第三章传感器

工程测试与信息处理工学院刘洁

第三章

常用的传感器与敏感元件transducer重点：常用传感器的工作原理、类型、特点；难点：根据传感器的工作原理和特点在工程中能够合理地选用。第三章常用的传感器与敏感元件第三章常用的传感器与敏感元件

直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量输出的器件。

①.传感器是测量装置，能完成检测任务。

②.其输入量是一被测量，可能是物理量、化学量或生物量。

③.其输出量是物理量，可以是光、电量，但主要是电量。传感器定义：含义：第三章常用的传感器与敏感元件输入：物理量→输出：物理量即力→电量输入：化学量→输出：物理量即气体→电量把被测量，如力、位移、温度转换为易测信号，传送给测量系统的信号调理环节。同种量别种量作用第三章常用的传感器与敏感元件

直接受被测量作用的元件称为传感器的敏感元件。

在工程上也把提供与输入量有特定关系的输出量的器件称为测量变换器。传感器就是输入量为被测量的测量变换器。第三章常用的传感器与敏感元件

传感器是测量系统的首要环节，如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么无论是信号调理、信号处理、数据的显示、记录、反馈和控制都将成为一句空话。

第三章常用的传感器与敏感元件

没有精确可靠的传感器就没有精确可靠的测试系统。若把计算机比喻为人的大脑，则传感器为人的五官（听、嗅、视、味、触），所以若无精确可靠的传感器去检测各种原始数据，那么电子计算机也无法发挥其应有的作用。第三章常用的传感器与敏感元件传感器在非电量检测系统中的作用：敏感作用：

感受并拾取被测对象的信号。

变换作用：

被测信号转换成易于检测和处理的电信号。第三章常用的传感器与敏感元件

第一节传感器的分类第一节传感器的分类

在测试中，应用的传感器种类繁多，不胜枚举，往往对于一种被测量可以用多种不同类型的传感器测量。因此，对传感器分类就有很多方法。第一节传感器的分类

按被测量分：

位移传感器、力传感器、温度传感器等（传感器以被测物理量命名）。

按工作原理分：

机械式、电气式、光学式等（传感器以工作原理命名）。第一节传感器的分类按信号变换特征分：

结构型（传感器依赖其结构参数变换实现信号转换，如极距式电容传感器）

物性型

(传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换，如压电式传感器)第一节传感器的分类能量转换型（传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量）如热电偶等。能量控制型（由外部供给辅助能量，并由被测量来控制外部供给能量的变化）如：电阻应变式传感器。按能量关系分：按输出信号分：

模拟式（输出量为模拟量）

数字式（输出量为数字量）

第一节传感器的分类

另一种传感器是以外信号（由辅助能源产生）激励被测对象，传感器获取的信号是被测对象对激励信号的响应，它反映了被测对象的性质或状态。例如，超声波探伤仪、X射线衍射仪等。第一节传感器的分类

第二节

机械式传感器mechanismtransducer

原理：

力、温度等被测量经弹性敏感元件转换为弹性变形，该变形使仪表指针偏转指示出被测量的大小。

第二节机械式传感器测力计：

力→弹性元件变形→仪表指针偏转（或平移）。第二节机械式传感器压力计：

压力→波纹膜片→指针偏转压力→波纹管变形→齿条→齿轮→指针偏转压力→波登管变形→齿条→齿轮→指针偏转第二节机械式传感器温度计：

温度→两种材料的温度系数不一样，致使弯曲变形→仪表指针

酒精受热→感温筒膨胀→毛细管变形→波登管变形→指针偏转第二节机械式传感器利用弹性敏感元件的变形来工作

1.结构简单、使用方便、价格低廉；

2.变形不宜太大，以减少线性误差（输入—输出间的关系）；

3.惯性大，固有频率低，适宜于测缓变或静态量。特点：第二节机械式传感器第二节机械式传感器第二节机械式传感器

第三节

电阻式传感器resistancetransducer

分类变阻器式电阻应变式（Resistancestraingauge）第三节电阻式传感器一、

变阻器式传感器第三节电阻式传感器

变阻式传感器也叫电位计式传感器。改变电位器触点，把位移转换为电阻原理：AlRr=第三节电阻式传感器

非电量引起位移，l变化→R变化

分有：线位移R=f(x)

角位移R=f(α)

灵敏度：线位移

角位移

反映单位线位移或角位移电阻的变化量。另有一非线性型，其形状根据所要求的输出定。第三节电阻式传感器电阻分压电路，图3—6当RL>>Rp

后接电路：第三节电阻式传感器3.由于滑动部分磨损，不适于高速工作；4.分辨率较低，一般在20μm以下。2.电刷移动产生噪声，同时有接触电阻变化，特别在振动条件下误差较大，一般

1~2%；1.结构简单，性能稳定，输出功率大，可不用放大器；特点：第三节电阻式传感器

现有可测200mm大位移，速度15m/s的传感器。

主要用于测量大的线位移及角位移，以及由于其他非电量引起位移的变化（如力）。

应用：测油箱油量浮子位移Rw变化电路中I变化第三节电阻式传感器测方向盘角位移测井径第三节电阻式传感器二.电阻应变式传感器

Resistancestraingauge

第三节电阻式传感器

可测应变、力、位移、加速度、扭矩等参数，在机械、航空、建筑等行业得到广泛应用。分类：金属电阻应变片半导体应变片丝式箔式第三节电阻式传感器（一）金属电阻应变片

(metalresistancestraingauge)丝式栅直径为0.025mm，成本低、横向效应大。

结构：如图3—7，3—8

第三节电阻式传感器

箔式栅用光刻技术制造，厚约1~10μm，散热条件好；粘贴牢固；可制作成任意精确形状，有利于成批生产；价格较贵。第三节电阻式传感器

贴于试件或弹性元件上的应变片和试件一起变形→应变→阻值变化，则得阻值的变化，即可知与之对应的被测量。原理：第三节电阻式传感器电阻丝的阻值

可见，若l、A、ρ

发生变化，R也发生变化。第三节电阻式传感器

现建立电阻丝的应变和电阻变化之间的关系，将上式两边取对数并微分（式中各值均视为变量）得：（1）轴向变形

径向变形

第三节电阻式传感器将以上各式代入（1），得：

（2）

分析上式，（1+2μ）εx是由电阻丝的几何尺寸改变引起的，dρ/ρ是由电阻丝的电阻率变化引起的，很小可忽略不计，那么，上式：表明电阻相对变化率与应变成正比。

第三节电阻式传感器电阻应变片的灵敏度系数：

工程中sg一般在1.7~3.6之间，标准阻值有60Ω、120Ω、350Ω、600Ω、1000Ω等，其中以120Ω为最常用，应变片的尺寸可据使用要求选取。第三节电阻式传感器第三节电阻式传感器金属应变计有:丝式和箔式优点:稳定性和温度特性好.缺点:灵敏度系数小.第三节电阻式传感器(二)半导体应变片

结构使用方法：与金属电阻应变片相同，即粘贴在弹性元件或被测物体上，其电阻值随被测试件的应变而变化。第三节电阻式传感器

所谓压阻效应是指单晶半导体材料（如硅、锗、锑化铟）沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。1．工作原理

基于半导体材料的压阻效应。第三节电阻式传感器

从半导体物理知，半导体在压力、温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ发生很大变化。单晶半导体在外力作用下，原子点阵排列规律发生变化，导致载流子迁移率及载流子浓度的变化，从而引起电阻率的变化。第三节电阻式传感器

据（2）式，（1+2μ）εx项是由几何尺寸变化引起的，dρ/ρ是由于电阻率变化引起的。对半导体而言，后者远远大于前者，它是半导体应变片电阻变化的主要部分，故（2）式可简化为这一数值比金属电阻应变片大50~70倍。

第三节电阻式传感器

金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：前者利用形变引起电阻的变化；后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。第三节电阻式传感器缺点：

①.温度稳定性能差，

②.灵敏度分散度大（由于晶向、杂质等因素影响）

③.较大应变作用下，非线性误差大。优点：

①.灵敏度高（最突出的优点）

②.横向效应小，机械滞后小，本身体积小。

2．特点：第三节电阻式传感器1).直接用来测定结构的应变或应力

（三）应用第三节电阻式传感器2).将应变片贴于弹性元件，设计制作传感器,可测力、位移、扭矩、加速度等，需计算强度、灵敏度。

第三节电阻式传感器测力第三节电阻式传感器案例：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。德国HBM电阻应变式传感器

第三节电阻式传感器案例：桥梁固有频率测量第三节电阻式传感器3).传感器的标定

寻求被测量与应变之间的关系。PPε第三节电阻式传感器4).应变片的粘贴

粘接剂选择；

试件表面处理；

粘贴方法；

固化处理；

防潮处理。

第三节电阻式传感器5).动态测量

最大测量频率<电桥电源频率的1/5~1/10；应变片基长↓，最大测量频率↑。基长为10mm时，上限测量频率可高达25kHz。第三节电阻式传感器6).注意温度补偿

温度的变化会引起电阻值的变化，从而造成测量结果的误差，且温度所造成的影响往往与应变引起的电阻变化是同等数量级的，因此务必要采用温度补偿，以消除该误差。

第三节电阻式传感器固态压阻式传感器

其敏感元件是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散型电阻，亦称扩散型半导体应变片。可制成各种形状，有效面积可以小至毫米级，频响高，可测高频脉动压力和加速度。使用时需采取温度补偿措施。

第三节电阻式传感器动态电阻应变仪

第三节电阻式传感器

第四节

电容式传感器capacitancetransducer

一、原理第四节电容式传感器

将被测物理量转换为电容量变化的装置。实质是一个具有可变参数的电容器。

两个平行极板组成的电容器电容量：+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。第四节电容式传感器（一）极距变化型(polardistance)

δ变化→C变化

若A、ε不变，则C与极距δ是非线性关系（图3－22）第四节电容式传感器

当极距有一微小变化量dδ时，引起电容的变化量dC

灵敏度

可看出，S与δ2成反比，δ↓，则S↑，有非线性误差。为减小误差，通常取较小极距范围工作，以便获近似线性关系，一般取。第四节电容式传感器应用：

轴旋转时的径向跳动（δ变化）→C变化→可测轴的跳动（小位移）。测轴的径向跳动（小位移）定极板传感器固定架第四节电容式传感器力P使δ变化→C

变化，测C可知P力大小

第四节电容式传感器第四节电容式传感器特点：

1、可进行动态非接触测量；2、灵敏度高适于较小位移（0.1微米～数百微米）的测量。1、有非线性，需用特殊结构（如差动式）或电子线路来解决；2、杂散电容影响较大，需良好屏蔽；3、需采用高频电路，结构调整较复杂。

优点缺点第四节电容式传感器(二)、面积变化型A变化→C变化

角位移型：动板转动与定极板间互相覆盖的面积就改变

∵覆盖面积

∴

输出与输入成线性关系。

第四节电容式传感器平面线位移型

:∵A=bx灵敏度

圆柱体线位移型：

特点：输出与输入成线性关系，与极距型相比灵敏度较低，适于较大直线位移及角位移测量。

第四节电容式传感器第四节电容式传感器（三）介质变化型

ε变化→C变化

P71图3－24a）、b)

第四节电容式传感器测谷物土壤水份，空气ε＝1

水ε＝81

完全干燥谷物ε＝2第四节电容式传感器插入式谷物水份测量仪

应用：液位高度、材料的厚度与介电常数、湿度。以及物料的水份第四节电容式传感器电容式接近开关振荡电路被测物体感应电极被测电容测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。第四节电容式传感器1.震动，偏心，裂纹，振荡，同心度2.位移，移动，位置，膨胀3.挠度，变形，波动，倾斜4.尺寸，公差，分选，零件识别5.冲击，应变，轴向振动6.轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心第四节电容式传感器二、测量电路

measurecircuit

第四节电容式传感器

电容式传感器将被测量转换成电容量的变化之后，由后续电路转换为电压、电流、频率信号，常用的电路有以下几种：

第四节电容式传感器（一）电桥型电路(bridgeciruit)

电容→电压

将电容传感器作为电桥的一部分，电容转换为电压。电桥输出调频波，经放大，相敏检波，滤波后获得输出。第四节电容式传感器（二）直流极化电路

(directcurrentpolarizationcircuit)

多用于电容传感器、压力传感器。外力→弹性膜片位移→电容变化→由高阻值电阻转换为电压。第四节电容式传感器（三）谐振电路(resonancecircuit)

电容传感器的电容作为谐振电路的一部分，电容传感器的电容Cx变化

→谐振电路阻抗变化→转换成电压或电流→放大、检波、输出。第四节电容式传感器传感器电容是振荡器谐振回路的一部分。传感器电容的变化→振荡频率变化→鉴频器将频率变为电压。（四）调频电路

(frequencymodulationcircuit)

电容→频率→电压第四节电容式传感器用比例运算放大器电路可将电容器间隙δ（位移）→电压的变化。（五）运算放大器电路

(operationamplifiercircuit)

第四节电容式传感器

运用集成电路工艺把电容敏感元件与测量电路制作在一起。硅膜两侧有压力差→硅膜变形使电容器两极的间距发生变化→电容量的变化。（六）电容集成压力传感器

(operationamplifiercircuit)

第四节电容式传感器

第五节

电感式传感器inductance

将被测量转换为电感量变化的一种装置，基于电磁感应原理。分类自感型互感型（差动变压器式）可变磁阻式涡流式第五节电感式传感器一、自感型第五节电感式传感器（1）可变磁阻式

(changeablemagnetismresistance)

原理：据电磁感应原理工作的，当线圈通过交流电时，将产生自感电势，使线圈呈现一定的感抗，而感抗的大小与磁路中的磁阻有关，如磁阻的变化是由非电量引起的，则由线圈感抗的变化，可测出该非电量的大小。第五节电感式传感器

衔铁移动时，磁路中气隙的变化引起磁阻发生变化，从而引起线圈电感的变化，电感的大小与衔铁位置（气隙大小）相对应。因此，测出电感L即知衔铁位移的大小。总之，非电量磁阻变化感抗L=f(δ)第五节电感式传感器根据电磁感应原理，线圈的电感为：

(3-13)W——线圈匝数

Rm——磁路的总磁阻

第五节电感式传感器

（3—14）l、μ、A—铁芯导磁长度、磁导率、导磁截面积δ、μ0、A0—空气隙长度、磁导率、导磁截面积第五节电感式传感器

上式表明自感L与气隙成反比，而与气隙导磁截面积A0成正比。

因为，铁芯磁阻与空气隙的磁阻相比很小，计算时忽略

（3—15）

代入（3—13）则（3-16）第五节电感式传感器

当固定A0，δ变化时，L与δ呈非线性关系，此时传感器灵敏度：

灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是常数，故会出现非线性误差，为了减小误差，通常规定在较小间隙范围内工作。设间隙变化范围为（δ0、δ0＋△δ），一般取。

（3—17）第五节电感式传感器应用:

适用于小位移的测量，一般约为0.001～1㎜，为此可采用差动型自感传感器，并接成桥式，输出如下图：

因为是接成桥式，所以信号正比于（L1-L2），0点相当于气隙中央，这时灵敏度可提高一倍，并改善了线性。

L1L1L2L2LL1L2第五节电感式传感器自感L与A0成线性关系，灵敏度较低灵敏度较高，改善了线性特性灵敏度低，适用于较大位移（数毫米）测量较高灵敏度线性特性第五节电感式传感器双螺管线圈差动型的输出特性如图3-14所示。第五节电感式传感器

（2）涡流式原理：一块金属板置于一只线圈附近，相互间距为δ，当线圈中有一高频交变电流i通过时，便产生磁通φ，此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生感生电流。这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。这种涡流也将产生交变磁通φ1，据楞次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反，φ1总是抵抗φ的变化。由于涡流磁场的作用使原线圈的等效阻抗Z发生变化，变化程度与距离有关。第五节电感式传感器a)高频反射式：（集肤效应）第五节电感式传感器b)低频透射式：（互感原理）第五节电感式传感器那么影响线圈阻抗Z的因素有：

⒈线圈与金属板间距δ；

⒉金属板的电阻率ρ、磁导率μ以及线圈激磁圆频率ω等。改变某一因素，可达到不同测量目的；改变——测位移、振动；改变ρ或μ——测材质或探伤。原线圈的等效阻抗Z变化：第五节电感式传感器测量电路：

⒈分压式调幅电路

原理：图3—16由传感器线圈L和电容组成并联谐振回路，其谐振频率：LCfp21=第五节电感式传感器

当谐振频率与电源频率（振荡器）相同，输出电压最大（图3-17），输出为一调幅波。第五节电感式传感器

气隙δ变化→其输出电压的幅值随δ变化（频率不变，为振荡器工作频率）→由电压的大小得到气隙δ的大小（即位移、振动等）。第五节电感式传感器2.调频电路

原理图3—18，结构同为将传感器线圈L接入LC振荡回路，但以谐振频率为输出量。原理：δ变化→L变化→f变化→通过鉴频器进行频率—电压转换得到与δ成比例的输出电压。第五节电感式传感器特点：1.结构简单、使用方便，用于动态非接触测量，测头不磨损。2.测量范围宽（0～1500μm），动态响应好、灵敏度高（分辨力达1μm）。第五节电感式传感器案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测油管检测第五节电感式传感器案例：测厚案例：零件计数第五节电感式传感器轴向跳动（位移）径向跳动测转速轴心轨迹测量第五节电感式传感器二、互感型—

差动变压器式电感传感器

Differentialtransformer第五节电感式传感器利用电磁感应中的互感现象，如图3—19

当线圈W1输入交流电流i1时，线圈W2产生感应电动势e12，其大小与电流i1的变化率成正比。

M—比例系数，互感。原理：第五节电感式传感器

互感型传感器利用以上原理，将被测位移量转换成线圈互感的变化。实质上是一个变压器，其初级线圈接入稳定交流电压，次级线圈感应产生一输出电压。当被测参数使互感变化时，次级线圈输出电压也产生相应变化。由于常常采用两个次级线圈组成差动式，故又称为差动变压器。

第五节电感式传感器注意：图3—29与图3—22b）结构与工作原理均不相同。图3-13b第五节电感式传感器

常用的螺管差动型变压器，其工作原理如下：

第五节电感式传感器

由初级线圈W和两个参数完全一致的次级线圈W1、W2组成，W1和W2反极性串联。初级线圈W加上交流电压时，次级线圈W1、W2分别感应电势e1、e2，其大小与铁芯位置有关。当铁芯在中间位，两个次级线圈所感应的电压完全相等，但因极性反接，所以总输出电压为0，即e1=e2,e0=0,当铁芯向上向下移动，次级线圈就有输出，其大小和方向与铁芯的移动距离和方向相应。第五节电感式传感器

为了能够反映铁芯位移方向性，又能补偿零点残余电压（结构、精度、分布电容等造成），可采用差动相敏检波电路工作原理的电路。第五节电感式传感器

精确度高（0.1μm），线性范围大±100mm）,(与自感式相比，优点为线性范围大，缺点为接触式测量，所以频率相应较低，动态性能稍差)。

直线位移，或可能转换成为位移变化的压力、重量等参数。特点：应用：第五节电感式传感器案例：板的厚度测量~案例：张力测量第五节电感式传感器

第六节

磁电式传感器magneticinduction

把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，基于电磁感应原理工作的，又称电磁感应式传感器。已知，对于一匝数w

的线圈，当穿过该线圈的磁通发生变化时，其感应电动势：

e取决于，而磁通变化率取决于磁场强度B及磁阻、线圈运动速度V，改变某一个因素，则会引起e变化。原理：第六节磁电式传感器一、动圈式

顾名思义：线圈在磁场中运动切割磁力线而产生感应电势。第六节磁电式传感器线速度型

第六节磁电式传感器

W

，B

，

l为常数，即感应电动势e与v成正比，测得e可知v

。

同上，e与角速度ω成正比，即为测速发电机，用于转速的测量。

线速度型：角速度型：第六节磁电式传感器测速电机角速度型第六节磁电式传感器

图3－36为传感器的等效电路，经微积分电路可测加速度或位移。微分加速度积分位移第六节磁电式传感器二、磁阻式

magnetismresistance

第六节磁电式传感器

线圈、磁铁不动，运动着的物体（导磁材料）改变磁路磁阻Rm，使线圈产生感应电动势。第六节磁电式传感器第六节磁电式传感器

齿轮旋转齿的凸凹引起磁阻变化磁通量变化在线圈中感应出电动势。注意：

与涡流式传感器不同，结构不同，工作原理不同，涡流式在铁心上绕有交流电的电感线圈，而磁阻式在磁铁上绕有感应线圈（一个耳机可作此种传感器，适用于轴的转速传感器）。频率转速第六节磁电式传感器三、应用

第六节磁电式传感器

测转速，偏心量，振动等。若设置积分电路可测位移，微分电路可测加速度。

结构简单，灵敏度高。输出功率较大。（也可不要放大器）

特点：第六节磁电式传感器NS案例：鼠笼电机转子断细条检测第六节磁电式传感器

第七节

压电式传感器piezoelectrictransducer一、压电效应

Piezoelectriceffect

第七节压电式传感器

一些晶体（如石英、钛酸钡。压电陶瓷）受到外力作用发生变形时其内部发生极化，从而在其表面上产生电荷，形成电场。当外力去掉时，表面电荷随之消失，这种现象成为压电效应（变形→电荷）。多用于力学参数测量。相反，若将这些晶体放置在电场中，晶体本身则产生机械变形，成为逆压电效应（电荷→变形）。

第七节压电式传感器第七节压电式传感器

石英是一种常用的压电材料（SiO2），是一种结晶的二氧化硅，它的天然结构是一正六面体晶粒。如图3-31。六棱柱的中心线为z轴（或称光轴），垂直z轴并通过棱角的轴线称x轴（或称电轴），垂直于棱面的轴线为y轴（机械轴），沿x轴加力产生纵向压电效应；沿y轴加力产生横向效应；沿相对两平面加力产生切向效应。第七节压电式传感器q—电荷量，

de—压电常数，与材料和切片方向有关，

F—作用力。

如沿x轴加力F，则在垂直x方向的表面上的电荷q=deF

第七节压电式传感器二、压电材料

第七节压电式传感器常用的压电材料可分为三类：1、压电单晶：石英晶体（SiO2）、铌酸锂特点：压电常数不高，较好的机械强度、时间和温度稳定度。第七节压电式传感器2、压电陶瓷：钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅特点：压电常数比石英高数百倍，制作方便，成本低。3、压电薄膜：特点：压电特性不太好，但可以大量生产，面积大、柔软不易破碎，可用微压测量和机器人的触觉。第七节压电式传感器二.压电传感器的等效电路

第七节压电式传感器d）等效电荷源第七节压电式传感器

如图3-33所示。压电传感器可看作是电荷发生器，又是一个电容器。式中ε—压电材料的相对介电常数；δ—极板间距，即晶片厚度；

A—压电晶片工作面的面积。第七节压电式传感器

原则上讲，测量电荷值，必须不消耗极板上电荷，这在实现上是困难的，那么利用压电传感器测量静态或准静态，必须采取措施防止电荷从压电晶片经测量电路的漏失，（极高阻抗的负载），而动态测量时，在动态交变力作用下，可不断补充电荷，故压电传感器适合做动态测量。第七节压电式传感器

实际压电传感器往往用两个或两个以上并接或串接的晶片。一、并接

电容量大，输出电荷量大，时间常数大，宜于测缓变信号，宜于电荷量是输出的场合；第七节压电式传感器

串接时电容量小，输出电压大，适于以电压作输出信号和测量电路输入阻抗很高的场合。二、串接第七节压电式传感器

压电式传感器是一个具有一定电容的电荷源，电容器上的开路电压与电荷、电容的关系为第七节压电式传感器等效电荷源等效电压源第七节压电式传感器

当压电传感器接入测量电路，联接电缆的寄生电容就形成传感器的并联电容，后续电路的输入阻抗和传感器的漏电阻就形成泄漏电阻R0，为防止泄漏电阻造成电荷损失，通常要求，因此，传感器可近似为开路。>第七节压电式传感器三、测量电路

第七节压电式传感器

由于压电传感器的输出是很微弱的电荷，而且传感器的本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来困难。通常把传感器信号先输入到高输入阻抗低输出阻抗的前置放大器，经阻抗变换，方可用一般的放大、检波电路将信号输出给后续仪器。第七节压电式传感器1.将传感器高阻抗输出变换为低阻抗输出；前置放大器其作用：2.放大传感器输出的微弱信号。第七节压电式传感器1.电压放大器(voltageamplifier)

用电阻反馈的电压放大器，输出电压与输入电压（传感器输出）成正比。

电路简单，价格便宜。线性度，稳定性好，下限截止频率较高，且测量系统灵敏度与电缆长度有关。特点：第七节压电式传感器2．电荷放大器

(chargeamplifier)

电荷放大器是一个带电容负反馈的高增益运算放大器，其输出电压与输入电荷成正比。

电路复杂，价格昂贵。下限截止频率低，可低置至0.003Hz，且测量系统灵敏度与电缆长度无关。特点：第七节压电式传感器第七节压电式传感器四.应用

第七节压电式传感器

主要用于测量动态力与加速度。（因为作用在压电元件上产生的电荷具有在无泄漏的情况下才能保存，因此测量频率下限受到限制。在交变力作用下，电荷可得到不断补充，故适合于动态测量）。

第七节压电式传感器b)压力变送器a)加速度计，力传感器

第七节压电式传感器产品加速度计力传感器

第七节压电式传感器案例：1、测表面粗糙度

工件表面的起伏→触针上下移动→压电晶片产生电荷→引线输出的电信号与触针上下移动量成正比。第七节压电式传感器2、压电引爆力F撞击压电晶片→压电晶片产生电荷→两根线发生短路放电而产生火花→电雷管爆炸第七节压电式传感器3、煤气灶电子点火装置

开关往里压→打开气阀→旋转开关→弹簧受力并撞击压电晶体→压电晶体产生电荷→经高压线至燃烧盘产生高压放电产生火花→点燃煤气。第七节压电式传感器体积小，重量轻，结构简单，工作可靠，测量频率范围宽（所以特别适用于燃烧，爆炸及高频振动的测量）。特点：2.不适于静态测量；仪器结构较复杂。

第七节压电式传感器

第八节

热电式传感器semiconductortransducer工作原理：把被测量（主要是温度）转换为电量变化的一种装置，其变换是基于金属的热电效应。按照变换方式的不同，可分为热电偶与热电阻传感器。第八节热电式传感器一、热电偶第八节热电式传感器（一）热电偶的工作原理：

把两种不同的导体或半导体连接成图3-39所示的闭合回路，若将它们的两个接点分别置于温度为T及T0（T及T0）的热源中，则在该回路内就会产生热电动势，这种现象称为热电效应。第八节热电式传感器

在图3-39所示的热电偶回路中，所产生的热电动势由接触电动势和温差电动势两部分组成。

温差电动势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电动势。由于高温端（T）的电子能量比低温端的电子能量大，故由高温端运动到低温端的电子数较由低温端运动到高温端的电子数多，使得高温端带正电，而低温端带负电，从而在导体两端形成一个电势差，即温差电动势。第八节热电式传感器

当热电偶材料一定时，热电偶的总电动势EAB（T，T0）成为温度T和T0的函数差。即

若使冷端温度T0固定，则对一定材料的热电偶，其总电动势就只与温度T成单值函数关系式中C—由固定温度T0决定的常数。第八节热电式传感器关于热电偶回路有以下特点：⑴若组成热电偶的回路的两种导体相同，则无论两接点温度如何，热电偶回路中的总热电动势为零；⑵若热电偶两接点温度相同，则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路中的总热电动势也为零；第八节热电式传感器⑶

热电偶AB的热电动势与导体材料A、B的中间温度无关，而只与接点温度有关。⑷

热电偶AB在接点温度T1、T3时的热电动势，等于热电偶在接点温度为T1、T2和T2、T3时的热电动势总合；第八节热电式传感器⑸

在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势，这一性质称为中间导体定律；第八节热电式传感器⑹

当温度为T1、T2时，用导体A、B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的和，即

导体C称为标准电极（一般由铂制成），故把这一性质称为标准电极定律。第八节热电式传感器

目前，在我国被广泛使用的热电偶有：⑴铂铑—铂热电偶（WRLB）（二）热电偶分类特点：在1300℃以下范围可长时间使用,在良好的使用环境下可短期测量1600℃高温;复制精度和测量精度较高,可用于精密温度测量和作基准热电偶;在氧化性或中性介质中具有较高的物理化学稳定性;但热电动势较弱,在高温时易受还原性气体所发出的蒸汽和金属蒸汽的侵害而变质等。第八节热电式传感器⑵镍铬—镍硅（镍铬—镍铝）热电偶（WREU）特点：化学稳定性较高，可在氧化性或中性介质中长时间地测量900℃以下的温度，短期测量可达1200℃；若用于还原性介质中，则会很快受到腐蚀，在此情况下只能用于测量500℃以下温度；复制性好，产生热电动势大，线性好，价格便宜等优点。测量精度偏低，但能满足大多数工业测量的要求，是工业测量中最常用的热电偶之一。第八节热电式传感器⑶

镍铬—考铜热电偶（WREA）特点：适宜于还原性或中性介质，长期使用温度在600℃以下，短期测量可达800℃；热电灵敏度高、价格便宜但测温范围低且窄，考铜合金易受氧化而变质。第八节热电式传感器⑷

铂铑30—铂铑30（WRLL）热电偶特点：可长期测量1600℃的高温，短期测量可达1800℃；性能稳定、精度高，适于在氧化性或中性介质中使用，但它产生的热电动势小，且价格昂贵，冷端在40℃以下时，对热电动势可不必修正。第八节热电式传感器二、热电阻传感器第八节热电式传感器

利用电阻随温度变化的特点制成的传感器叫热电阻传感器，它主要用于对温度和与温度有关的参数测定。原理：

热电阻是由电阻体、绝缘套管和接线盒等主要部件组成，其中，电阻体是热电阻的最主要部分。第八节热电式传感器⑴铂电阻特点：精度高、稳定性好、性能可靠。铂在氧化性介质中，特别是在高温下的物理、化学性质都非常稳定；但在还原性介质中，特别是在高温下很容易被从氧化物中还原出来的蒸汽所污染，会使铂丝变脆，并改变其电阻与温度间的关系。用经验公式描述铂电阻的温度关系：第八节热电式传感器优点：测量范围为-50到150℃。铜电阻具有线性度好、电阻温度系数高以及价格便宜等优点。在其正常测量范围内，有⑵铜电阻缺点：电阻率小；当温度超过100℃时，铜容易氧化，因此它只能在低温和没有浸蚀性介质中工作。第八节热电式传感器1）铟电阻：高精度低温热电阻，可用于铂电阻不能使用的低温范围；材料很软，复制性差。⑶其他热电阻2）锰电阻：在2到63K的范围内，电阻随温度变化很大，灵敏度高；磁场对锰电阻影响不大，且有规律；脆性大，难以拉制成丝。3）碳电阻：在低温下灵敏度高、热容量小，适合作液氦温阈的温度计；对磁场不敏感、价格便宜、操作方便；热稳定性较差。第八节热电式传感器

第九节

光电传感器一、光电测量原理第九节光电传感器

光电传感器的工作基础是光电效应。用光照射某一物体，即为光子与物体的能量交换过程，这一过程中产生的电效应称为光电效应。光电效应按其作用原理又分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应。第九节光电传感器

在光照作用下,物体内的电子从物体表面逸出的现象称为外光电效应，亦称光电子发射效应。在这一过程中光子所携带的电磁能转换为光电子的动能。（一）外光电效应第九节光电传感器

金属中存在大量的自由电子，通常它们是不能离开金属表面。但当电子从外界获取到等于或大于电子逸出功的能量时，便可离开金属表面。为使电子在逸出时具有一定的速度，就必须使电子具有大于逸出功的能量。第九节光电传感器

当物体受到光辐射时，其中的电子吸收了一个光子的能量，该能量的一部分用于使电子由物体内部逸出所作的逸出功A，另一部分则为逸出电子的动能。

上式称为爱因斯坦光电效应方程式，它阐明了光电效应的基本规律。第九节光电传感器由上式可知：⑴光电子逸出表面的必要条件是。对每一种光电阴极材料，均有一个确定的光频率阈值。当入射光频率低于该值时，无论入射光的强度多大，均不能引起光电子发射；反之，入射光频率高于阈值频率，即使光强极小，也会有光电子发射，且无时间延迟。第九节光电传感器⑵当入射光频率成分不变时，单位时间内发射的光电子数与入射光光强成正比。光强愈大，意味着入射光子数多，逸出的光电子数亦愈多。第九节光电传感器⑶对于外光电效应器件来说，只要光照射在器件阴极上，即使阴极电压为零，也会产生光电流，这是因为光电子逸出时具有初始动能。要使光电流为零，必须使光电子逸出物体表面时的初速度为零。为此要在阳极加一反射截止电压U0，使外加电场对光电子所作的功等于光电子逸出时的动能，即：第九节光电传感器

反向截止电压仅与入射光频率成正比，与入射光光强无关。

外光电效应器件有光电管和光电倍增管等。第九节光电传感器

在光照作用下，物体的导电性能如电阻率发生改变的现象称内光电效应，又称光导效应。在光辐射作用下，物体内部的原子吸收光能量，获得能量的电子摆脱原子束缚成为物体内部的自由电子，从而使物体的导电性发生改变。内光电效应不发生电子逸出。（二）内光电效应内光电效应器件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管。第九节光电传感器

在光线照射下能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏打效应。基于光生伏打效应的器件有光电池，光电池广泛用于把太阳能直接转换成电能，亦称为太阳能电池。（三）光生伏打效应第九节光电传感器光电池的作用原理

+++---PN第九节光电传感器

一般光电池有硒、硅、硫化镉，使用较广者为硅光电池。

光电池直接将光能转换成电能；受光照射时，可直接输出电势，实质上是一个电源。用光照射时，在PN结附近，由于吸收了光子能量而产生电子与空穴，此称之为光生载流子。第九节光电传感器二、光电元件第九节光电传感器

光电管主要两种结构形式（见图3-45），图a中光电管的光电阴极K由半圆筒形金属片制成，用于在光照射下发射电子。阳极A为位于阴极轴心的一根金属丝，用于接收阴极发射电子。（一）真空光电管或光电管第九节光电传感器

光电管的特性主要取决于光电阴极材料，不同的阴极材料对不同波长的光辐射有不同的灵敏度。表征光电阴极材料特性的主要参数是它的频谱灵敏度、红限和逸出功。第九节光电传感器

光电倍增管在光电阴极和阳极之间装了若干个“倍增极”，或叫“次阴极”。倍增极上涂有在电子轰击下能反射更多电子的材料，倍增极的形状和位置设计成正好使前一级倍增极反射的电子继续轰击后一级倍增极。在每个倍增极间依次增大加速电压，如图3-47a所示。（二）光电倍增管第九节光电传感器第九节光电传感器

某些半导体材料（如硫化镉等）受到光照时，若光子能量大于本征半导体材料的禁带宽度，价带中的电子吸收一个光子后便可跃迁到导带，从而激发出电子-空穴对，于是降低了材料的电阻率，增强了导电性能。阻值的大小随光照的增强而降低，且光照停止后，自由电子与空穴重新复合，电阻恢复原来的值。（三）光敏电阻(photosensitiveresistance)

第九节光电传感器第九节光电传感器

光敏电阻的特点：灵敏度高、光谱响应范围宽，可从紫外一直到红外，且体积小、性能稳定，因此广泛用于测试技术。第九节光电传感器⑴光电流、暗电阻、亮电阻：光敏电阻在未受到光照条件下呈现的阻值称为“暗电阻”，此时通过的电流称为“暗电流”。光敏电阻在特定光照条件下呈现的阻值称为“亮电阻”，此时通过的电流称为“亮电流”。亮电流与暗电流之差称为“光电流”。光电流的大小表征了光敏电阻的灵敏度大小。一般希望暗电阻大（暗电流小），亮电阻小（亮电流大），这样相应的光电流大。

光敏电阻的主要特征参数有以下几种：第九节光电传感器⑵光照特性：光敏电阻的光电流I与光通量F的关系曲线称为光敏电阻的光照特性。一般来说光敏电阻的光照特性曲线呈非线性，且不同材料的光照特性不同。⑶

伏安特性：在一定光照下，光敏电阻两端所施加的电压与光电流之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。当给定偏压时，光照度越大，光电流越大；在一定的照度下，所加电压越大，光电流也越大，且无饱和现象。第九节光电传感器⑷光谱特性：对不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不一样的。光敏电阻的光谱特性与材料性质、制造工艺有关。⑸响应时间特性：光敏电阻的光电流对光照强度的变化有一定的响应时间，通常用时间常数来描述。光敏电阻自光照停止到光电流下降至原值的63%时所经过的时间称为光敏电阻的时间常数。不同的光敏电阻的时间常数不同，因而其响应时间特性也不同。第九节光电传感器

光敏电阻阻值的变化与光波波长有关，不同材料的光谱特性不同，要据入射光波长选择材料。第九节光电传感器⑹光谱温度特性：温度升高时，暗电流和灵敏度下降。温度的变化影响到光敏电阻的光谱特性，因此有时为了提高光敏电阻对较长波长光照（如远红外光）的灵敏度，要采用降温措施。用途：光敏电阻一般用作开关式光电传感器第九节光电传感器

光敏晶体管分光敏二极管和光敏三极管。光敏二极管的敏感元件是一个具有光敏特性的PN结，如图a。（四）光敏晶体管

结构简化模型

基本电路第九节光电传感器

光敏三极管有两个PN结，其把光信号转换为电信号的同时，将信号电流放大。结构简化模型

基本电路第九节光电传感器（1）光照特性：光敏二极管特性曲线的线性度要要与光敏晶体管，这与三极管的放大特性有关。（2）伏安特性：在不同照度下，光敏二极管和光敏三极管的伏安特性曲线跟一般晶体管在不同基极电流时的输出特性一致。但是光敏三极管的光电流比光敏二极管的光电流大数百倍。此外，光敏二极管在零偏压时仍有输出。

光敏晶体管的基本特性有：第九节光电传感器（3）光谱特性：入射波长增加时，光敏晶体管的相对灵敏度均下降；当入射波长缩短时，光敏晶体管的灵敏度也会下降。（4）温度特性：光敏晶体管的暗电流受温度变化的影响较大，而输出电流受温度变化的影响较小。使用时需采取温度补偿措施。（5）响应时间：光敏管的输出与光照之间有一定的响应时间，与光敏元件所用的材料有关。

光敏晶体管的基本特性有：第九节光电传感器三、光电传感器的应用第九节光电传感器

光电传感器可应用于检测多种非电量。由于光通时对光电元件作用方式的不同所涉及的光学装置是多种多样的，按其输出性质可分为两类：第九节光电传感器

把被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值对应关系。有以下几种：（一）模拟量光电传感器⑴被测量是光源。可用于光电比色高温计中。第九节光电传感器⑵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。第九节光电传感器⑶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。第九节光电传感器⑷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，由此改变了照射到光电元件上的光通量。第九节光电传感器

把被测量转换成断续变化的光电流，而自动检测系统输出的为开关量或数字电信号。属于这一类的传感器大多用在光机电结合的检测装置中。如电子计算机的光电输入机、转速表的光电传感器与用于精确角度测量的光电式编码器。（二）开关量光电传感器

光电传感器已在机床业的数控、自动化及计量业中广泛应用。第九节光电传感器

角度-数字编码器结构广泛用于简易数控机械系统中。按工作原理可分为脉冲盘式和码盘式两种。⑴脉冲盘式角度-数字编码器

脉冲盘式角度-数字编码器的结构如图3-51所示。第九节光电传感器电脉冲数等于转过的缝隙数。若将得到的脉冲信号送到计数器中，则计数码即可反映圆盘转过的角度。图3-51脉冲盘式角度-数字编码器结构示意图第九节光电传感器

若采用两套光电转换装置，使其相对位置有一定的关系，以保证它们产生的信号在相位上相差1/4周期，这样可判断轴的旋转方向。如图3-52所示。第九节光电传感器⑵码盘式角度-数字编码器

码盘式角度-数字编码器是按角度直接进行编码的传感器，通常把它装在检测轴上。按其结构可把它分为接触式、光电式和电磁式。码盘结构如图3-53所示。第九节光电传感器第九节光电传感器

如图3-53a为一个接触式四位二进制码盘，涂黑部分为导电区。所有导电部分连接在一起接高电位，空白部分为绝缘区。在每圈码道上都有一个电刷，电刷经电阻接地。当码盘与轴一起转动时，电刷上将出现相应的电位，对应一定的数码。第九节光电传感器

若采用n位码盘，则能分辨的角度为

位数n越大，能分辨的角度越小，测量精度越高。二进制码盘很简单，但实际应用中对码盘的制作和电刷（或光电元件）的安装要求十分严格，否则就可能产生无法估计的很大的数值误差，这种误差称为非单值性误差。第九节光电传感器

为了消除非单值误差，通常用循环码代替二进制码（见图3-53b）。循环码的特点是相邻的两个数码只有一位是变化的。

接触式码盘优点：简单、体积小、输出信号功率大；缺点：有磨损、寿命短、转速不能太高。第九节光电传感器⑶光电式角度-数字编码器

码盘结构如图3-54所示。第九节光电传感器四、应用实例第九节光电传感器

转速、位移，实现自动检测和控制。

排种监控或计件

应用：转速测量数字频率计第九节光电传感器

扭矩→光栅盘相对开度变化→光电流成比例变化→据电流的变化可知扭矩光栅盘第九节光电传感器照相机自动测光光控灯工业控制第九节光电传感器第九节光电传感器第九节光电传感器第九节光电传感器第九节光电传感器第九节光电传感器

第十节

光纤传感器opticalfiber一、光纤结构及传光原理

第十节光纤传感器

光纤一般为圆柱形结构，由纤心n1

、包层n2和保护层n3组成。且折射率n3>>n2n2

<n1。第十节光纤传感器：向前传播：消失数值孔径NA第十节光纤传感器二、分类

第十节光纤传感器

不仅起着传输光信号的作用，又是敏感元件。利用光纤本身感受被测物理量作用而发生变化的特性来工作。仅起传输信号作用，不是敏感元件。

功能型：传光型：第十节光纤传感器功能型

当压力引起光纤变形时，其传输特性就会变化。

由于压力引起膜片位置变化，则输入信号也发生变化传光型膜片

第十节光纤传感器三、应用

第十节光纤传感器光纤检测型光电传感器颜色检测第十节光纤传感器第十节光纤传感器第十节光纤传感器第十节光纤传感器第十节光纤传感器

第十一节

半导体传感器semiconductortransducer

半导体材料有一个重要特性是对光、热、力、磁、气体、湿度等理化量敏感，那么利用半导体材料这些特性，可作为非电量电测的转换元件。第十一节半导体传感器1.物性型，结构简单，体积小；2.功耗低，寿命长；3.灵敏度高，响应快，易于集成化。

1.输入、输出非线性，需要用线性化电路，2.受温度影响大，需要用温度补偿，3.性能参数分散性大。优点：缺点：第十一节半导体传感器一、磁敏传感器(一)霍尔元件第十一节半导体传感器

霍尔元件是一半导体磁电元件，在元件的控制电流端通以电流，并在元件平面法线方向上，施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生一个电势VH，其大小正比于电流强度和磁感应强度B的乘积，这一现象称为霍尔效应。原理：第十一节半导体传感器（一）、霍尔效应

第十一节半导体传感器

电势VH称为霍尔电势，其大小为——霍尔常数

；

——输入端控制电流；B——磁感应强度；

——电流与磁场方向夹角。

第十一节半导体传感器

据此，若改变B或，就可改变，那么就可以将被测参数转化为B或的变化，而进一步转化为电压的变化。第十一节半导体传感器（二）、应用

1、线位移(linedisplacement)

变化相当于B变化

变化，测得可知第十一节半导体传感器2、角位移(angledisplacement)

角位移相当于B变化

变化测得，可知第十一节半导体传感器3、转速(rotatespeed)

转动脉冲频率与转速成正比

第十一节半导体传感器4、无触点接近开关

运动导轨带动磁铁，到达元件上方时，便有输出，经放大控制元件的进一步动作，致使车床走刀自动停止。运动导轨第十一节半导体传感器5、无损探伤

第十一节半导体传感器

结构简单、体积小，频率范围宽，动态范围大，寿命长，但受温度影响较大。特点：第十一节半导体传感器二、热敏电阻第十一节半导体传感器

利用半导体电阻温度系数显著变化的特性，制成热敏元件，具有负的温度系数，即随温度上升而阻值下降。原理：第十一节半导体传感器RT第十一节半导体传感器第十一节半导体传感器1）灵敏度高，可测量0.001～0.005℃微小温度的变化；2）热敏电阻元件可制成片状、柱状，直径可小到

0.2mm，由于体积小，热惯性小，响应速度快，时间常数可小到毫秒级；3）元件本身的电阻值可在3～700kΩ之间选择，在-50～350℃范围内具有良好的稳定性。非线性，对环境温度敏感。优点：缺点：第十一节半导体传感器产品第十一节半导体传感器温控器应用还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等第十一节半导体传感器三、气敏传感器

第十一节半导体传感器烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器

如生活环境中一氧化碳浓度达0.8～1.15ml/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。第十一节半导体传感器

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、乙醇等时，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。

第十一节半导体传感器第十一节半导体传感器第十一节半导体传感器实验室中的传感器第十一节半导体传感器燃气报警器烟雾报警器

第十一节半导体传感器第十一节半导体传感器检测厨房内的可燃性气体第十一节半导体传感器四、湿敏传感器

第十一节半导体传感器原理：当水分子附着在半导体陶瓷上，使陶瓷表面层的电阻值明显下降。随着湿度的增加，半导体陶瓷的阻值可下降三至四个数量级。第十一节半导体传感器应用第十一节半导体传感器湿敏传感器嵌入玻璃的加热电阻丝第十一节半导体传感器五、固态图像传感器

第十一节半导体传感器

采用光电转换原理，将被测物体的光像转换为电子图像信号输出的一种大规模集成电路光电器件，常称CCD器件（电荷耦合器件），其工作过程是：首先由光电学系统将被测系统将被测物体成像在CCD的受光面上，受光面下的许多光敏单元形成了许多象素点，这些象素点将按它的光强转换成电荷信号并存储；然后在时钟脉冲信号控制下，将反映光像的被存储的电荷信号读取并顺序输出，从而完成从光图像到电信号的转化过程。

原理：第十一节半导体传感器

CCD的基本结构，是在N型或P型硅衬底上生成厚约120nm的二氧化硅层，然后在该二氧化硅层上依一定次序沉淀金属电极，形成MOS(金属－氧化物－硅)电容器阵列，最后加上输入、输出端便形成CCD器件，具有电荷的产生、存储和转移的功能。

第十一节半导体传感器

在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS单元，如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像。第十一节半导体传感器图像传感器工作示意图

通过透镜将工件放大成像于CCD传感器上，在时钟脉冲信号控制下，将CCD输出信号处理并显示。可实现对工件形状和尺寸的非接触自动测量。第十一节半导体传感器

小型轻便，响应快，灵敏度高，稳定性好，以光为媒介可以到达危险的地点。1.物位，尺寸，形状，工件损伤等。2.作为光学信息处理的输入环节，如图像识别技术中的输入环节。3.自动生产过程的控制敏感元件。特点：应用：第十一节半导体传感器七、集成传感器第十一节半导体传感器

第十二节

红外测试系统一、红外辐射第十二节半导体传感器

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。

经外线的波长大致在0.76~1000m的范围内，相对应的频率大致在4×104~3×1011Hz之间。通常根据红外