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1、感測元件應用期末報告 班級:車輛四乙 學號:4A115108 姓名:廖偉程 指導老師:彭守道 老師 一.電容式感測元件 1.原理與應用: 电容式传声器是种依靠电容量变化而起换能作用的传声器，也是目前运用 最广、性能较好的传声器之一。 电容式传声器主要由极头、前置放大器、极化电源和电缆等部分组成，其原 理结构如图 1 所示。 图 1 电容式传声器结构原理 电容式传声器的极头实际上是一只电容器。只不过是电容器的两个电极，其 中一个固定，另一个可动而已，通常两电极相隔很近(船只有几十微米)。可动 电极实际上是片极薄的振膜(约 2530m)。固定电极是一片具有一定厚度 的极板，板上开孔或挖，控制孔或槽
2、的开口大小以及极板与振膜的间距，以改变 共振时的阻尼而获得均匀的频率响应。 振膜要求比强度值较高，般采用金屑化的塑料膜或金属膜。 在高聚物薄膜中，以聚酯膜的比强度为最高，金属化后常用作高保真广播电 容传声器 。 金属膜的比强度则以钛膜和钛合金膜为最高 其次为镍膜及镍合金膜 、铝合金膜、不锈钢膜等。钛合金膜因加工极其困难，所以只用在极少量的高级标 准电容传声器上；而镍膜及镍合金膜由于工艺性好，可以电镀制膜，稳定性也极 好，所以常用在测量电容传声器上。 电容式传声器的工作原理是：当振膜在声波作用下产生振动而引起电容量变 化时，电路中电流也随之相应变化这时负载电阻上就有相应的电压输出，从而 完成了声
3、电转换。 极头串接到直流极化电源和负载电阻的电路中。由于电容量发生变化时，充 电电荷来不及释放或继续充入，所以电压的变化与电容量的变化是成反比的。 由于电容式传声器的电容小(约50100F) ， 负载电阻大(约1015M)， 所以其极头都需要连接一个阻抗变换用的前置放大器，将高阻抗转换为低阻抗。 前置放大器早期多采用小型电子管阴极输出器，目前都已改用中频段具有极低内 部噪声电压的场效应晶体管射随器，也有采用固体电路的。 极化电源有两组供电，组供给预放大器，组供给极头振膜的极化电压。 极化电压一般为 150200V，采用外接电源时，一般为 28V。极化电源部分， 有时还附有低频指向特性换能器。
4、电容式传声器的供电方法，广泛采用的有幻路供电和平行供电两种。幻路供 电的主要优点是信号输出线和电源线合用，使电容传声器的多芯电缆减少为二芯 屏蔽线，但这种方法的前置放大器必须是对称输入，否则无法工作。幻路供电一 般有变压器中心抽头法和电阻模拟中心抽头法两种类型；平行供电又称 AB 供 电，其最大特点是省去了输出变压器，它和幻路供电一样，信号输出线和电源线 共用，使电容式传声器的电缆只需二芯屏蔽线，常用的平行供电有对称和非对称 两种输出电路。 电容式传声器具有一系列突出的特点，如灵敏度高(0.8mV/bar)、动态范围宽(12dB)、频率响应宽而平直(从 10Gz20kHz)、以及优越的瞬态响应
5、 和稳定性、极低的机械振动灵敏度、音质良好等，但其制造工艺较复杂、比较娇 气、成本也较高。所以广泛应用于电视、广播、电影及剧院中的高保真录音的场 合，或用于科研上的精密声学测量的场合，甚至因其灵敏度极其稳定且可绝对校 准，而将其精确标定电压，用作声学基准。 2.串接電路: 第一和第二晶体管是一个普通的前置放大器，但第一个晶体管的偏置控制输出信号，以获得一个负反馈。第三晶体管控制在 1M 电阻交界的直流电压等级和 10uF 的上限，提供的第一台晶体管偏置电流。控制机制也是独特的，在全直流电容器 水平超过基地正向偏压出院时，在每个半周期输出。 二.電感式感測元件 1.原理與應用: 电涡流传感器可分
6、为高频反射式和低频透射式两类，主要介紹高频反射式电 涡流传感器，下面将对其工作原理作以阐述： 电涡流传感器是基于电磁感应原理而工作的，但又完全不同于电磁感应，并且在实际测量中要避免电磁感应对其的干扰。电涡流的形成：现假设有一线圈中的铁心是由整块铁磁材料制成的，此铁心可以看成是由许多与磁通相垂直的闭合细丝所组成，因而形成了许多闭合的回路。当给线圈通入交变的电流时，由于通过铁心的磁通是随着电流做周期性变化的，所以在这些闭合回路中必有感应电动势产生。在此电动势的作用下，形成了许多旋涡形的电流，这种电流就称为电涡流。电涡流传感器的工作原理如下图所示： 当线圈中通过高频电流 i 时，线圈周围产生高频磁场
7、，该磁场作用于金属体，但 由于趋肤效应 ， 不能透过具有一定厚度的金属体 ， 而仅作用于金属表面的薄层内 。 在交变磁场的作用下金属表面产生了感应电流 Ie，即为涡流。感应电流也产生一 个交变磁场并反作用于线圈上，其方向与线圈原磁场方向相反。这两个磁场相互 叠加，就改变了原来线圈的阻抗 Z，Z 的变化仅与金属导体的电阻率、导磁率 u、激励电磁强度 i、频率 f、线圈的几何形状 r 以及线圈与金属导体之间的距离有关。线圈的阻抗可以用如下的函数式表示：Z=F( 、u、i、f、d） 。当被测对象的材料一定时，、u 为常数，仪表中的 i、f、d 也为定值，于是 Z 就成为距 离 d 的单值函数。 电涡流传感器系统以其独特的优点，广泛应用于电力、石油、化工、冶金等 行业，对汽轮机、水轮机、发电机、鼓风机、压缩机、齿轮箱等大型旋转机械的 轴的径向振动、轴向位移、鉴相器、轴转速、胀差、偏心、油膜厚度等进行在线 测量和安全保护，以及转子动力学研究和零件尺寸检验等方面。 2.串接電路: 三.參考資料 http:/ http:/ http:/ 傳感技術與系統 作者:董永貴 清華大學出版社
