其它类型传感器.

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1、其他类型的传感器 1. 磁电式传感器 2. 磁敏式传感器 3.气敏传感器 4.光电传感器 5. 光纤传感器 6.超声波传感器 7.生物传感器 1.磁电式传感器 工作原理:电磁感应原理 磁电式传感器， 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、 位移、转速等）转换成感应电动势的一种传感器。 当穿过线圈的磁通发生变化时,线圈中感应产生电动势为 感应电动势e取决于线圈匝数W和磁通变化率,而磁通又 与磁场强度、磁路磁阻以及线圈相对于磁场的运动速度有关。 磁电式传感器可分为动圈式、动铁式和磁阻式三类。 动圈式磁电式传感器分为线速度型与角速度型， 一般包括两个部分： 1.磁路系统。 固定部分 2.线圈。 运动部

2、分 线速度型 角速度型 W：线圈匝数 B：磁感应强度 L：单匝线圈有效长度 V：线圈与磁场相对速度 ：线圈运动与磁场方向夹角 k：结构系数 A：单匝线圈的截面积 ：角速度 开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测旋转体上， 随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁 通也就变化一次， 线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量 齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴 上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。 磁电式传感器等效电路 当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电 压UL为 式中： RL测量电路输入电阻；

3、Z0线圈等效阻抗； Cc电缆分布电容。 磁电式传感器输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作 带宽（101000 Hz），可用来测速度、转速、振动、偏心量等 。 2.磁敏式传感器 工作原理:将磁场变化转换成电量输出 。 霍耳磁敏传感器 磁敏电阻 磁敏二极管和磁敏三极管 一、霍耳磁敏传感器 （一）霍耳效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势的现象。 + I + + + + + + + + l w d 霍耳效应原理图 VH 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

4、效应。 霍尔效应 c d a b （二）霍耳磁敏传感器工作原理 设霍耳片的长度为l，宽度为w，厚度为d。 在霍尔片的x方向上通过控制电流I，设电子以 均匀的速度v运动，则在z轴垂直方向施加的磁 感应强度B的作用下，它受到洛仑兹力，使得霍 尔片y轴上产生电位差 kH：霍尔系数 B：磁感应强度 ：电流与磁场方向夹角 H 图2.6-4 霍耳器件符号 AAABBB C CC D D D 电流端子A、B为器件电流端、控制电流端或输入电流端。 霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。 控制电流I； 霍耳电势VH； 控制电压V； 输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍耳负载电阻RL； 霍耳电流IH。 图

5、中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所 需控制电流I。霍耳输出端接负载RL,RL一般电阻或放大器 的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件, 在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。 VH RL V B Ic E IH 霍耳器件的基本电路 R 实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出 可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。 ,利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感 器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式 输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无 火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶 劣环境等优

6、点。 典型应用 霍耳开关集成传感器 3020T 输出 Vout R=2k +12V 1 2 3 （b）应用电路 （a）外型 霍耳开关集成传感器的外型及应用电路 123 点火系统、保安系统、转速、里程测定 、机械设备的限位开关、按钮开关、电流 的测定与控制、位置及角度的检测等等 霍耳开关集成传感器的应用领域 二、磁敏电阻 是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件 ，也称MR元件。它的理论基础为磁阻效应。 （一） 磁阻效应 若给通以电流的金属或半导体材料的薄片 加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值 就增加。称此种现象为磁致电阻变化效应，简 称为磁阻效应。 在磁场中，电流的流动路径会因磁场的 作用而

7、加长，使得材料的电阻率增加。若 某种金属或半导体材料的两种载流子 (电子 和空穴 )的迁移率十分悬殊，主要由迁移率 较大的一种载流子引起电阻率变化。当材 料中仅存在一种载流子时磁阻效应几乎可 以忽略，此时霍耳效应更为强烈。若在电 子和空穴都存在的材料（如InSb）中，则 磁阻效应很强。 （二）磁敏电阻的应用 磁敏电阻可以用来作为电流传感器、磁 敏接近开关、角速度/角位移传感器、磁场传 感器等。可用于开关电源、UPS、变频器、 伺服马达驱动器、家庭网络智能化管理、电 度表、电子仪器仪表、工业自动化、智能机 器人、电梯、智能住宅、机床、工业设备、 断路器、防爆电机保护器、家用电器、电子 产品、电力

8、自动化、医疗设备、机床、远程 抄表、仪器、自动测量、地磁场的测量、探 矿等。 3.气敏式传感器 工作原理:利用材料的物理和化学性质受气体 作用后发生变化的原理。 可用于气体检漏、气体浓度检测、气体成分 检测、事故报警、机器嗅觉等。 半导体气敏元件是60年代初期研制成功的，最先研制 的是SnO2薄膜元件。它是利用加热条件下SnO2薄膜电 阻随接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性 气体检测。 继而又发现在SnO2烧结体中添加Pt或pd等贵重金属 可提高灵敏度。1968年诞生了商品半导体气敏元件，其 后，其它材料的半导体气敏元件也相继投放市场。 种类 敏感气体种类的气敏传感器 敏感气体量的真

9、空度气敏传感器 检测气体成分的气体成分传感器 分类 电阻式 非电阻式 气敏电阻：可以把某种气体的成分、浓度等参数转换 成电阻变化量，再转换为电流、电压信号。 气敏电阻主要有可测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类 。 一、还原性气体传感器 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子，化 学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体， 例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然 气、氢气等。 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或 Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂 及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。 MQN型气敏半导体器件是由塑料底座、电极引线、不锈钢

10、网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝组成。 一组铂丝为工作电极，另一组（下图中的左边铂丝）为加 热电极兼工作电极。 气敏电阻工作时必须加热到200300，其目的是加 速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面 的污物（起清洁作用）。 酒精测试仪家庭用煤气报警器 甲烷传感器 一氧化碳传感器 二、氧气浓度气体传感器 半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N型半导体， 对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境 的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入 二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻 值增大。 TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路 氧浓度传感器 汽车尾气分析 半导体

11、气敏元件按用途的应用分类 （1）检漏仪或称探测器 它是利用气敏元件的气敏特性，将其作为电路中气- 电转换 元件，配以相应的电路、指示仪表或声光显示部 分而组成的气体探测仪器。这类仪 器通常都要求有高灵敏 度。 （2）报警器 这类仪 器是对泄漏气体达到危险限值时自动进行报警 的仪器。 （3）自动控制仪器 它是利用气敏元件的气敏特性实现电 气设备自动控制 仪器。如电子灶烹调自动控制，换气扇自动换气控制等 。 （4）测试仪 器 它是利用气敏元件对不同气体浓度关系来测量、确定 气体种类和浓度。这种应用气敏元件的性能要求较高，测 试部分也要配以高精度测量电路。 4.光电式传感器 工作原理:光电效应 光电

12、传感器是各种光电检测系统中实 现光电转换的关键元件，它是把光信号 （红外、可见及紫外光辐射）转变成为 电信号的器件。 光电效应 是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的 能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基 于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应 两大类。 1、外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。 2、内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻率发生 变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应 ，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同， 内光电效应

13、分为光电导效应和光生伏特效应两类 ： （1） 光电导效应 在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现 象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有 光敏电阻。 （2） 光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的 电动势的现象叫做光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、 三极管。 1、光敏电阻 光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作 原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小 。 优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量 轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强 和寿命长等。 不足：需要外部电源，有电流时会发热。

14、光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光 谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、 重量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用比较广泛 。 2、光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直 接转变成电能的器件。由于它可把太 阳能直接变电能，因此又称为太阳能 电池。它是基于光生伏特效应制成的 ，是发电式有源元件。它有较大面积 的PN结，当光照射在PN结上时，在 结的两端出现电动势。 光电池的示意图 + 光 P N SiO2 RL (a) 光电池的结构图 I 光 (b) 光电池的工作原理示意图 P N 3、光敏二极管和光敏三极管 光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN 结。它和光电池相比，重要

15、的不同点是结面积小，因 此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同，但 输出电流普遍比光电池小，一般为几A到几十A。 光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中 ，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中 一般是处于反向工作状态。 PN 光 光敏二极管符号 RL 光 PN 光敏二极管接线 光敏二极管在没有光照射时，反向电阻很大，反 向电流很小。反向电流也叫做暗电流。当光不照射时 ，光敏二极管处于载止状态，这时只有少数载流子在 反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流 即暗电流；受光照射时，PN结附近受光子轰击，吸收 其能量而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少

16、数 载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场 的作用下， P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区， N 区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN 结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。光敏二 极管的光电流 I 与照度之间呈线性关系。光敏二极管 的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。 光电转速传感器 23 1 2 3 1 (a)(b) 光电数字式转速表工作原理图 图(a)是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘， 在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达 光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲 信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由 该脉冲频率决定。 在待测转速的轴上固 定一个涂上黑白相间 条纹的圆盘，它们具 有不同的反射率。当 转轴转动时，反光与 不反光交替出现，光 电敏感器件间断地接 收光的反射信号，转 换为电脉冲信号。 测速也可以采用反射式：只要用白纸画上测速也可以采用反射式：只要用白纸画上 黑道的圆纸贴在旋