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1、 目录一摘要.1二考核要求.1三传感器.11.热电式传感器 .11热电偶传感器工作原理 .12热电偶传感器测量电路 .23传感器检测系统 .24工业中的应用 .32.压电传感器 .31压电传感器工作原理 .32压电传感器测量电路 .33压电式玻璃破碎报警器 .53.光电型传感器 .51光电式传感器的构成及原理工作原理 .52光电式传感器的测量电路 .63光电型传感器检测与在办公自动化中的应用 .6四.报告总结.6传感器原理及其应用调研报告一摘要摘要传感器是一种能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变 换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、 显示、记录
2、和控制等要求检测装置。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产 过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的 质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、 医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。 二考核要求考核要求介绍整机电装备中 2 至 3 类传感器，包括装备应用背景、传感器应用状况、 传感器工作原理，测量电路、传感器检测信息与控制系统相互关联。 3 3传感器传感器1.热电式传感器热电式传感器是
3、一种将温度变化转换为电量变化的传感器，它利用测温铭感 元件的电参数岁温度变化的特征，通过测量电量变化来检测温度。具体地说， 就是将温度变化转化为电量变化并输出的装置，如将温度转化为电阻、电势、 或磁导等变化，在通过适当的测量电路就可由这些电参数的变化来表达所测温 度的变化。根据所用测温物质和测量范围的不同，有各种不同的温度传感器， 按工作原理主要可分为热电偶、热电阻、热名电阻、集成温度传感器。现在介 绍其中的热电偶传感器。热电偶传感器 1热电偶传感器工作原理热电偶测温原理如图 1.1 所示，两种不同类型的金属导体两端分别接在一起 构成闭合回路，当两个节点温度不等，即有温差时（T1T2） ，导体
4、回路里有电 流流动，会产生热电势，这种效应称为热电效应。利用这种效应，只要知道一 端结点温度，就可以测出另一端的结点温度。固定温度结点 T1 称为基准点，恒 定在某一标准温度；待测温度结点 T2 称为测温点，置于被测温度场中。图 1.1 热电偶传感器工作原理图金属 B金属 AABE T1 热端T2 冷端2热电偶传感器测量电路 热电偶输出电压极小，需要采用低失调电压运算放大器作为转换输出。某 K 型热电偶的测量电路如 1.2 图所示，电路主要由热电偶、高增益低失调运算 放大器 OP07、零点调节电阻器 RP1 与增益调节电阻器 RP2 组成。通过调节 RP0 和 RP2，使系统在 0600温度检
5、测范围输出 06V 电压。通过查表得 K 型热电 偶在 T1=0时产生的热电势为 0mV，用电压表观测放大器输出电压，调整零输 出电位器 RP0，使运放输出为零；T=600时，热电偶热电势应为 24.902mV,调 节反馈电阻 RP2，当放大器增益为 240.94 时，可得到满量程输出 6V。这一范围 可以视为测温工作线，利用做曲线可以测量待测温度值。图 1.2 热电偶传感器测量电路3传感器检测系统测温系统示意图如 1.3 所示。图 1.3 传感器检测系统 4工业中的应用热电偶传感器在食品工业温度测量中的应用在某食品加工中，工人在炒佐料的过程中，需要根据不同的时间段和温度混合不同的原材料，然后
6、进行翻炒，并且在炒制的过程中要严格控制炒锅的温度，防止佐料被炒坏。所以准确测量车间炒锅的温度并在必要时进行报警就直接影响着佐料质量的好坏。而以前企业佐料车间炒锅的温度和时间控制全凭人工经验控制。人工温度测量和时间的把握准确性不高，炒出来的佐料质量参差不齐，没有一个统一标准，影响产品质量。针对以上问题，可以选用温度传感器和仪表组成的回路，以达到提高准确测量温度和报警的目的。2.压电传感器压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器，是基于 压电效应的传感器的自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料 制成。压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和 变换
7、阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。 1压电传感器工作原理压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因 为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。 实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压 电效应：某些电介质，当沿着一定方向施加力变形时，内部会产生极化现象， 同时在他的两个表面会产生符号相反的电荷，当外力去掉后，后重新恢复为不 带电状，这一过程将机械能转化为电能。压电效应是可逆的，挡在介质极化的 方向施加电场时，电介质会产生形变，这种现象称为“逆压电效应” ，这是将其 电能转化为机械能。2压电传感器测量电路热电偶直-
8、交流 变换器放大器P 滑动 点指示器电机直-交流 变换器放大器P 滑动 点指示器电机在实际应用中，压电传感器中的压电片不是一片，常常把两片或四片压电晶 片组成在一起使用。压电传感器的压电元件在受到外力作用时，会在一个电极 表面聚集正电荷，在另一个表面聚集负电荷，因此压电式传感器可以看成一个 电荷发生器或者是一个电容器。其输出信号弱，内阻高，需要低噪声电缆传输， 要求前置放大器有相当高的输入阻抗，压电元件输出可以使电压源，也可以是 电荷源，所以前置放大器也分为电压放大器和电荷放大器。 2.1 电压放大器电压放大器等效电路图如图 2.1 所示，如果压电元件沿电轴为正弦变化时， F=Fmsinwt(
9、Fm 为作用力幅值，w 为工作频率),相对幅频特性)(tan2)(1()(12wtUUimim图 2.1 电压放大器等效电路压电传感器不能测量静态物理量；电压的放大器高频响应好，动态特性好， 这是电压放大器的突出优点；电压放大器要求有高输入阻抗；仪器使用时只要 更换电缆就要重新标定传感器，测量系统对电缆长度变化很敏感，这是放大器 的缺点。 2.2 电荷放大器电荷放大器等效电路图如图 2.2 所示，电荷放大器实际上是个具有深度反馈 的高增益运算放大器。其输出电压直接与传感器电荷量 Q 成正比，与电容 Cf 成 反比。并且输出电压 U0 与电缆电容 Cc 无关，电缆电容变化不影响传感器灵敏 度，这
10、是电荷放大器的优点，使用电荷放大器时电缆长度变化影响可忽略，并 允许使用长电缆。但实际的电荷放大器电路复杂，价格较贵。 图 2.2 电荷放大器等效电路 3压电式玻璃破碎报警器这是专门用于检测玻璃破碎的一种传感器，利用压电元件对振动敏感的特性 来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波，传感器把振动波转换成电压输出， 输出电压经过放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。只有当传感器输出 信号高于设定的阀值时，才会输出报警信号驱动报警机构执行工作。其原理模 拟图如 2.3 所示。图 2.3 报警原理模拟图3.光电型传感器光电器件的工作原理是利用各种光电效应。光照射在某些物质上，使该物质吸收光能后电子的能
11、量和电特性发生变化，这种现象称为光电效应。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。1光电式传感器的构成及原理工作原理光电式传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有玻璃放大器滤波器比较器报警光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面
12、，装有光学元件如 透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。图 3.1 光电式传感器原理图2光电式传感器的测量电路传感器测量电路如图 3.2 所示。图 3.2 真空光电管的测量电路3光电型传感器检测与在办公自动化中的应用在实际应用中，光电型传感器一般分为直射型光电开关和反射型光电开关两种。在静电复印机中直射型光电开关的应用最为广泛。时钟脉冲发生器、光学台扫描检测、透镜和复印倍率等通常使用直射型光电开关。反射型光电开关主要用做纸盒中有无纸检测、稿台移动式复印机的稿台位置检测、供纸检测、图像密度检测、自动供粉检测、复印纸缠绕光导体检测及原稿幅面检测等。光电型传感器的检测主要是对其光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管好坏的判断。4 4报报告告总总结结传感器技术汇集了物理、机械、电子、材料、化工、环境、地质等方面的学科交叉知识，是在认知自然现象过程中不可缺少的一种技术手段，通过这次报告可以看到三种传感器在各类行业中的显著应用，让我们了解传感器的简单构成、原理和与应用系统相关联，为以后深入加强传感器知识，深入传感器研究领域做了初步的基础。
