传感器第4版教学课件作者唐文彦第13章节几种新型传感器

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1、几种新型传感器随着技术的发展和新材料的出现，各种新型传感器层出不穷。与传统传感器相比，新型传感器的典型特征是微型化、数字化、智能化、网络化。各种新型传感器被广泛应用于生物、医学、环保化学、工业过程控制和汽车制造等领域。一非晶态合金传感器非晶态合金是一种新型功能材料，它具有丰富而明显的物理效应。现在非晶态合金广泛应用于各种物理检测领域。非晶态合金具有下面两种主要敏感功能：1．非晶态合金的磁—机转换功能非晶态合金的磁—机变换功能主要指其将机械量转换成磁学量的功能，也包括磁场对非晶态合金力学性能的影响。磁弹性效应是非晶

2、态合金实现磁—机转换的核心。典型的磁弹性效应有磁致伸缩效应与逆磁致伸缩效应等，前者多应用于超声波发生元件；后者是众多机械量、力学量和磁场传感器敏感机理的基础。利用该效应可以检测的物理量包括磁场、应力应变、扭矩、冲击、声音、压力、加速度等等。2．非晶态合金的磁—电变换功能非晶态合金的磁—电变换功能主要指它将磁场变化转换成电量的功能。根据不同的转换途径，其中主要物理效应包括电磁感应效应和磁阻效应等。前者可以制成检测转速、微小交变电流等物理量的无源传感器，其中漏电保护器中的电流互感器是我国当前非晶态合金材料应用的一个重

3、点；后者可以用来制造磁泡存储器中的磁场传感器，它具有电阻率温度系数小、耐辐射等优点，因此比其他敏感材料更能胜任某些特殊环境下的检测任务。脉冲感应型磁场传感器脉冲感应型磁场传感器的基本组成单元有三部分，即脉冲电流源、带有非晶态合金磁心的检测线圈和感应电压检出器，如图所示。脉冲电流源向检测线圈提供一个受控的窄脉冲电流，对非晶态合金磁心进行周期性的磁化。同时，非晶态合金磁心也是敏感元件，它感受被测磁场的变化，将这种变化调制到磁化状态上去。当检测线圈两端的激励电流为零时（即窄脉冲的下降沿），利用电磁感应效应把被测磁场变化

4、转化成感应电压。感应电压检出器则把线圈所产生的感应电压的峰值取出来，向外输出。非晶态合金膜片式压力传感器该传感器利用非晶态合金的磁致伸缩效应与逆磁致伸缩效应制成。磁致伸缩效应既磁性体在外加磁场作用下发生机械形变；反之，外力作用下的机械形变会改变该磁性体的磁化状态。图示为非晶态合金膜片。膜片周围固定在方形框上。上面装有驱动磁头D1和检测磁头D2。D1产生正弦交变磁场，使膜片产生同频率的机械形变。同时，该机械形变在D2端表现为交变的磁化状态，D2通过一定方法（例如将非晶态合金膜片作为电感传感器的磁心）将此交变磁化状态

5、转换为正弦电压信号。若垂直于膜片加静态压强p，则膜片弯曲，膜片的磁化状态因此发生改变。D2所检测电压幅值Em与膜片所受压强p有线性关系。二超导体传感器1超导红外传感器当红外辐射照射到超导体上时，其导电率发生变化。这样，根据超导体导电率的变化，可以检测红外辐射能量。超导红外探测器与传统红外探测器相比具有明显优势：①更宽的响应波段范围。②在红外和可见光系统难以工作的雾、烟、尘环境中,可继续正常工作。③列阵器件适合红外热成像系统。相对于低温超导，高温超导具有更为广阔的应用前景。高温超导红外探测器是红外至毫米波段的优良接

6、收器，它可用于诸多领域：①军事上，作为红外（尤其是远红外）亚毫米波行扫描仪，远红外激光器的接收器件，红外前视系统，热像仪（用于大于20m至亚毫米波段的成像），用于精密制导、火控、红外；②民用上，用于低温测温仪、光谱仪、天文探测，特别是天文卫星对外层空间的探测、长波地物辐射波谱检测、托克马克离子体电子温度测量等。2超导可见光传感器超导可见光传感器多用超导陶瓷材料制成。若将绝缘薄膜夹置于两不同超导陶瓷之间，即使不加电压也会有电流从超导陶瓷1流向超导陶瓷2。该现象称为约瑟夫逊效应，该结构称为约瑟夫逊结。若有光子入射，

7、则在约瑟夫逊结中的电流也将发生变化。因此，通过测量电流变化，可以检测光信号大小，这就是可见光超导传感器工作原理。3超导微波传感器微波是波长为1m1mm的电磁波。微波相对于光波和红外线等电磁波具有下列特点：①遇到各种障碍物易于反射；②传输过程中受烟、火焰、灰尘、强光等的影响很小；③介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例。以上特点构成了微波检测的基础。超导微波检测的原理如下：将绝缘薄膜夹置于两超导体之间，即构成了隧道结；若两超导体之间存在电势差，则在隧道结中产生电流。当隧道结受到微波辐射时，其电流—电压特性改变。因

8、此，可以利用这个特性检测微波，而且具有超高灵敏性能，一般将用于测频率为10THz的微波信号。4超导磁场传感器图示为超导磁场传感器原理图。当超导环受到磁场作用时，超导体内部超导电流排斥磁场，环内磁场为零。超导电流Is只与外磁场强度B成正比。若测量出Is值的大小，则可确定磁场强度B值。须指出，电流Is并不与外加磁场强度B有严格的正比关系，而与磁通（=BS）成正比，其中S为