传感器与检测技术 教学课件 作者 林锦实 第6章　新型传感器.ppt

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1、第6章　新型传感器6.1　集成温度传感器6.2　光纤传感器6.3　激光式传感器6.4　图像传感器本章小结6.1　集成温度传感器6.1.1　集成温度传感器的测温原理1.PN结的温度特性　集成温度传感器的测温基础是PN结的温度特性。2.集成温度传感器的测温简化电路分析　集成温度传感器内部多将一个晶体管的集电极与基极短路，构成温度特性更好的PN结，如图6-2中的VT1所示。图6-1　二极管正向电压6.1　集成温度传感器图6-2　集成温度传感器6.1.2　集成温度传感器类型6.1　集成温度传感器1.AD590电流输出型集成温度传感器　电流输出型温度传感器能产生一个

2、与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590电流输出型温度传感器的典型产品。(1)AD590的特性　AD590是二端电流源器件，它的输出电流与器件所处的热力学温度(K)成正比，其温度系数为1μA/K，0℃时该器件的输出电流为273μA，AD590的工作温度为-55～+150℃，外接电源电压在4～30V内任意选定。(2)AD590的基本转换电路　AD590出厂时已经过校正，但实际上仍有一定的分散性，如图6-4所示，在25℃(T=298K)时，理想输出电流应为298μA，但由于器件的调准电阻阻值不准，实际的比例关系曲线上移。6.1　集成温度传感器图6-3　AD5

3、90外部输出曲线6.1　集成温度传感器图6-4　器件的分散件(3)摄氏温度测量电路　若要得到与摄氏温度成正比的电压输出，6.1　集成温度传感器可以用运算放大器的反向加法电路来实现电流/电压转换，如图6-5c所示。图6-5　AD590的测量电路a)AD590封装　b)电流/电压转换电路　c)摄氏温度转换电路6.1　集成温度传感器2.LM35/45电压输出型集成温度传感器　LM35/45是电压型集成温度传感器，其输出电压Uout与摄氏温度成正比，无需外部校正，测温范围为-55～155℃，准确度可达0.5℃。图6-6　LM35的塑料封装外形及电路符号6.1　集成

4、温度传感器图6-7　LM45的贴片封装外形及内部电路框图3.数字化测温芯片6.1　集成温度传感器图6-8　LM35/45构成的摄氏温度计电路a)测量0.5℃以上温度的电路b)测量-55～+155℃温度的电路6.1　集成温度传感器图6-9　DS18S20温度巡回检测系统图6.2　光纤传感器6.2.1　光纤的结构和传输原理1.光纤的结构　光导纤维简称为光纤，目前基本上还是采用石英玻璃，其结构如图6-10所示。图6-10　光纤的结构2.光纤的传输原理6.2　光纤传感器图6-11　光纤的传光原理3.电光与光电转换器件　光纤两端必须与光发射器和光接收器匹配，如图6-

5、12所示。6.2　光纤传感器图6-12　光纤与光发射器及光接收器的配合1—发射光纤　2—接收光纤6.2.2　光纤传感器的分类6.2　光纤传感器光纤传感器可以分为两大类：一类是功能型(传感型)传感器；另一类是非功能型(传光型)传感器。功能型传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，被测量对光纤内传输的光进行调制，使传输的光的强度、相位、频率或偏振方向等特性发生变化，再通过对被调制过的信号进行解调，从而得出被测信号。非功能型传感器是利用其他敏感元件感受被测量的变化，由光纤将信息传送到二次仪表去。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤结合起来，大大提高了传输

6、过程中的抗电磁干扰能力，可实现遥测和远距离传输。但光纤在传感器测量系统中仅起信号传输作用，本节重点介绍功能型传感器。6.2　光纤传感器1.强度调制型光纤传感器　强度调制型光纤传感器是应用较多的光纤传感器，它的结构比较简单，可靠性高，但灵敏度稍低，目前许多已达到商品化的阶段。图6-13　强度调制型光纤传感器的几种形式a)反射式　b)遮光式　c)吸收式　d)微弯式　e)接收光辐射式　f)荧光激励式1—传感臂光纤　2—参考臂光纤　3—半反半透镜(分束镜)　4—光电探测器A5—光电探测器B　6—透镜　7—变形器　8—荧光体6.2　光纤传感器(1)反射式　反射式的基

7、本结构如图6-13a所示。(2)遮光式　遮光式的基本结构如图6-13b所示。(3)吸收式　吸收式的基本结构如图6-13c所示。(4)微弯式　微弯式的基本结构如图6-13d所示。(5)接收光辐射式　接收光辐射式的基本结构如图6-13e所示。(6)荧光激励式　荧光激励式的基本结构如图6-13f所示。2.相位调制型光纤传感器　某些被测量作用于光纤时，将引起光纤中光的相位发生变化。图6-14　双路光纤干涉仪1—ILD　2—分束镜　3—透镜　4—参考光纤(参考臂)5—传感光纤(测量臂)　6—敏感头7—干涉条纹　8—光电读出器6.2　光纤传感器6.2.3　光纤传感器的

8、应用1.光纤液位传感器　光纤液位传感器是利用强度调制型光纤反射式原