常用传感器与敏感元件

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1、第 三 章 常 用 传 感 器 与 敏 感 元 件第 一 节 常 用 传 感 器 分 类第 二 节 机 械 式 传 感 器 及 仪 器第 三 节 电 阻 、 电 容 与 电 感 式 传 感 器第 四 节 磁 电 、 压 电 与 热 电 式 传 感 器第 七 节 半 导 体 传 感 器第 十 节 传 感 器 的 选 用 原 则 传 感 器 的 定 义 ： 传 感 器 是 以 一 定 的 精 度 和 规 律 把 被 测 量 转 换 为 与 之 有 确定 关 系 的 、 便 于 应 用 的 某 种 物 理 量 的 测 量 装 置 。定 义 的 解 释 ：1. 传 感 器 是 测 量 装 置 ,能 完

2、 成 检 测 任 务 ;2. 它 的 输 入 量 是 某 一 被 测 量 ,可 能 是 物 理 量 (如 位 移 、 温 度 、力 、 压 力 、 速 度 、 加 速 度 等 ),也 可 能 是 化 学 量 、 生 物 量等 ;3. 它 的 输 出 量 是 某 种 物 理 量 ,这 种 量 要 便 于 传 输 、 转 换 、 处理 、 显 示 等 ,可 以 是 气 、 光 、 电 量 ,但 主 要 是 电 量 ; 4. 输 出 与 输 入 有 一 定 的 对 应 关 系 ,且 应 有 一 定 的 精 确 度 。 传 感 器 的 基 本 组 成 ：1. 敏 感 元 件 ： 直 接 感 受 被 测

3、 量 ,输 出 与 被 测 量 成 确 定 关系 的 某 一 物 理 量 。 2. 转 换 元 件 ： 敏 感 元 件 的 输 出 就 是 转 换 元 件 的 输 入 ,它把 输 入 转 换 成 电 路 参 量 。 3. 转 换 电 路 ： 把 转 换 元 件 的 电 路 参 量 转 换 为 便 于 处 理 、显 示 、 记 录 或 控 制 的 有 用 的 电 信 号 。 其 组 成 如 图 所 示 。 传 感 器 的 重 要 性 ：l 传 感 器 是 人 类 感 官 的 延 伸 ， 可 以 去 探 测 人 类 无 法 或 不 能 用感 官 直 接 感 知 的 事 物 ；l 传 感 器 是 测

4、 试 系 统 的 第 一 个 环 节 ， 其 性 能 直 接 影 响 整 个 测试 系 统 ， 对 测 试 精 度 至 关 重 要 。 第 一 节 常 用 传 感 器 的 分 类1、 按 被 测 物 理 量 分 类机 械 量 :长 度 ,厚 度 ,位 移 ,速 度 ,加 速 度 , 旋 转 角 ,转 数 ,质 量 ,重 量 ,力 , 压 力 ,真 空 度 ,力 矩 ,风 速 ,流 速 , 流 量 ;声 : 声 压 ,噪 声 .磁 : 磁 通 ,磁 场 .温 度 : 温 度 ,热 量 ,比 热 .光 ： 亮 度 ， 色 彩常 见 的 被 测 物 理 量 2、 按 传 感 器 工 作 原 理 分

5、类机 械 式 ,电 气 式 ,光 学 式 ,流 体 式 等 .能 量 转 换 型 和 能 量 控 制 型 .3、 按 敏 感 元 件 与 被 测 对 象 之 间 的 能 量 关 系能 量 转 换 型 (无 源 传 感 器 ） : 直 接 由 被 测 对 象 输 入 能 量 使 其 工 作 . 例 如 :热 电 偶 温 度 计 ,磁 电 式 加 速 度 计 .能 量 控 制 型 （ 有 源 传 感 器 ） : 从 外 部 供 给 能 量 并 由 被 测 量 控 制 外 部 供 给 能 量 的 变化 .例 如 :电 阻 应 变 片 . V 4、 按 信 号 变 换 特 征 :物 性 型 :依 靠

6、敏 感 元 件 材 料 本 身 物 理 性 质 的 变 化 来 实 现 信 号变 换 .如 :水 银 温 度 计 .结 构 型 :依 靠 传 感 器 结 构 参 数 的 变 化 实 现 信 号 转 变 . 例 如 :电 容 式 和 电 感 式 传 感 器 . 第 二 节 机 械 式 传 感 器 及 仪 器 机 械 式 传 感 器 以 弹 性 体 作 为 敏 感 元 件 ， 输 入 量 可 以 是 力 、压 力 、 温 度 等 物 理 量 ， 输 出 量 为 弹 性 元 件 本 身 的 弹 性 变 形 。 弹 性 变 形 经 放 大 后 可 转 化 为 仪 表 指 针 的 偏 转 ， 借 助 刻

7、 度 指示 被 测 量 的 大 小 。 应 用 实 例 ： 测 力 计 、 压 力 计 和 温 度 计 。测 力 计 压 力 计温 度 计弹 性 膜 片 波 纹 管 波 登 管 特 点 ： 机 械 式 指 示 仪 表 结 构 简 单 、 可 靠 、 使 用 方 便 、 价 格 低 、读 数 直 观 ； 弹 性 变 形 不 宜 大 ， 以 减 小 线 性 误 差 ； 惯 性 大 、 固 有 频 率 低 ， 只 宜 测 缓 变 或 静 态 被 测 量 。 弹 性 元 件 具 有 蠕 变 、 弹 性 后 效 等 现 象 ， 影 响 输 出 与 输入 的 线 性 关 系 。 第 三 节 电 阻 、 电

8、 容 与 电 感 式 传 感 器一 、 电 阻 式 传 感 器电 阻 式 传 感 器 是 将 被 测 量 转 变 为 电 阻 变 化 的 传 感 器 。 电 阻 式 传 感 器 分 类 ： 变 阻 器 式 传 感 器 电 阻 应 变 式 传 感 器 固 态 压 阻 式 传 感 器 1、 变 阻 器 式 传 感 器变 阻 器 式 传 感 器 又 称 为 电 位 器 式 传 感 器 。工 作 原 理 ：一 个 电 导 体 的 电 阻 值 ：式 中 ： R 电 阻 （ ） ； 材 料 的 电 阻 率 （ mm2/m） ； l 导 体 的 长 度 （ m） ； A 导 体 的 截 面 积 （ mm2）

9、 。电 阻 丝 直 径 和 材 质 一 定 ， 电 阻 值 随 导 线 长 度 改 变 。变 阻 器 式 传 感 器 有 直 线 位 移 型 、 角 位 移 型 和 非 线 性 型 等 。)( AlR 直 线 位 移 型kl为 单 位 长 度 中 的电 阻 。其 灵 敏 度 ： 角 位 移 型 灵 敏 度 ： 触 点 转 角 (rad)；k a 单 位 弧 度 对 应 的 电 阻值 。ldxdR ks kddRs xkR l kR 非 线 性 型 输 出 电 阻 (或 电 压 )与 电 刷 位 移 (包 括 线 位 移 或 角 位 移 )之 间 具 有 非 线 性 函 数 关 系 的 一 种

10、电 位 器 。 变 阻 器 式 传 感 器 的 后 接 电 路 ： 电 阻 分 压 电 路ue u o pLPp eo xxRRxx uu 1 变 阻 器 式 传 感 器 的 优 缺 点 ： 优 点 ： 结 构 简 单 ， 性 能 稳 定 ， 使 用 方 便 ； 缺 点 ： 分 辨 力 受 电 阻 丝 直 径 限 制 ， 很 难 优 于 20 m； 较大 的 噪 声 （ 电 刷 和 电 阻 元 件 之 间 接 触 面 磨 损 、 尘 埃 附着 等 原 因 ） 。 2、 电 阻 应 变 式 传 感 器 可 测 参 数 ： 应 变 、 力 、 位 移 、 加 速 度 、 扭 矩 等 。 电 阻 应

11、 变 式 传 感 器 :金 属 电 阻 应 变 片 和 半 导 体 应 变 片 。 （ 1） 金 属 电 阻 应 变 片 基 本 工 作 原 理 ： 当 应 变 片 发 生 机 械 变 形 时 ， 其 电 阻 值 发 生 变 化 。 主 要 形 式 ： 金 属 电 阻 应 变 片 有 丝 式 和 箔 式 两 种 。 金 属 丝 式 应 变 片 是 用 0.01 0.05mm的 金 属 丝 绕 成 敏 感栅 ， 粘 贴 在 绝 缘 的 基 片 和 覆 盖 层 之 间 ， 由 引 出 导 线 接于 电 路 上 。 金 属 箔 式 应 变 片 是 利 用 照 相 制 版 或 光 刻 技 术 ， 将

12、厚 约为 0.003 0.01mm的 金 属 箔 片 制 成 敏 感 栅 。 优 点 ： 可制 成 多 种 复 杂 形 状 、 尺 寸 准 确 的 敏 感 栅 ； 散 热 条 件 好 ；生 产 效 率 高 ， 便 于 实 现 自 动 化 生 产 。 应 变 计实 际 中 的 金 属 应 变 片 将 应 变 片 粘 贴 于 弹 性 元 件或 被 测 构 件 预 定 部 位 的 表 面 。电 阻 应 变 片 的 选 择 、 粘 贴 技 术 1.目 测 电 阻 应 变 片 有 无 缺 陷2.用 数 字 万 用 表 测 量 应 变 片 电 阻 值 大 小3.试 件 表 面 处 理4.应 变 片 粘 贴

13、5.焊 线6.用 兆 欧 表 检 查 应 变 片 的 引 线 与 试 件 之 间 的 绝 缘 阻 值 ，应 大 于 50M欧 7.应 变 片 保 护应 变 片 的 使 用 ： 2AldAAldAdl dRdAARdllRdR AlR 公 式 推 导 ：应 变 片 实 际 使 用 ： 将 其 粘 贴 于 弹 性 元 件 或 被 测 物 体 表 面 。 外力 作 用 下 ， 金 属 丝 随 物 体 一 同 变 形 ， 电 阻 值 发 生 变 化 ， 将 被测 量 的 变 化 转 换 为 电 阻 值 的 变 化 。 设 A= r2， r为 电 阻 丝 半 径 ， 代 入 上 式 得)2( 2 322

14、 rdrdldlR drrldrldlrdR 电 阻 的 相 对 变 化 )2( rdrdldlRdR （ 3 5） 依 次 代 入 式 （ 3 5） ， 得 ） 简 化 为很 小 ， 可 忽 略 。 式 （ 而 言 ，引 起 ； 对 于 金 属 电 阻 丝由 电 阻 丝 的 电 阻 率 改 变为 常 数 ； 引 起 ， 同 一 电 阻 材 料 ，由 电 阻 丝 几 何 尺 寸 改 变8321 )21( EE 说 明 ：l Sg为 应 变 片 系 数 或 灵 敏 度 ,金 属 电 阻 丝 的 灵 敏 度 常 在 1.73.6之 中 ， 常 用 的 金 属 材 料 有 银 、 铬 镍 合 金 、

15、 或 铁 镍 合金 等 。 l 电 阻 丝 应 变 片 的 标 准 阻 值 有 60、 120、 350、 600和 1000。其 中 120 最 为 常 用 。 （ 2） 半 导 体 应 变 片 半 导 体 应 变 片 的 结 构 如 图 ， 使 用 方 法 同 电 阻 丝 应 变 片 。 工 作 原 理 ： 单 晶 半 导 体 材 料 在 沿 某 一 轴 向 受 到 应 力 作 用 时 ，其 电 阻 率 会 发 生 变 化 ， 这 种 现 象 称 为 压 阻 效 应 。 实 际 上 ， 任 何 材 料 都 不 同 程 度 地 呈 现 压 阻 效 应 ， 但 半 导 体材 料 的 这 种 效

16、 应 特 别 强 。 单 晶 半 导 体 在 外 力 作 用 下 ， 原子 点 阵 排 列 规 则 变 化 ， 导 致 载 流 子 迁 移 率 及 载 流 子 浓 度 变化 ， 从 而 引 起 电 阻 率 变 化 。 半 导 体 应 变 片 的 优 点 是 : 灵 敏 度 非 常 高 ， 有 时 传 感 器 的 输 出 不 需 放 大 可 直 接 用于 测 量 ； 分 辨 率 高 ， 例 如 测 量 压 力 时 可 测 出 10 20Pa的 微 压 ； 机 械 滞 后 小 ， 横 向 效 应 小 、 体 积 小 。 最 大 的 缺 点 是 温 度 误 差 大 ， 故 需 温 度 补 偿 或 恒

17、 温 条 件 下 使用 。 （ 3） 电 阻 应 变 片 式 传 感 器 的 应 用 实 例 将 应 变 片 粘 贴 于 被 测 构 件 上 ， 直 接 用 来 测 定 构 件 的 应力 或 应 变 。 应 变 片 粘 贴 于 弹 性 元 件 上 ， 与 弹 性 元 件 一 起 构 成 应 变 式传 感 器 。 这 种 传 感 器 常 用 来 测 量 力 、 位 移 、 压 力 、 加 速度 等 物 理 参 数 。 在 这 种 情 况 下 ， 弹 性 元 件 将 得 到 与 被 测量 成 正 比 的 应 变 ， 再 通 过 应 变 片 转 换 成 电 阻 的 变 化 后 输出 。 测 量 时

18、， 基 座 固 定 在 振 动 体 上 。 振 动 加 速 度 使 质 量 块 产 生 惯 性力 ， 悬 臂 梁 则 相 当 于 惯 性 系 统 中 的 弹 簧 ， 在 惯 性 力 的 作 用 下 产生 弯 曲 变 形 。 因 此 ， 梁 的 应 变 在 一 定 的 频 率 范 围 内 与 振 动 体 的加 速 度 成 正 比 。 3、 固 体 压 阻 式 传 感 器l 工 作 原 理 ： 同 半 导 体 应 变 片 ， 利 用 半 导 体 材 料 的 压 阻 效 应 。l 二 者 的 区 别 ：u半 导 体 应 变 片 的 敏 感 元 件 为 半 导 体 电 阻 ；u固 体 压 阻 式 传

19、感 器 的 敏 感 元 件 是 在 半 导 体 材 料 的 基 片 上 采 用 集 成电 路 工 艺 制 成 的 扩 散 电 阻 ， 故 又 称 为 扩 散 型 半 导 体 应 变 片 。l 制 作 工 艺 ： 弹 性 元 件 ： 即 基 底 ， 沿 一 定 晶 向 切 割 的 N型 硅 膜 片 ； 敏 感 元 件 ： 即 扩 散 电 阻 ， 在 基 底 上 扩 散 的 P型 导 电 层 ； 基 底 与 导 电 层 互 相 渗 透 ， 结 合 紧 密 ， 可 视 为 一 体 。 N型 硅 膜 片 扩 散 电 阻 4、 动 态 电 阻 应 变 仪 基 本 组 成 ： 交 流 电 桥 （ 含 应

20、变 片 ） 放 大 电 路 相 敏 检 波低 通 滤 波 显 示 记 录 二 、 电 容 式 传 感 器1、 变 换 原 理 定 义 ： 电 容 式 传 感 器 采 用 电 容 器 作 为 传 感 元 件 ， 将 不 同物 理 量 的 变 化 转 换 为 电 容 量 的 变 化 。 公 式 ： 忽 略 边 缘 效 应 ， 平 板 电 容 器 的 电 容 可 表 达 为 ： FAC 0 各 参 数 含 义 ： 极 板 间 介 质 的 介 电 常 数 ， 当 介 质 为 空 气 时 =1； 0真 空 介 电 常 数 , 0=8.85 10-1 2(F/m); A极 板 面 积 （ m2） ； 两

21、极 板 间 距 离 （ m） 。结 论 ： 被 测 量 使 、 A或 变 化 ， 均 会 引 起 电 容 C变 化 。 保持 其 中 的 两 个 参 数 不 变 ， 仅 改 变 另 一 参 数 ， 即 可 把 该 参数 的 变 化 变 换 成 电 容 量 的 变 化 。分 类 ： 根 据 电 容 器 参 数 变 化 的 特 性 ， 电 容 式 传 感 器 可 分 为极 距 变 化 型 、 面 积 变 化 型 和 介 质 变 化 型 三 种 ， 前 两 种 应用 较 广 。 （ 1） 极 距 变 化 型极 距 有 一 微 小 变 化 量 d 时 ， 引 起 电 容 变 化 量 dC为 dAdC

22、20 灵 敏 度 为 20 AddCS 结 论 ： （ 2） 面 积 变 化 型 a)角 位 移 型电 容 量灵 敏 度结 论 ： 输 出 与 输 入 成 线 性 关 系 。 b)平 面 线 位 移 型 c)圆 柱 体 线 位 移 型 （ 3） 介 质 变 化 型 大 多 用 于 测 量 电 介 质 的 厚 度 、 位 移 、 液 位 ， 还 可 根 据 极板 间 介 质 的 介 电 常 数 随 温 度 、 湿 度 、 容 量 改 变 而 改 变 来测 量 温 度 、 湿 度 、 容 量 等 。图 解 ：图 3 24a， 在 两 固 定 极 板 间 的 介 质 层 的 厚 度 、 温 度 或

23、湿 度 发 生 变 化 时 ， 介 电 常 数 变 ， 导 致 电 容 量 变 ；图 3 24b， 电 容 式 液 面 计 ， 液 面 位 置 变 动 ， 两 电 极 侵 入高 度 变 化 ， 电 容 量 变 化 。 2、 测 量 电 路 电 容 式 传 感 器 将 被 测 量 转 换 为 电 容 量 的 变 化 后 再 由 后 续电 路 转 换 成 电 压 、 电 流 或 频 率 等 输 出 量 。（ 1） 电 桥 型 电 路 电 容 传 感 器 作 为 电 桥 的 一 部 分 ， 电 容 变 化 转 换 为 电 桥电 压 输 出 。 图 示 为 电 感 、 电 容 组 成 的 交 流 电

24、桥 。 电 桥 的 输出 为 一 调 幅 波 ， 经 放 大 、 相 敏 解 调 、 滤 波 后 输 出 。 （ 2） 直 流 极 化 电 路 又 称 静 压 电 容 传 感 器 电 路 ， 多 用 于 电 容 传 声 器 或 压 力传 感 器 。 组 成 ： 弹 性 膜 片 、 电 容 器 、 直 流 极 化 电 压 E0、 高 阻 值电 阻 R。 输 出 电 压 ： 被 测 量 ： 测 量 气 流 （ 或 液 流 ） 振 动 速 度 ， 进 而 测 其 压力 。 dtdAREdtdREU C g 2000 （ 3） 谐 振 电 路 （ 4） 调 频 电 路 电 容 传 感 器 作 为 振

25、荡 器 谐 振 回 路 一 部 分 ， 调 频 振 荡 器 的谐 振 频 率 f为 ： 式 中 L振 荡 回 路 电 感 。 当 被 测 量 使 电 容 值 发 生 变 化 时 ， 则 振 荡 器 频 率 也 发 生 变化 ， 频 率 的 变 化 经 鉴 频 器 变 为 电 压 变 化 ， 再 放 大 后 由 记 录器 或 显 示 仪 表 指 示 。 LCf 2 1 调 频 电 路 工 作 原 理 (5） 运 算 放 大 电 路 输 出 电 压 和 位 移 量 的 关 系 ： xg CCuu 00 ACuug 000则 有 式 中 u0信 号 源 电 压 ；ug运 放 输 出 电 压 ；co固

26、 定 电 容 ；cx传 感 器 等 效 电 容 。 输 出 电 压 uo与 电 容 传 感 器 间 隙 成 正 比 关 系 。 0u gu 3、 电 容 集 成 压 力 传 感 器l 传 感 器 的 基 本 组 成 ： 电 容 敏 感 元 件 和 测 量 电 路 。l 压 力 敏 感 电 容 器 的 结 构 ： 铝 电 极 、 硅 膜 片 、 玻 璃 ；l 压 力 敏 感 电 容 器 的 工 作 原 理 ： 硅 膜 两 侧 有 压 差 ， 硅 膜 发 生形 变 使 电 容 器 两 极 间 距 变 化 ， 导 致 电 容 变 化 。l 主 要 优 点 ： 微 小 电 容 ， 间 隙 数 微 米

27、， 硅 膜 半 径 数 百 微 米 。l 传 感 器 制 作 采 用 的 技 术 ： 硅 腐 蚀 技 术 、 硅 和 玻 璃 的 静 电 键合 、 常 规 的 集 成 电 路 工 艺 。l 电 路 原 理 图 。 4、 电 容 式 传 感 器 的 应 用 ：电 容 式 传 感 器 广 泛 应 用 在 位 移 、 压 力 、 流 量 、 液 位 等 的 测试 中 。 电 容 式 传 感 器 的 精 度 和 稳 定 性 也 日 益 提 高 ， 高 精 度达 0.01%电 容 式 传 感 器 已 有 商 品 出 现 ， 如 一 种 250mm量 程 的电 容 式 位 移 传 感 器 ， 精 度 可

28、达 5 m。 （ 1） 电 容 式 测 厚 仪 : 测 量 金 属 带 材 在 轧 制 过 程 中 厚 度 C 1、 C2工 作 极 板 与 带 材 之 间 形 成 两 个 电 容 ， 其 总 电 容 为C= C1+C2 。 当 金 属 带 材 在 轧 制 中 厚 度 发 生 变 化 时 ， 将 引起 电 容 量 的 变 化 。 通 过 检 测 电 路 可 以 反 映 这 个 变 化 ， 并 转换 和 显 示 出 带 材 的 厚 度 。 （ 2） 电 容 式 转 速 传 感 器 当 齿 轮 转 动 时 ， 电 容 量 发 生 周 期 性 变 化 ， 通 过 测 量 电 路 转 换为 脉 冲 信

29、 号 ， 则 频 率 计 显 示 的 频 率 代 表 转 速 大 小 。 设 齿 数 为z,频 率 为 f,则 转 速 为 : min)/r(zf60n 三 、 电 感 式 传 感 器 电 感 式 传 感 器 的 工 作 原 理 是 把 被 测 量 如 位 移 等 ， 转 换 为 电感 量 变 化 的 一 种 装 置 。 按 照 转 换 方 式 的 不 同 ， 可 分 为 自 感 型 （ 包 括 可 变 磁 阻 式 与涡 流 式 ） 和 互 感 型 （ 差 动 变 压 器 式 ） 两 种 。1、 自 感 型（ 1） 可 变 磁 阻 式 组 成 ： 线 圈 、 铁 心 和 衔 铁 。 由 电 磁

30、 感 应 原 理 ， 线 圈 自 感 L为N-线 圈 匝 数 ， Rm-磁 路 总 磁 阻 H-1。当 不 考 虑 磁 路 的 铁 损 且 当 气 隙 较 小 时 ， 则 该 磁 路 的 总 磁 阻mRNL 2 002AAlRm （ 3 23） 式 中 l 铁 芯 的 导 磁 长 度 (m); 铁 芯 磁 导 率 (H/m);A 铁 芯 导 磁 截 面 积 ,A=a b(m2); 气 隙 宽 (m); 0 空 气 导 磁 率 , 0=4 10-7(H/m);A0 空 气 隙 导 磁 横 截 面 积 (m2)铁 心 磁 阻 与 空 气 气 隙 的 磁 阻 相 比 很 小 ， 可 忽 略 ， 则

31、总 磁阻 Rm近 似 为 002ARm 代 入 3 23， 得 2 002 ANL当 A0固 定 ， 变 化 时 ， L与 成 非 线 性 变 化 关 系 ， 此 时 传感 器 灵 敏 度 2 0022 ANddLS 灵 敏 度 S与 的 平 方 值 成 反 比 ， 由 于 不 是 常 数 ， 因 此 会 产 生非 线 性 误 差 。 因 此 这 种 传 感 器 常 规 定 在 较 小 气 隙 变 化 范 围内 工 作 。 当 气 隙 变 化 甚 小 即 0时 ， 灵 敏 度 S近 似 为2 0 0022 ANS S此 时 为 一 定 值 ， 输 出 与 输 入 近 似 成 线 性 关 系 。

32、 实 际 应 用 中 常选 取 / 0.1。 这 种 传 感 器 适 宜 于 测 量 小 位 移 ， 一 般 为0.0011mm。 几 种 常 用 可 变 磁 阻 式 传 感 器 的 典 型 结 构自 感 L与 A 0成 线 性 关 系 ， 这 种 传 感 器 灵 敏 度 较 低 。 差 动 型 ， 当 衔 铁 有 位 移 时 ， 可 以 使 两 个 线 圈 的 间 隙 按 变 化 。 一 个 线 圈 自 感 增 加 ， 另 一 个 线 圈自 感 减 小 。 将 两 线 圈 接 于 电 桥 的 相 邻 桥 臂 时 ， 其 输 出 灵敏 度 可 提 高 一 倍 ， 并 改 善 了 线 性 特 性

33、 。 单 螺 管 线 圈 型 ， 当 铁 芯 在 线 圈 中 运 动 时 ， 将 改 变 磁 阻 ，使 线 圈 自 感 发 生 变 化 。 这 种 传 感 器 结 构 简 单 、 制 造 容 易 ，但 灵 敏 度 低 ， 适 用 于 较 大 位 移 (数 毫 米 )测 量 。 双 螺 管 线 圈 差 动 型 ， 较 之 单 螺 管 线 圈 型 有 较 高 灵 敏 度 及 线性 ， 被 用 于 电 感 测 微 计 上 ， 其 测 量 范 围 为 0 300 m， 最小 分 辨 力 为 0.5 m。 这 种 传 感 器 的 线 圈 接 于 电 桥 上 ， 构 成两 个 桥 臂 ， 线 圈 电 感

34、L1、 L2随 铁 芯 位 移 而 变 化 ， 其 输 出 特性 如 图 所 示 。 （ 2） 涡 流 式n 涡 电 流 式 传 感 器 变 换 原 理 ： 利 用 金 属 导 体 在 交 变 磁 场 中 的涡 电 流 效 应 。n 高 频 反 射 式 涡 流 传 感 器 工 作 原 理 ：涡 流 产 生 ： 当 线 圈 中 通 以 一 交 变 高 频 电 流 i时 ， 会 引 起一 交 变 磁 通 。 在 靠 近 线 圈 的 金 属 表 面 内 部 产 生 一 感应 电 流 i1， 该 电 流 i1即 为 涡 流 。抵 抗 作 用 ： 根 据 楞 次 定 律 ， 由 该 涡 电 流 产 生

35、的 交 变 磁通 1将 与 线 圈 产 生 的 磁 场 方 向 相 反 ， 亦 即 1将 抵 抗 的 变 化 。 线 圈 的 阻 抗 变 化 及 影 响 因 素 ： 由 于 该 涡 流 磁 场 的 作 用 ，会 使 线 圈 的 等 效 阻 抗 发 生 变 化 ， 其 变 化 的 程 度 除 了 与两 者 间 的 距 离 有 关 外 ， 还 与 金 属 导 体 的 电 阻 率 、磁 导 率 以 及 线 圈 的 激 磁 电 流 圆 频 率 等 有 关 。主 要 应 用 ： 变 化 ， 可 作 为 位 移 、 振 动 测 量 ； 变 化 ，可 作 为 材 质 鉴 别 ； 变 化 ， 可 用 于 探

36、伤 。n 涡 流 式 传 感 器 的 测 量 电 路 ：阻 抗 分 压 式 调 幅 电 路 ， 图 3 16是 用 于 涡 流 测 振 仪 上的 分 压 式 调 幅 电 路 原 理 ； 图 3 17为 谐 振 曲 线 和 输 出特 性 调 频 电 路 ： n涡 电 流 式 传 感 器 应 用 ： 动 态 非 接 触 测 量u涡 电 流 式 位 移 和 振 动 测 量 仪u测 厚 仪u无 损 探 伤u径 向 振 摆 、 回 转 轴 误 差 运 动 、 转 速 和 厚 度 测 量u零 件 计 数 、 表 面 裂 纹 和 缺 陷 测 量径 向 振 动 测 量 轴 心 轨 迹 测 量 转 速 测 量

37、零 件 计 数 器 表 面 裂 纹 测 量 穿 透 式 测 厚 2、 互 感 型 差 动 变 压 器 式 电 感 传 感 器n 互 感 型 传 感 器 的 工 作 原 理 ： 利 用 电 磁 感 应 中 的 互 感 现 象 ， 将 被 测 位 移 量 转 换 成 线圈 互 感 的 变 化 。 n传 感 器 实 质 是 一 个 变 压 器 ， 初 级 线 圈 接 入 稳 定 交 流 电 源 ， 次级 线 圈 感 应 产 生 输 出 电 压 。 M变 化 ， 副 线 圈 输 出 电 压 变 化 。 由于 常 采 用 两 个 次 级 线 圈 组 成 差 动 式 ， 故 又 称 差 动 变 压 器 式

38、 传感 器 。 工 作 原 理 如 图 3 20。 n差 动 变 压 器 后 续 电 路 形 式 ：差 动 变 压 器 式 传 感 器 输 出 的 电 压 是 交 流 量 ， 如 用 交 流 电 压表 指 示 ， 则 输 出 值 只 能 反 应 铁 芯 位 移 的 大 小 ， 而 不 能 反 应 移动 的 极 性 ；同 时 ， 交 流 电 压 输 出 存 在 一 定 的 零 点 残 余 电 压 ， 使 活 动 衔铁 位 于 中 间 位 置 时 ， 输 出 也 不 为 零 。差 动 变 压 器 式 传 感 器 的 后 接 电 路 应 采 用 既 能 反 应 铁 芯 位 移极 性 ， 又 能 补

39、偿 零 点 残 余 电 压 的 差 动 直 流 输 出 电 路 。差 动 相 敏 检 波 电 路 工 作 原 理 图 。 n差 动 变 压 器 式 传 感 器 的 优 点 是 ： 测 量 精 度 高 ， 可 达 0.1 m； 线 性 范 围 大 ， 可 到 100mm； 稳 定 性 好 ， 使 用 方 便 。因 而 被 广 泛 应 用 于 直 线 位 移 ,或 借 助 弹 性 元 件 将 压 力 、 重量 等 参 数 转 换 为 位 移 变 化 ， 实 现 间 接 测 量 。 第 四 节 磁 电 、 压 电 与 热 电 式 传 感 器一 、 磁 电 式 传 感 器 概 念 ： 一 种 将 被

40、测 物 理 量 转 换 为 感 应 电 动 势 的 装 置 ， 亦 称电 磁 感 应 式 或 电 动 力 式 传 感 器 。 由 电 磁 感 应 定 律 可 知 ， 当 穿 过 一 个 线 圈 的 磁 通 发 生 变 化时 ， 线 圈 中 所 感 应 产 生 的 电 动 势dtdNe 结 论 ： 线 圈 感 应 电 动 势 的 大 小 ， 取 决 于 匝 数 和 穿 过 线 圈 的磁 通 变 化 率 。 磁 通 变 化 率 与 磁 场 强 度 、 磁 路 磁 阻 、 线 圈 的运 动 速 度 有 关 ， 改 变 其 中 一 个 因 素 ， 都 可 改 变 线 圈 的 感 应电 动 势 。 1、

41、 动 圈 式 u线 速 度 型 工 作 原 理 ： 由 线 位 移 式 装 置 的 工 作 原 理 可 知 ， 当 弹 簧 片 敏 感 有一 速 度 时 ， 线 圈 则 在 磁 场 中 作 直 线 运 动 ， 从 而 切 割 磁 力 线 ，因 此 它 所 产 生 的 感 应 电 动 势式 中 B磁 场 的 磁 感 应 强 度 （ T） ；l单 匝 线 圈 的 有 效 长 度 （ m） ；N有 效 线 圈 匝 数 ， 指 在 均 匀 磁 场 内 参 与 切 割 磁 力 线的 线 圈 匝 数 ；v线 圈 相 对 于 磁 场 的 速 度 （ m/s） ; 线 圈 运 动 方 向 与 磁 场 方 向

42、的 夹 角 。sinNBlve 当 线 圈 运 动 方 向 与 磁 场 方 向 垂 直 亦 即 =90 时 ， 上 式 可写 为 NBlve上 式 表 明 ：当 传 感 器 的 结 构 参 数 （ B， l， N） 选 定 ， 则 感 应 电 动势 e的 大 小 使 正 比 于 线 圈 的 运 动 速 度 v。将 被 测 到 的 速 度 经 微 分 和 积 分 运 算 又 可 得 到 运 动 物 体的 加 速 度 和 位 移 ， 因 此 速 度 传 感 器 又 可 用 来 测 量 运 动物 体 的 位 移 和 加 速 度 。 u角 速 度 型 工 作 原 理 ： 对 于 角 速 度 型 动 圈

43、 式 传 感 器 结 构 ， 线 圈 在 磁 场 中 转 动 时 ，产 生 的 感 应 电 动 势式 中 线 圈 转 动 的 角 频 率 ；A单 匝 线 圈 的 截 面 积 （ m2） ；k依 赖 于 结 构 的 参 数 ， k A。 因 此 ， 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 光 强 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 较 小 ， 也 会 引 发 光 电 子 发 射 。 对

44、应 于 此 频 率 的 波长 ， 称 为 某 种 光 电 器 件 或 光 电 阴 极 的 “ 红 限 ” ， 其 值为 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 愈 强 ， 意 味 着 入 射 光 子 数 目 大 ，逸 出 的 光 电 子 数 也 愈 多 。 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

45、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 向截 止 电 压 Ua， 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 （ 5） 外 光 电 效 应 器 件 ： 真 空 光 电 管 或 光 电 管 两 种 结 构 ： a图 光 电 阴 极 K由 半 圆 筒 形 金 属 片 制 成 ， 用 于在 入 射 光 照 下 发 射 光 电 子 。 阳 极 A为 位 于 阴 极 轴 心 的 一根 金 属 丝 ， 有 效 接 收 阴 极 发 射 的 电 子 ； b图 中

46、阴 极 直 接做 在 玻 璃 壳 内 壁 上 ， 入 射 光 穿 过 玻 璃 可 直 接 投 射 到 阴 极上 。 光 电 管 的 特 性 取 决 于 光 电 阴 极 材 料 ， 材 料 不 同 ， 对 不 同波 长 的 光 辐 射 有 不 同 灵 敏 度 。 银 氧 铯 阴 极 在 整 个 可 见 光区 域 均 有 一 定 的 灵 敏 度 ， 且 在 在 近 紫 外 光 区 （ 4.5 10 3A ）和 近 红 外 光 区 （ 7.5 103 A 8 103A ） 分 别 有 两 个 峰 值 ，常 用 来 作 为 红 外 光 传 感 器 。 光 电 特 性 ： 在 恒 定 工 作 电 压 和

47、 入 射 光 的 频 率 成 分 条 件 下 ，光 电 管 接 收 的 入 射 光 通 量 值 与 其 输 出 光 电 流 I 之 间 的 比 例 关 系 ， 如 图 。1-锑 铯 阴 极 2-氧 铯 阴 极 伏 安 特 性 ： 在 恒 定 的 入 射 光 的 频 率 成 分 和 强 度 条 件 下 ， 光电 管 的 光 电 流 与 阳 极 电 压 之 间 的 关 系 。 由 图 可 见 ， 光 通 量一 定 ， 阳 极 电 压 增 加 ， 管 电 流 趋 于 饱 和 ， 光 电 管 工 作 点 一般 在 该 区 域 。 光 电 倍 增 管 基 本 结 构 ： 光 电 倍 增 管 在 光 电

48、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 发 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 均 依 次 增 大 加 速 电 压 。 阳 极 电 流 计 算 ： 设 每 极 的 倍 增 率 为 （ 一 个 电 子 能 轰 击 产 生 出 个次 级 电 子 ） ， 若 有 n个 次 阴 极 ， 则 总 的 光 电 流 倍 增 系

49、 数 M将 为 （ C ）n（ 这 里 C 为 各 次 阴 极 电 子 收 集 效 率 ） ， 即 光 电 倍 增 管 阳 极 电 流 I与 阴 极 电 流 I 0的 关 系 为 I=I0M =I0（ C ） n， 倍 增 系 数 与 所 加 的 电压 有 关 。 2、 内 光 电 效 应（ 1） 定 义 ： 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 。（ 2） 与 外 光 电 效 应 区 别 ： 外 光 电 效 应 产 生 于 物 体 表 面 层 ，在 光 照 作 用 下 ， 物 体

50、内 部 的 自 由 电 子 逸 出 到 物 体 外 部 。 而内 光 电 效 应 则 不 发 生 电 子 逸 出 ， 在 光 照 下 ， 物 体 内 部 原 子吸 收 能 量 释 放 电 子 ， 这 些 电 子 仍 停 留 在 物 体 内 部 ， 从 而 使物 体 的 导 电 性 能 发 生 改 变 。 （ 3） 内 光 电 效 应 器 件 光 敏 电 阻 半 导 体 材 料 在 黑 暗 的 环 境 下 ， 内 部 电 子 为 原 子 所 束 缚 ，处 于 价 带 上 ， 不 能 自 由 移 动 ， 半 导 体 的 电 阻 值 很 高 。 某 些 半 导 体 材 料 （ 如 硫 化 镉 等 ）

51、 受 到 光 照 时 ， 若 其 光 子能 量 h 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 也 恢 复 原 来 的 值 。 导 带价 带禁 带 自 由 电 子 所 占 能 带不 存 在 电 子 所 占 能 带价 电 子 所 占 能

52、带Eg 电 子 跃 迁 条 件 ： h Eg A金 属 封 装 的 硫 化 镉 光 敏 电 阻 结 构 图光 导 电 材 料 绝 缘 衬 低引 线电 极引 线 光 电 导 体 RGRLE I 光 敏 电 阻 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 。不 同 材 料 光 敏 电 阻 的 适 用 波 长 范 围 ： 硫 化 镉 （ CdS） 、 硒化 镉 （ CdSe） 适 用 于 可 见 光 （ 0.4 m 0.75 m） 的 范围 ； 氧 化 锌 （ ZnO） 、 硫 化 锌 （ ZnS） 适 用

53、 于 紫 外 光 线 范 围 ；硫 化 铅 （ PbS） 、 硒 化 铅 （ PbSe） 、 碲 化 铅 （ PbTe） 则 适用 于 红 外 线 范 围 。光 敏 电 阻 的 特 征 参 数 ： n 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 流 过 的 电 流 称 “ 暗 电 流 ” 。 光 敏 电 阻在 受 到 某 一 光 照 条 件 下 呈 现 的 阻 值 称 “ 亮 电 阻 ” ， 此 时 流 过 的 电流 称 “ 亮 电 流 ” 。 亮 电 流 与 暗 电 流 之 差

54、称 为 “ 光 电 流 ” 。 光 电 流的 大 小 表 征 了 光 敏 电 阻 的 灵 敏 度 大 小n 光 照 特 性 ： 光 敏 电 阻 的 光 电 流 I与 光 通 量 F的 关 系 曲 线 称 光 敏 电 阻的 光 照 特 性 。 图 4示 为 硫 化 镉 （ CdS） 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 均 不 一 样 。 012345I/mA L/lx2000 n 伏 安 特 性 ： 在 一 定 照 度 下 ， 加 在 光 敏 电 阻 两 端 的 电 压 与

55、 电 流 之 间的 关 系 称 为 伏 安 特 性 。 图 中 曲 线 1、 2分 别 表 示 照 度 为 零 及 照 度 为某 值 时 的 伏 安 特 性 。 由 曲 线 可 知 ， 在 给 定 偏 压 下 ,光 照 度 较 大 ， 光电 流 也 越 大 。 在 一 定 的 光 照 度 下 ， 所 加 的 电 压 越 大 ， 光 电 流 越 大 ，而 且 无 饱 和 现 象 。 但 是 电 压 不 能 无 限 地 增 大 ， 因 为 任 何 光 敏 电 阻都 受 额 定 功 率 、 最 高 工 作 电 压 和 额 定 电 流 的 限 制 。50100150200 12 0 20 40I/ A

56、 U/V n 光 谱 特 性 ： 光 谱 特 性 与 光 敏 电 阻 的 材 料 有 关 。 从 图 中 可 知 ， 硫 化铅 光 敏 电 阻 在 较 宽 的 光 谱 范 围 内 均 有 较 高 的 灵 敏 度 ， 峰 值 在 红 外区 域 ； 硫 化 镉 、 硒 化 镉 的 峰 值 在 可 见 光 区 域 。 因 此 ， 在 选 用 光 敏电 阻 时 ， 应 把 光 敏 电 阻 的 材 料 和 光 源 的 种 类 结 合 起 来 考 虑 ， 才 能获 得 满 意 的 效 果 。20406080100 400 800 1200 1600 2000 2400/nm31 2相对灵敏度 1硫 化 镉

57、2硒 化 镉3硫 化 铅 光 敏 二 极 管 光 敏 二 极 管 的 PN结 安 装 在 管 子 顶 部 ， 可 直 接 接 受 光 照 射 ，在 电 路 中 一 般 处 于 反 向 工 作 状 态 。 在 无 光 照 时 ， 暗 电 流很 小 。 在 有 光 照 时 ， 光 子 打 在 PN 结 附 近 ， 从 而 在 PN结附 近 产 生 电 子 -空 穴 对 。 它 们 在 内 电 场 作 用 下 作 定 向 运动 ， 形 成 光 电 流 。 光 电 流 随 光 照 度 的 增 加 而 增 加 。 因 此在 无 光 照 时 ， 光 敏 二 极 管 处 于 截 止 状 态 ， 当 有 光

58、照 时 ，二 极 管 导 通 。 光 敏 三 极 管 光 敏 三 极 管 有 NPN 和 PNP两 种 类 型 ， 结 构 与 一 般 晶 体三 极 管 相 似 。 由 于 光 敏 三 极 管 是 光 致 导 通 的 ， 因 此 它 的发 射 极 一 边 做 得 很 大 ， 以 扩 大 光 的 照 射 面 积 。 当 光 照 射到 光 敏 三 极 管 的 PN 结 附 近 时 ， PN 结 附 近 便 产 生 电 子 -空 穴 对 ， 这 些 电 子 -空 穴 对 在 内 电 场 作 用 下 做 定 向 运 动从 而 形 成 光 电 流 。 这 样 便 使 PN 结 的 反 向 电 流 大 大

59、 增 加 。由 于 光 照 射 发 射 极 所 产 生 的 光 电 流 相 当 于 三 极 管 的 基 极电 流 ， 因 此 集 电 极 电 流 为 光 电 流 的 倍 。 3、 光 生 伏 特 效 应定 义 ： 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 。应 用 ： 基 于 光 生 伏 打 效 应 的 器 件 有 光 电 池 ， 可 见 光 电 池 也是 一 种 有 源 器 件 。 由 于 它 广 泛 用 于 把 太 阳 能 直 接 转 换 成 电能 ， 故 亦 称 太 阳 能 电 池 。光 电 池 种 类 及 特

60、点 ： 硅 、 硒 、 砷 化 镓 、 硫 化 镉 、 硫 化 铊 光电 池 等 。 l硅 光 电 池 由 于 其 转 化 效 率 高 、 寿 命 长 、 价 格 低 廉 而 应用 最 为 广 泛 。 硅 光 电 池 较 适 宜 于 接 收 红 外 光 。l硒 光 电 池 适 宜 于 接 收 可 见 光 ， 但 其 转 换 效 率 低 （ 仅 有 0.02% ） ， 寿 命 低 。 它 的 最 大 优 点 是 制 造 工 艺 成 熟 ，价 格 低 廉 ， 因 此 仍 被 用 来 制 造 照 度 计 。l砷 化 镓 光 电 池 的 光 电 转 换 效 率 理 论 上 稍 高 于 硅 光 电 池

61、，其 光 谱 响 应 特 性 与 太 阳 光 谱 接 近 ， 且 其 工 作 温 度 最 高 ，耐 受 宇 宙 射 线 的 辐 射 ， 因 此 可 作 为 宇 航 电 源 。 硅 光 电 池 结 构 ： 在 电 阻 率 为 0.1 cm 1 cm的 N 型硅 片 上 进 行 硼 扩 散 以 形 成 P型 层 ， 再 用 引 线 将 P型 和 N 型 层 引 出 形 成 正 、 负 极 ， 便 形 成 了 一 个 光 电 池 。 接 受 光 照时 ， 在 两 极 间 接 上 负 载 便 会 有 电 流 通 过 。 一 般 为 防 止 表 面的 光 反 射 和 提 高 转 换 效 率 ， 常 将

62、器 件 表 面 氧 化 处 理 形 成 SiO2 保 护 膜 。 硅 光 电 池 作 用 原 理 ： 当 光 照 射 至 光 电 池 的 PN结 的 P型 面 上时 ， 如 果 光 子 能 量 h 大 于 半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 则 在 P型 区 每 吸 收 一 个 光 子 便 激 发 一 个 电 子 -空 穴 对 。 在 PN 结电 场 作 用 下 ， N区 的 光 生 空 穴 将 被 拉 向 P区 ， P区 的 光 生 电子 被 拉 向 N区 。 结 果 ， 在 N区 便 会 积 聚 负 电 荷 ， 在 P区 则 积聚 正 电 荷 。 这 样 在 N区 和 P区 间 便

63、 形 成 电 势 区 。 若 将 PN结 两端 用 导 线 连 接 起 来 ， 电 路 中 便 会 有 电 流 流 过 ， 方 向 为 从 P区 流 向 外 电 路 至 N区 。 三 、 光 电 传 感 器 的 应 用1、 模 拟 量 光 电 传 感 器 将 被 测 量 转 换 为 连 续 变 化 的 光 电 流n 辐 射 式 ： 被 测 物 体 本 身 就 是 辐 射 源 ， 直 接 照 射 在 光 电 元 件 。光 电 高 温 计 、 比 色 高 温 计 、 红 外 侦 察 和 红 外 遥 感 等 均 属 于这 一 类 。 n 吸 收 式 ： 恒 光 源 辐 射 的 光 穿 过 被 测 物

64、 体 ， 部 分 被 吸 收 ， 根据 被 测 物 对 光 的 吸 收 程 度 测 定 被 测 参 数 。 如 测 量 液 体 、 气体 的 透 明 度 、 混 浊 度 ,对 气 体 进 行 成 分 分 析 ,测 定 液 体 中 某种 物 质 的 含 量 等 。 n 反 射 式 ： 根 据 反 射 的 光 通 量 多 少 测 定 被 测 物 表 面 状 态 和 性质 。 例 如 测 量 零 件 的 表 面 粗 糙 度 、 表 面 缺 陷 、 表 面 位 移 等 。 n 遮 光 式 ： 光 源 发 出 的 光 通 量 经 被 测 物 遮 去 其 一 部 分 ,使 作用 在 光 电 元 件 上 的

65、 光 通 量 减 弱 ,减 弱 的 程 度 与 被 测 物 在 光学 通 路 中 的 位 置 有 关 。 利 用 这 一 原 理 可 以 测 量 长 度 、 厚 度 、线 位 移 、 角 位 移 、 振 动 等 。 2、 开 关 量 光 电 传 感 器 将 被 测 量 转 换 为 断 续 变 化 的 光 电 流 脉 冲 盘 式 角 度 -数 字 编 码 器l 结 构 ： 开 有 等 角 距 狭 缝 的 圆 盘 ； 光 源 ； 光 敏 原 件 ； 测 量 电 路 。l 原 理 ： 圆 盘 随 工 作 轴 转 动 ， 一 个 狭 缝 发 生 一 次 光 线 明 暗 变 化 ，经 光 敏 原 件 ，

66、 产 生 一 次 电 信 号 变 化 ， 放 大 整 形 ， 得 到 电 脉 冲 信号 。 脉 冲 数 有 计 数 器 算 出 ， 可 测 轴 的 转 角 。l 正 反 转 判 断 电 路 ： 采 用 两 套 光 电 转 换 装 置 ， 相 对 位 置 保 证 产 生的 信 号 相 差 1/4周 期 。 码 盘 式 角 度 -数 字 编 码 器 按 角 度 直 接 编 码 的 传 感 器 接 触 式 码 盘 涂 黑 导 电 区 ， 连 接 一 起 解 高 电 位 ； 空 白 绝 缘 区 ； 每个 码 道 一 个 电 刷 ， 经 电 阻 接 地 。 n位 码 盘 的 分 辨 角 度 ： 二 进 制 码 易 产 生 非 单 值 误 差 ， 故 常 用 循 环 码 （ 两 个数 码 只 有 一 位 变 化 ） 。3602 n 光 电 式 码 盘 码 盘 用 玻 璃 制 成 ， 0和 1由 透 明 和 不 透 明 表 示 。 光 电 式 角 度 -数 字 编 码 器 组 成 ： 光 源 、 光 学 系 统 、 码 盘 、读 数 系 统 和 电 路 系 统 。 图 3-54. 四 、 应 用 实