[讲解]材质识别多功能传感器设计

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1、材质识别多功能传感器设计学号:专业:1、传感器的构造、材料及工作原理传感器的构造如图1所示，它借助印刷板腐蚀工艺将绝缘板表面的铜层腐蚀成两个同心螺线形线圈，中心端子通过背而引出制作而成，其外径约35mn)o为了使传感器具有一定的柔性,采用了0.5mm厚度的较柔软的绝缘板。金属线圈的厚度约为1.5um,线宽及线间距离均为0.4mmo为了避免传感器与金属类试料相短路，在传感器的表面涂有很薄的绝缘层。在空气中，毎个线圈的电感为2.3UH,电卩FL1.54Q,两线圈间的电容量为44.6pF。另外，在绝缘板的背而保爾有同

2、等厚度的铜膜用作电磁屏蔽。<•35mm—f(创传感器构造示意图(C)容性功能图1(cl)温觉功能传感器及苴三种功能1.1感性功能当传感器的两貝线圈作为变压器使用时,它呈感性功能。此时，若一只线圈有交流电流通过，另一只线圈则有感应电势产生，并且感应电势的人小依据涡流效应取决于被检测物体的导电率。1.2容性功能为了识别绝缘类材料，将传感器的两线圈看作图平面状电容。当传感器接触到试料表面时,其容最依试料的介电常数而变化，传感器的输出从与其串联的取样电阻R取出。这里，将传感器背面的铜膜接地用作屏蔽层以减少外界干扰。1.

3、3温觉功能铁,木林塑料等材料，它们材质各异，其固有的热传导率也不相同，若获得了它们的热传导率信息,则可能去推定其材质。为了获得试料的热传导率信息,依据热传导理论需要有热的流动。这里，如图2(a)所示，首先将传感器的一只线圈用作加热器，另一只用作测温电阻，温度信号由图2(b)的电桥电路转换成电压信号检出。进一步结合图2(c)的反馈控制电路，通过调节电阻R3可将传感器设定到比索温较高的温度Tso当传感器接触到处于室温Tr的试料时,将加热器的电源断开，传感器的温度会单调下降直至室温，这一温度变化曲线同样由电桥电路检出

4、，送到计算机储存分析。传感器(b)温度检测桥路3)传感器川作温觉功能(c)温度反馈控制电路图2温觉功能及其测控电路2、输出输入关系为了验证试做传感器的性能，准备了铁、铝、铜、黄铜、橡胶板、胶合板木材、透明有机玻璃和发泡塑料8种常见的材料，每种试料厚1cm,长宽各10cm。测量吋施加lkg的接触压力以减少接触变差，并对每种试料测试10次求平均值。当激励源的频率为25kHz时,一组实验结果如图3所示，其横轴是感性功能时传感器的输出电压，纵轴是容性功能时传感器的电压输出。山图3可知,利用感性功能很容易将非磁性金属材料

5、和绝缘体或磁性金属区别开。进一步，在非磁性金属铜、铝和黄铜中，导电率最相近的是铜和铝，二者所对应的传感器输出相差约14%,而传感器的重复件误差约1%,这意味着用本传感器区分铜和铝毫无困难。另一方血，利用容性功能的输出电压也比较容易区分上述4种绝缘材料，在容性功能时传感器的重复性i吴羌约5%。图4是温觉功能时8种试料的温度变化

6、11

7、线，这里传感器温度是从髙于室温30°C逐渐降至室温。由图4可知，依靠温觉功能是难于区分金属类材料的，但对绝缘材料有较好的识别能力。橡胶▲木材◊有机玻璃▼发泡塑料感性功能时传感器输出g

8、/mV图3感性和容性功能时的实验结果时间r/s图4温觉功能时的实验结果3.使用注意事项1、在容性或温觉功能吋，传感器的输出对接触压力比较敏感，应尽町能保持接触压力的稳定。专业好文档精心整理欢迎卜•载