《检测与传感技术》课件-项目8 其他类型的传感器

铁道机车专业教学资源库检测与传感技术任务8.1霍尔传感器任务8.2压电传感器项目8其他类型的传感器任务8.3超声波传感器任务8.4光纤、红外、激光传感器8.1霍尔传感器霍尔传感器的工作原理

半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。磁感应强度B为零时的情况cdab磁感应强度B较大时的情况作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔传感器的工作原理霍尔效应演示cdab霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力，即磁场对运动电荷的作用力。

设霍尔片的长度为l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，它受到洛仑兹力

q—电子电量(1.62×10-19C)；v—电子运动速度同时，作用于电子的电场力UH为霍尔电压EH为霍尔电场的强度霍尔传感器的工作原理当洛伦兹力和电场力大小相等的时候就达到了平衡，即：fL+fE=0。于是就产生了霍尔电势。CDEH霍尔传感器的工作原理霍尔电压UH可由下式表示：KH为霍尔灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压大小。RH为霍尔常数，反映材料霍尔效应的强弱。d为霍尔元件的厚度霍尔传感器的工作原理霍尔元件材料为什么必须用半导体材料？用金属材料可以么？霍尔元件材料为什么必须用薄片？用厚片可以么？问题：霍尔常数RH大小取决于导体的载流子密度：霍尔常数RH=1/(n*q)式中，n为载流子密度，q为电子电量(1.62×10-19C)。在一般金属中，载流子的密度很大，所以金属材料的霍尔常数很小,霍尔效应不明显;所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔电压UH与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。问题：磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势

若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度

时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos

，这时的霍尔电压与法线的夹角的余弦成正比：UH=KHIBcos

磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电压为同频率的交变电势。acdb霍尔传感器的结构特点材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟灵敏度低、温度特性及线性度好灵敏度最高、受温度影响大最常用霍尔元件的主要外特性参数(1)输入电阻和输出电阻输入电阻：电流激励端间的直流电阻输出电阻：霍尔电极之间的等效直流电阻(2)额定控制电流额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10℃温升时，对应的控制电流（激励电流）。激励电流越大，霍尔电动势越高。霍尔元件的主要外特性参数（3）不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。即未加磁场时的输出电压。不等位电势是由霍尔电极2和2’之间的电阻决定的，r0称不等位电阻。原因：两个霍尔电极不在同一等位面上材料不均匀、工艺不良霍尔元件的主要外特性参数(4)最大磁感应强度T（要求工作在线性区）上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少高斯至正的多少高斯？（1T＝104Gs）线性区B霍尔元件的主要外特性参数（5）霍尔电压的温度特性在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化1℃时，霍尔电压变化的百分率。霍尔元件的主要外特性参数（6）最大激励电流IM由于霍尔电压随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。以下哪一个激励电流的数值较为妥当？8μA0.8mA8mA80mA霍尔元件的基本测量电路

RH为霍尔常数霍尔元件的误差分析1、零位误差及补偿半导体固有特性半导体制造工艺缺陷零位误差温度误差原因：不等位电动势寄生直流电动势电极和引线布置不合理A、B同一等位面：U0=0、电桥平衡A、B非同一等位面：U0

≠0、电桥不平衡电桥补偿原理：在阻值较大的桥臂上并联电阻等效造成不等位电压的原因：不等位、元件电阻率不均匀；厚度不均匀（1）不等位电压霍尔元件的误差分析（a）（b）（c）霍尔元件的误差分析（2）寄生直流电压当霍尔元件通过交流控制电流而不加磁场时，霍尔电压除了交流不等位电压外，还有直流电压分量，即寄生直流电压。形成原因：霍尔元件的两对电极不是完全欧姆接触而形成整流效应；霍尔电极的焊点大小不等（热容量不同引起温差电势）霍尔元件的误差分析温度误差及其补偿温度误差产生原因：霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔常数都是温度的函数。当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电压、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。减小霍尔元件的温度误差★选用温度系数小的元件★采用恒温措施★采用恒流源供电恒流源温度补偿电路霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数。大多数霍尔元件的温度系数α为正值，它们的霍尔电势随温度的升高而增加。同时，让控制电流I相应地减小，能保持KHI不变就抵消了灵敏系数值增加的影响。如右图，当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流I2。霍尔传感器的应用霍尔电势是关于I、B、

三个变量的函数，即UH=KHIBcos

。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。霍尔式传感器的应用优点:

结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好、寿命长应用：电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数；自动检测系统：多用于位移、压力的测量。霍尔特斯拉计（高斯计）霍尔元件测量物体于空间上一个点的静态或动态（交流）磁感应强度霍尔高斯计（特斯拉计）的使用霍尔元件磁铁霍尔传感器用于测量磁场强度霍尔元件测量铁心气隙的B值霍尔转速表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。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、整形后可以确定被测物的转速。SN线性霍尔磁铁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，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。霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用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和保持车轮的转动，有助于控制刹车力的大小和防止侧偏。带有微型磁铁的霍尔传感器钢质霍尔霍尔式接近开关当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。霍尔式接近开关用于转速测量演示n=60f4(r/min)软铁分流翼片

开关型霍尔ICT霍尔电流传感器将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。霍尔电流传感器演示铁心线性霍尔ICI’I’其他的

霍尔电流传感器其他的

霍尔电流传感器

（续）霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌豁口霍尔钳形电流表演示直流200A量程被测电流的导线未放入铁心时示值为零70.9A霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心手指按下此处，将钳形表的铁心张开将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中问题：将空调电源的“三芯护套线”夹到钳形表的环形铁心中，钳形表的示值为多少？为什么？霍尔钳形电流表的使用（续）叉形钳形表漏磁稍大，但使用方便用钳形表测量电动机的相电流霍尔式

电流谐波分析仪

被测电流的谐波频谱铁心的开合缝隙

铁心的杠杆压舌自动凭票供水装置控制电路自动凭票供水装置工作原理8.2压电传感器压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现测量非电量的目的。压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等。压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结构坚固、可靠性、稳定性高。历史沿革1903年居里兄弟皮埃尔与杰克斯发现压电效应。正、逆压电效应某些电介质物质，在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种将机械能转变为电能的现象，称为“正压电效应”。相反，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。这种将电能转换为机械能的现象，称为“逆压电效应”。石英晶体的压电效应演示当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。压电材料的分类及特性压电传感器中的压电元件材料一般有三类：一类是压电晶体（如上述的石英晶体）；另一类是经过极化处理的压电陶瓷；第三类是高分子压电材料。石英晶体天然形成的石英晶体外形石英晶体切片及封装石英晶体薄片双面镀银并封装石英晶体振荡器（晶振）石英晶体在振荡电路中工作时，正压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。石英的化学式为SiO2，在一个晶体单元中，有三个硅离子和六个氧离子，后者是成对的，所以一个硅离子和两个氧离子交替排列。当没有力作用时，硅离子和氧离子在垂直于晶体Z轴的XY平面上的投影恰好等效为正六边形排列，如图a示。这时正负离子正好分布在正六边形的顶角上，呈现电中性。－－－－－－石英晶体的压电效应如果沿X方向压缩，如图b所示，则硅离子1被挤入氧离子2和6之间，而氧离子4被挤入硅离子3和5之间，结果表面A上呈现负电荷，而在表面B上呈现正电荷。这一现象称为纵向压电效应。若沿Y方向压缩，如图c所示，硅离子3和氧离子2，以及硅离子5和氧离子6都向内移动同样的数值，故在电极C和D上不呈现电荷，而在表面A和B上，即在X轴的端面上又呈现电荷，但与图b的极性正好相反，这时称为横向压电效应。石英晶体的压电效应从研究的模型同样可以看出：如果是使其伸长而不是压缩时，则电荷的极性正好相反。总之，石英等单晶体材料是各向异性的物体，在X或Y轴向施力时，在与X轴垂直的面上产生电荷，电场方向与X轴平行，在Z轴方向施力时，不能产生压电效应。石英晶体的压电效应压电效应式中，Q为电荷[量]；d为压电常数，与材质及切片方向有关；f为作用力。Q=dfyxzO石英晶体的压电效应压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，它比石英晶体的压电灵敏度高得多，而制造成本却较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷（如BaTiO3钛酸钡等）。压电陶瓷的压电效应压电陶瓷是一种多晶铁电体，它是具有电畴结构的压电材料。电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向。在无外电场作用时，各个电畴在晶体中无规则排列，它们的极化效应互相抵消。因此，在原始状态，压电陶瓷呈现中性，不具有压电效应。当在一定的温度条件下，对压电陶瓷进行极化处理，即以强电场使电畴规则排列，这时压电陶瓷就具有了压电性，在极化电场去除后，电畴基本上保持不变，留下了很强的剩余极化。

a)极化前

b)极化

c)极化后压电陶瓷的极化过程压电陶瓷外形

经过极化处理的压电陶瓷，在外电场去掉后，其内部仍存在着很强的剩余极化强度，当压电陶瓷受外力作用时，电畴的界限发生移动，因此剩余极化强度将发生变化，压电陶瓷就呈现出压电效应。压电陶瓷的压电效应超声波美容仪器用压电陶瓷晶片医用B超换能器用晶片压电陶瓷的压电效应高分子压电材料典型的高分子压电材料有聚偏二氟乙烯（PVF2或PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、改性聚氯乙烯（PVC）等。它是一种柔软的压电材料，可根据需要制成薄膜或电缆套管等形状。它不易破碎，具有防水性，可以大量连续拉制，制成较大面积或较长的尺度，价格便宜，频率响应范围较宽。高分子压电薄膜及拉制高分子压电材料制作的压电薄膜和电缆

压电式脚踏报警器高分子压电薄膜制作的压电喇叭

（逆压电效应）单片压电元件产生的电荷量甚微，为了提高压电传感器的输出灵敏度，在实际应用中常采用两片或两片以上同型号的压电元件黏结在一起。串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压为输出量及测量电路输入阻抗很高的场合；并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。压电元件的串联和并联接法压电元件的结构形式压电传感器的等效电路压电元件受力作用时产生电荷，因此它可以等效为一个电容器，所以压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正负电荷Ｑ，压电元件产生开路电压Ｕ。压电元件的等效电路a）结构图 b）等效电荷源 c）等效电压源压电元件的等效电路压电传感器的等效电路(a)等效为一个电荷源Q与一个电容Ca并联的电路(b)等效成一个电源U=Q/Ca

和一个电容Ca的串联电路测量电路前置放大器的作用：一是放大压电元件的微弱信号；二是高阻抗输入变为低阻抗输出。压电传感器产生的电荷很少，信号微弱，而自身又要有极高的绝缘电阻，因此需经测量电路进行阻抗变换和信号放大，且要求测量电路输入端必须有足够高的阻抗和较小的分布电容，以防止电荷迅速泄漏，电荷泄漏将引起测量误差。压电式加速度传感器压电式加速度传感器输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量仪器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试件的振动速度或位移。当传感器感受振动时，质量块感受与传感器基座相同的振动并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片压电效应，两个表面上就产生交变电荷，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比。测量压力它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压力式力传感器和测力锤它利用石英晶体的纵向压电效应，将“力”转换成“电荷”，并通过二次仪表转换成电压，具有气密性好、硬度高、刚度大、动态响应快等优点。可以测量动态力、准静态力和冲击力。压电式压力传感器压电式压力传感器特性传感器上盖为传力元件。当外力作用时,它将产生弹性变形,将力传递到石英晶片上。2）压电式周界报警系统（用于重要位置出入口、周界安全防护等）将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克风或听音器的作用，可在几十米范围内探测人的步行,对轮式或履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统的输出波形。1）行驶中称重：其主要用途是高速公路车辆超重超载监测的预选和桥梁超载警告系统，既判断正在高速行驶中的车辆，尤其是驶过桥梁的车辆是否超载，由视频系统拍下车牌号记录在案，并根据超载量罚款。压电传感器的应用3）交通监测

将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。压电传感器的应用高分子压电电缆的应用演示将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。当轮胎经过传感器A时，启动电子时钟，当轮胎经过传感器B时，时钟停止。两个传感器之间的距离一般是3米，或比3米短一些(可根据需要确定)。传感器之间的距离已知，将两个传感器之间的距离除以两个传感器信号的时间周期，就可得出车速。将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。粘贴位置压电式玻璃破碎报警器压电式玻璃破碎报警器将厚约0.2mm左右的PVDF薄膜裁制成10

20mm大小。在它的正反两面各喷涂透明的二氧化锡导电电极，再用超声波焊接上两根柔软的电极引线。并用保护膜覆盖。使用时，用瞬干胶将其粘贴在玻璃上。当玻璃遭暴力打碎的瞬间，压电薄膜感受到剧烈振动，表面产生电荷Q，在两个输出引脚之间产生窄脉冲报警信号。PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，在医用传感器中应用很普遍。它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点，可用于脉搏心音等人体信号的检测。脉搏心音信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等可为医生提供可靠的诊断依据。压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用超声波传感器是将声信号转换为电信号的声电转换装置，习惯上又称为超声波转换器或超声波探头。它是利用超声波产生、传播及接收的物理特性工作的。8.3超声波传感器

次声波

分类可闻声波

超声波声波次声波

频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。频率20Hz—20KHz可闻声波频率高于20KHz

蝙蝠能发出和听见超声波依靠超声波捕食超声波当超声波由一种介质入射到另一种介质时,由于在两种介质中传播速度不同,在介质面上会产生反射、折射和波形转换等现象。声波超声波传感器概述利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等,而以压电式最为常用。

超声波传感器概述压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷,这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来工作的。

超声波传感器概述超声波传感器有发射、接收两部分发射元件—利用压电材料的逆压电效应，将高频电振动转换为机械振动产生超声波。接收元件—利用压电材料的正压电效应，将超声波振动转换为电信号。目前市场销售的超声波传感器产品，通常标有谐振中心频率：23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz。

超声波传感器的工作原理典型外形及符号利用压电效应的原理制成，是利用了逆压电效应，即施加如40KHz高频电压，压电片根据所加的高频电压极性伸长或缩短，于是发射频率是40KHz的超声波。经被测物反射后接收器接受，再利用压电材料的正压电效应，转换成电荷，经测量转换电路，记录或显示结果。压电式超声波探头的结构图超声波探头结构如图所示,主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜组成。压电晶片多为圆板形,厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压电晶片的两面镀有银层,作导电的极板。阻尼块的作用是降低晶片的机械品质,吸收声能量。如果没有阻尼块,当激励的电脉冲信号停止时,晶片将会继续振荡,加长超声波的脉冲宽度,使分辨率变差。超声波探头超声波探头实物图超声波传感器的特性1、频率特性：发射与接受的灵敏度都以中心频率向两边逐渐降低。在使用中，一定用接近中心频率的交流电压来驱动超声波发生器。产品通常标有谐振中心频率：23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz。2、超声波传感器的指向性：超声波的指向性为超声波能量集中在一定区域并向一个方向辐射的现象。频率越高，指向角越小，越适合检测。3、超声波传感器的温度特性：一般说温度越高，中心频率、灵敏度、输出声压电平越低。宽范围环境温度使用时，需温度补偿。超声波传感器的特性应用：超声波物位传感器超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声脉冲开始,到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知,就可以求出分界面的位置,利用这种方法可以对物位进行测量。根据发射和接收换能器的功能,传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波均使用一个换能器,而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。

几种超声波物位传感器的结构原理示意图应用：超声波物位传感器上图给出了几种超声物位传感器的结构示意图。超声波发射和接收换能器可设置水中,让超声波在液体中传播。由于超声波在液体中衰减比较小,所以即使发生的超声脉冲幅度较小也可以传播。超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方,让超声波在空气中传播,这种方式便于安装和维修,但超声波在空气中的衰减比较厉害。对于单换能器来说,超声波从发射到液面,又从液面反射到换能器的时间为：（h为液体深度）h—换能器距液面的距离

v—超声波在介质中传播的速度应用：超声波物位传感器对于双换能器来说,超声波从发射到被接收经过的路程为2s,而s=因此液位高度为

h=（s2-a2）1/2式中:s—超声波反射点到换能器的距离;a—两换能器间距之半。

应用：超声波物位传感器从以上公式中可以看出,只要测得超声波脉冲从发射到接收的间隔时间,便可以求得待测的物位。超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点,但若液体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用条件下,它的测量误差为±0.1%,检测物位的范围为10-2～104m。

应用：超声波物位传感器探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度

：

应用：超声波测厚度超声波测厚石料测厚

某超声波测厚仪指标

显示方法∶128*32LCD点阵液晶显示（带背光）

显示位数：四位

测量范围：0.8~200mm

示值精度：0.1mm

声速范围：1000~9999m/s

测量周期：2次/秒

自动关机时间：90秒

电源：二节七号（AAA）电池，可连续工作不少于72小时

使用温度：-10°C~40°C

存储温度：-20°C~70°C

外形尺寸：108x61x25mm

重量：230g（含电池）纸卷直径检测叠放高度测量透明塑料张力控制超声波传感器在线测量质量检查紧固件的安装错误检测物件放置错误检测

流水线计数超声防盗报警器图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。发射器发射出频率f=40kHz左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速度为v，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移

f。（如果波源和观察者之间有相对运动，那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了，这种现象叫做多普勒效应。）多普勒效应：声波频率在声源移向观察者时变高,而在声源远离观察者时变低。如：当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音越来越高；而车离去的时候声音越来越低。超声波用于高效清洗当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力，这种现象被称之为“空化作用”。超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声换能器气泡波浪清洗物超声波用于高效清洗无损探伤人们在使用各种材料（尤其是金属材料）的长期实践中，观察到大量的断裂现象，它曾给人类带来许多灾难事故，涉及舰船、飞机、轴类、压力容器、宇航器、核设备等。路轨断裂事故无损探伤的方法对缺陷的检测手段有破坏性试验和无损探伤。由于无损探伤以不损坏被检验对象为前提，所以得到广泛应用。无损检测的方法：铁磁材料采用磁粉检测法导电材料采用电涡流法非导电材料采用荧光染色渗透法

放射线（x光、中子）照相检测法超声波探伤法

表面探伤内部探伤磁粉检测法磁悬液磁粉检测仪将磁悬液喷洒在工件表面，将磁粉检测头夹持在被测工件上，通以数百安培的电流，工件中将产生磁场，工件表面的裂纹可因磁粉的不均匀分布而显示出来。X光探伤将x光发生器对准被测位置，将感光片贴在物体背面，人离开后通上高压电，再将感光片冲洗出影像，即可观察到缺陷.超声波探伤超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探伤手段。它既可检测材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的缺陷，这是X光探伤所达不到的深度。A型超声探伤反射波形裂纹超声波探伤分类（1）A型超声探伤:A型探伤的结果以二维坐标图形式给出。它的横坐标为时间轴，纵坐标为反射波强度。可以从二维坐标图上分析出缺陷的深度、大致尺寸，但较难识别缺陷的性质、类型。（2）B型超声探伤:B型超声探伤的原理类似于医学上的B超。它将探头的扫描距离作为横坐标，探伤深度作为纵坐标，以屏幕的辉度（亮度）来反映反射波的强度。它可以绘制被测材料的纵截面图形。

超声波探伤分类（3）C型超声探伤:目前发展最快的是C型探伤，它类似于医学上的CT扫描原理。计算机控制探头中的三维晶片阵列（面阵），使探头在材料的纵、深方向上扫描，因此可绘制出材料内部缺陷的横截面图，这个横截面与扫描声束相垂直。横截面图上各点的反射波强通过相对应的几十种颜色，在计算机的高分辨率彩色显示器上显示出来。经过复杂的算法，可以得到缺陷的立体图像和每一个断面的切片图像。B型超声探伤—超声波在医学检查中的应用

胎儿的B超影像CT（电子计算机断层扫描）CT全称为电子计算机X射线断层扫描技术（ComputedTomography），它是利用X射线对人体进行体层检查。CT检查可以这么理解：X线的扫描等于把人体压成一张薄薄的纸来观察，但是只有一个方向，CT就是把人切成一个个薄片，相当于多层的X线扫描。钢轨探伤车滑板式探头高速钢轨探伤车铁路钢轨探测用的滚轴式探头（也称做轮式探头）超声探伤仪构件的超声探伤A型超声波探伤应用起始波缺陷反射波底波工件缺陷A型超声波探伤演示A型探伤超声探伤的计算设：显示器的x轴为10

s/div(格)，现测得B波与T波的距离为6格，F波与T波的距离为2格。已知纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m/s。求：1）t

及tF；

2）钢板的厚度

及缺陷与表面的距离xF。解：1）t

=10

s/div×6div=0.06mstF=10

s/div×2div=0.02ms2）纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m/s，则厚度

=CLt

/2=5.9×103×0.06×10-3/2=0.177m表面的距离xF=CLt

/2=5.9×103×0.02×10-3/2=0.059m8.4

红外传感器

光纤传感器

激光传感器红外传感器不同的颜色和亮度代表不同的温度

任何物体只要温度高于绝对零度（-273.15℃），内部原子就会作无规则运动，并不断地辐射出热红外能量。红外探测器可将物体辐射的红外功率信号转换成电信号，在计算机成像系统的显示屏上，将得到与物体表面热分布相对应的热像图。

红外热成像原理光学成像物镜对准被测目标，被测物的红外辐射能量成像在红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，一般工作在8~14μm波段上。人眼的视场与客观世界光辐射的比较紫外光可见光红外线紫外线可见光红外线

客观世界的光辐射人眼能感知的光辐射红外热像手指的血流图狗手枪钻的发热部位CPU的红外热像.热成像仪在电力领域的使用变电设备热像变电站的热像从热像中可以判断过热位置白天的图像与晚上的热像对比热像各种输电设备的热像输电线接头过热各种电灯的热象光纤传感器光的全反射演示光的反射、折射当一束光线以一定的入射角θ1从介质1射到介质2的分界面上时,一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面,在另一介质内继续传播。光线的在两种介质界面的反射与折射a）θ1＞θc时的情况b）θ1=θc时的情况c）θ1＜θc时的情况光的全反射当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角θc。当入射角小于θc时，入射光线将发生全反射。各种装饰性光导纤维发光二极管产生多种颜色的光线，通过光导纤维传导到塔的表面。在计算机控制下，可产生动态图案。光的全反射光纤的结构1－纤芯2－包层3－缓冲层4－加强层5－PVC外套光纤的结构（续）

光在光纤中的全反射

光缆的外形及光纤的拉制

光纤的类型a）阶跃型b）梯度型c）单孔型折射率：光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。光纤的类型阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。典型多模光纤：50/125μm、62.5/125μm（前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径）梯度型光纤梯度型光纤的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低。单孔型光纤也称为单模光纤，中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光纤。能量损失很小，适宜于远距离传输。典型单模光纤直径：9/125μm（前者为纤芯直径，后者为纤芯+包层直径）光纤的损耗光纤在传输信号的过程中损耗应尽量小且稳定。在某些波长上，光纤的损耗非常小。光纤传感器光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件，直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。光纤传感器多用于高电压、易爆等场合，不易产生电火花。光纤液位测量

当不存在液体时，在棱镜探头端面产生全部内部反射。当存在着液体时，光线不能产生全部内部反射，一部分光经过折射后进入液体。两种情况下，接收光强产生差异，从而达到检测液位效果。光纤液位传感器

光纤液位传感器用于高压变压器

冷却油的液位检测1－鹅卵石2－冷却油3－高压变压器4－高压绝缘子5－冷却油液位指示窗口6－光纤液位传感器7－连通器光纤温度传感器1－感温黑色壳体2－液晶3－入射光纤4－出射光纤LED发出的可见光投射到入射光纤中，经过光纤的传递进入感温黑色壳体中，感温黑色壳体内部充满彩色液晶，入射光经彩色液晶散射后进入出射光纤中，经过光纤传递作用在光敏三极管上，形成输出信号。当被测温度升高时，彩色液晶的颜色就会变暗，光强度变弱，光进入出射光纤，作用在光敏三极管后进行放大，得到的输出电压反映被测温度的变化。光纤温度传感器适用于远距离防爆场所的温度测量。保护管内为作为敏感元件的高温光纤低温传导光纤光纤温度传感器光纤混凝土应变传感器

1－入射光纤2－气隙3－出射光纤4－钢板5－混凝土6－光源光纤连接头7－传导光纤连接头当光纤不受力时，光线从光纤中穿过，没有能量损失。当受外力作用时，光纤则发生许多微弯，原来光束以大于临界角θC的角度θ1在纤芯内传输为全反射，但在微弯处θ2<θ1，一部分光将逸出，散射入包层中。当受力增加时，光纤微弯的程度也增大，泄漏到包层的散射光随之增加，纤芯输出的光强度相应减小。埋入式光纤光栅应变传感器埋入式光纤光栅应变传感器是针对桥梁混凝土箱梁、大坝坝体、高层建筑及其他混凝土构件或预制件内部应力变形测量需求开发的高性能应变计。光纤大电流传感器

1－大电流导线2－光纤线圈当线偏振光（见光的偏振）在光纤中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ=VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向，上述现象称为法拉第效应。B光纤大电流传感器（续）

基于法拉第电磁效应的光纤电流传感器应用于架空电缆线路的电流测量和记录。光纤大电流传感器

光纤式光电开关反射型遮断型反射镜反射型遮断式光纤式光电开关应用采用遮断型光纤光电开关对IC芯片引脚进行检测。激光传感器激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。激光器是利用受激辐