶组成材料严格选择。目前工业上常用的四种标准化热电偶材料为:

铂铑30－铂铑6、铂铑10－铂、镍铬－镍硅镍铬－铜镍（我国通常称为镍铬－康铜）。组成热电偶的两种材料写在前面的为正极，后面的为负极。热电偶的热电动势与温度之关系表，称之为分度表。热电偶测温及参考端温度补偿1.热电偶测温基本电路如图所示，图（a）表示了测量某点温度连接示意图。图（b）表示两个热电偶并联测量两点平均温图（c）为两热电偶正向串联测两点温度之和。图（d）为两热电偶反向串联测量两点温差。热电偶串、并联测温时，应注意两点：第一，必须应用同一分度号的热电偶；第二，两热电偶的参考端温度应相等。

常用的热电偶测温电路示意图2.热电偶参考端的补偿热电偶分度表给出的热电势值的条件是参考端温度为0℃。如果用热电偶测温时自由端温度不为0℃，必然产生测量误差。应对热电偶自由端（参考端）温度进行补偿。例如：用K型（镍铬-镍硅）热电偶测炉温时，参考端温度t0=30℃，由分度表可查得E(30℃,0℃)=1.203mv，若测炉温时测得E(t,30℃)=28.344mv，则可计算得E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)=29.547mv

由29.547mv再查分度表得t=710℃，是炉温。二金属热电阻传感器

金属热电阻传感器一般称作热电阻传感器，是利用金属导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测温的。金属热电阻的主要材料是铂和铜。热电阻广泛用来测量-220～+850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K（-272℃），高温可测量至1000℃。最基本的热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，如图所示。金属热电阻传感器测量示意图热电阻的温度特性

热电阻的温度特性，是指热电阻Rt随温度变化而变化的特性。1.铂热电阻的电阻—温度特性铂电阻的特点是测温精度高，稳定性好，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂电阻的应用范围为-200～+850℃。铂电阻的电阻—温度特性方程，在-200～0℃的温度范围内为：

Rt=RO[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]

在0～+850℃的温度范围内为：

Rt=RO(1+At+Bt2)2.铜热电阻的电阻温度特性由于铂是贵金属，在测量精度要求不高，温度范围在-50～+150℃时普遍采用铜电阻。铜电阻与温度间的关系为

Rt=R0(1+α1t+α2t2+α3t3)由于α2、α3比α1小得多，所以可以简化为

Rt≈R0(1+α1t)热电阻传感器的结构热电阻传感器由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒等组成，如图所示。

热电阻结构三半导体热敏电阻

半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。热敏电阻是利用某些金属氧化物或单晶锗、硅等材料，按特定工艺制成的感温元件。热敏电阻可分为三种类型，即：正温度系数（PTC）热敏电阻负温度系数（NTC）热敏电阻在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR）。

热敏电阻的（Rt—t）特性1-突变型NTC；2-负指数型NTC；3-线性型PTC；4-突变型PTC

各种热敏电阻的特性曲线热敏电阻一般具有负的电阻温度系数负温度系数(NTC)热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体，其电阻值随温度的增加而减小。其特点是：（1）电阻温度系数大，约为金属热电阻的10倍。（2）结构简单、体积小，可测点温。（3）电阻率高，热惯性小，适用于动态测量。（4）易于维护和进行远距离控制。（5）制造简单、使用寿命长。（6）互换性差，非线性严重。

负温度系数(NTC)热敏电阻结构负温度系数热敏电阻温度方程热敏电阻值RT和R0与温度TT和T0的关系为：

负温度系数热敏电阻主要特性（1）标称阻值厂家通常将热敏电阻25℃时的零功率电阻值作为R0

，称为额定电阻值或标称阻值，记作R25

，85℃时的电阻值R85作为RT

。标称阻值常在热敏电阻上标出。

R85也由厂家给出。（2）B值将热敏电阻25℃时的零功率电阻值R0和85℃时的零功率电阻值RT

，以及25℃和85℃的绝对温度T0＝298K和TT＝358K代入负温度系数热敏电阻温度方程，可得:

B值称为热敏电阻常数，是表征负温度系数热敏电阻热灵敏度的量。

B值越大，负温度系数热敏电阻的热灵敏度越高。（3）电阻温度系数σ

热敏电阻在其自身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量称为热敏电阻的电阻温度系数σ。

可知：①热敏电阻的温度系数为负值。②温度减小，电阻温度系数σ增大。在低温时，负温度系数热敏电阻的温度系数比金属热电阻丝高得多，故常用于低温测量（－100～300℃）。

霍尔元件——半导体磁电转换传感器

置于均匀磁场中的通电半导体（锗、锑化铟、砷化铟等），在垂直于电场和磁场的方向产生横向电场的现象称为霍尔效应，相应电场称为霍尔电场。

第八节霍尔传感器

霍尔效应的产生是运动电荷受磁场中洛伦磁力作用的结果。假设一通以固定电流i的N型半导体薄片置于与薄片厚度方向平行的磁场B中，则其中运动的载流子（电子）将受到洛伦磁力FL的作用向一边偏移，并形成电子累积，另一边积累正电荷，产生电场。该电场对电子产生电场力FE，阻止运动电子的继续偏转，当FE=FL时，电子积累达到动态平衡。此时电场即为霍尔电场。

VH=kHiBsin其中，kH：霍尔常数，取决于材质、温度、元

件尺寸（厚度）

：

电流与磁场方向的夹角。显然，改变i或B，即可改变VH。运用这一特性，就可把被测参数转换为电压量的变化。霍尔电场对应的电势称为霍尔电势（VH），其大小为：1、霍尔元件的结构霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。2、霍尔元件的符号应用实例：1、霍尔元件测量位移测量原理：将霍尔元件置于两个相邻而方向相反的磁场内，由于每点磁感应强度B值不同，当元件x沿方向移动时，可由霍尔电势的变化反映出位移量。2、霍尔元件检测钢丝绳断丝情况。测量原理：永久磁铁使钢丝绳磁化，当钢丝绳有断丝时，在断口处出现漏磁场，霍尔元件通过此漏磁场将获得一个脉动电压信号，此信号经放大、滤波、A/D变换后进入计算机分析，可识别出断丝根数和断口位置。3霍耳汽车无触点点火器

如图所示，磁轮鼓代替了传统的凸轮及白金触点。发动机主轴带动磁轮鼓转动时，霍耳器件感受的磁场极性交替改变，输出一连串与汽缸活塞运动同步的脉冲信号去触发晶体管功率开关，点火线圈两端产生很高的感应电压，使火花塞产生火花放电，完成汽缸点火过程。

霍耳点火装置示意图1-磁轮鼓2-开关型霍耳集成电路3-晶体管功率开关4-点火线圈5-火花塞

4霍耳无刷直流电机如图所示。电机由永久磁铁做转子。在定子上安有12只霍耳元件，各与前方相差90°的一个定子电枢线圈相连，线圈被安放在定子糟中。各定子线圈由霍耳元件输出的霍耳电压激励，产生的定子磁场，与对应的霍耳元件相差90°，即超前于转子磁场90°。永久磁铁的转子被定子磁场吸引而向前转动。当转子转动通过霍耳元件时，永久磁铁磁通使霍耳元件输出电压极性反相，相应的电枢线圈磁场也产生极性转换，使定子磁场始终超前于转子磁场90°，吸引转子，转子则沿原方向继续向前转动。

霍耳无刷电机的结构图1--轴2—外壳3—电路4—定子5—线圈6—霍耳元件7—永磁转子5自动供水装置

如图所示。锅炉中的水由电磁阀控制流出与关闭。电磁阀的打开与关闭，则受控于控制电路。打水时，需将铁制的取水卡从投放口投入，取水卡沿非磁性物质制作的滑槽向下滑行，当滑行到磁传感部位时，传感器输出信号经控制电路驱动电磁阀打开，让水从水龙头流出。延时一定时间后，控制电路使电磁阀关闭，水流停止。1—锅炉2—电磁阀3—投卡口4—水龙头5—水瓶6—收卡箱7—磁铁8—磁传感器

自动供水装置构造示意图第九节光电式传感器1光电效应光电元件的理论基础是光电效应。光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子具有的能量hγ正比于光的频率γ（h为普朗克常数）。用光照射某一物体，可以看做物体受到一连串能量为hγ的光子所轰击。物体材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。1.1外光电效应光照射于某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。外光电效应可由爱因斯坦光电方程来描述：

一个光子的能量只能给物体中的一个自由电子，使自由电子能量增加hγ，这些能量一部分用于克服逸出功A，另一部分作为光电子逸出时的初动能：

1.2内光电效应光照射于某一物体上，使其导电能力发生变化，这种现象称为内光电效应，也称光电导效应。硫化镉、硒化镉、硫化铅、硒化铅等在受到光照时均会出现电阻下降的现象。电路中反偏的PN结在受到光照时也会在该PN结附近产生光生载流子（电子-空穴对）。利用上述现象可制成光敏电阻，光敏二极管，光敏三极管，光敏晶闸管等光电转换器件。1.3光生伏打效应在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。具有该效应的材料有硅、硒、氧化亚铜、硫化镉、砷化镓等。例如，当一定波长的光照射PN结时，就产生电子-空穴对，在PN结内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，于是P区和N区之间产生电压，即光生电动势。利用该效应可制成各类光电池。

2光电器件2.1光电管和光电倍增管光电管和光电倍增管同属于用外光电效应制成的光电转换器件。1.光电管光电管的外形如图

所示。金属阳极A和阴极K封装在一个玻璃壳内，当入射光照射在阴极时，光子的能量传递给阴极表面的电子，当电子获得的能量足够大时，逸出金属表面形成电子发射，这种电子称为光电子。23614

5

一种常见的光电管外形1-阳极A2-阴极K3-玻璃外壳4-管座5-电极引脚6-定位销

光电管符号及测量电路IφUL

ROE（+50~+70）V光电管的图形符号及测量电路如图

所示。2.光电倍增管

光电倍增管有放大光电流的作用，灵敏度非常高，信噪比大，线性好，多用于微光测量。如图是光电倍增管结构示意图。U0RLD1D3KAD2D4φ

光电倍增管结构及工作原理2光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏电阻的材料有金属硫化物、硒化物、碲化物等半导体材料。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻，如图

所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状，

a)

φ

mA

Iφ

光敏电阻机构示意图及图形符号

a）原理图

b)

光敏电阻机构示意图及图形符号

b）外形图

c)

光敏电阻机构示意图及图形符号

c）图形符号2.3光敏二极管和光敏三极管1.光敏二极管光敏二极管是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件，与一般半导体二极管不同之处在于其PN结装在透明管壳的顶部，以便接受光照，光电流与光照度成正比。还有一种雪崩式光敏二极管（APD）。光照φ

P

N

a)

+–RLEU0IφμAb)

光敏二极管

a)结构示意图及图形符号b）基本应用电路2.光敏三极管光敏三极管有两个PN结，从而可以获得电流增益。

+CNNP-eJcJea)CIc=βIcboIcboeb)Cec)

光敏三极管

a)结构b)等效电路c）图形符号

d)+UCC

U0=UCC

－IcRLIcRLRL+UCC

（3~20）VU0=ICRLIceCe)

光敏三极管

d)应用电路e)光敏达林顿管

2.4光电池光电池的工作原理是基于光生伏打效应。当光照射在光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。应用最广的是硅光电池，优点：性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高、能耐高温辐射、价格便宜等。焊点N型硅

–

+金属镀层电极光P型硅PN结a)b)

硅光电池

a)结构示意图b)图形符号

光传感器应用实例1自动照明灯电路如图所示。D1为触发二极管，触发电压约为30V左右。白天，光敏电阻的阻值低，A点分压低于30V，触发二极管截止，双向可控硅无触发电流，T1、T2之间呈断开状态。晚上天黑，光敏电阻的阻值增加，A点电压大于30V，触发二极管导通，双向可控硅呈导通状态，电灯亮。220V~T2T1D1GC2R2A

R1

C1GR

自动照明灯电路

2光电式数字转速表如图

（a）所示，在电机的转轴上涂上黑白相间的两色条纹。当电机轴转动时，反光与不反光交替出现，所以光电元件间断的接收光的反射信号，输出电脉冲。再经过放大整形电路，输出整齐的方波信号，由数字频率计测出电机的转速。图(b)是在电机轴上固定一个调制盘，上面开一些固定间隔的孔洞，当电机转轴转动时将发光二极管发出的恒定光调制成随时间变化的调制光。同样经光电元件接收，放大整形电路整形，输出整齐的方波脉冲信号。每分钟转速n与输出的方波脉冲频率f以及孔数或黑白条纹数N的关系如下：

a)发光二极管电机

数字频率计光电元件放大整形电路

光电式数字转速表工作原理图

b)发光二极管电机数字频率计光电元件放大整形电路调制盘调制盘

光电式数字转速表工作原理图3物体长度及运动速度的检测生产上经常需要检测工件的运动速度。图

所示是利用光电元件检测工件运动速度的示意图和电路简图。当工件自左向右运动时，首先遮断光源A的光线，经过设定的S0距离后再遮断光源B的光线，经光敏元件和RS触发器输出高频脉冲，计数器进行计数。设高频脉冲计数器所计脉冲数为n和脉冲周期为T，则可计算物体平均运动速度为：

S0LEDBLEDAQLυ7＆689清零信号

VAVBSR－－

3

14

25图

光电检测运动物体的速度示意图1-光源A

；2-光敏元件VA

；3-运动物体；4-光源B

；

5-光敏元件VB

；6-RS触发器；7-高频脉冲信号源；8-计数器；9-显示器4红外自动干手器

如图所示。反相器F1、F2、晶体管VT1及红外发射二极管VL1等组成红外光脉冲信号发射电路。红外光敏二极管VD2及后续电路组成红外光脉冲的接收、放大、整形、滤波及开关电路。当将手放在干手器的下方10～15cm时，由VL1发射的红外光线经人手反射后被红外光敏二极管VD2接收，电路