Chapter67-18传感器原理与测量电路ppt课件.ppt

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1、第6章、传感器测量原理6.7磁敏元件传感器金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。1霍尔元件霍耳传感器霍耳传感器是基于霍耳效应的一种非接触式传感器。在磁场中被测量通过霍耳元件转换成电动势输出。霍耳传感器可应用于多种非电量测量，特别是在检测微位移、大电流、微弱磁场等方面得到了广泛应用。BIvFLFE图4-32霍尔效应原理图ldUHb如图4-32所示，一块长为l、宽为b、厚为d的N型半导体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中，B垂直于l―d平面。沿l通电流I，N型半导体中的载流子―电子将受到B作用而产生

2、的洛沦兹力FL的作用。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。6.7磁敏元件传感器6.7磁敏元件传感器测转角：6.7磁敏元件传感器电流传感器当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。6.7磁敏元件传感器铁磁材料裂纹检测NS6.7磁敏元件传感器叶片和齿轮位置传感器应用6.7磁敏元件传感器案例：汽车速度测量:6.7磁敏元件传感器2磁电阻元件磁阻效应--++lwx6.7磁敏元件传感器特点电阻的增量与磁场的平方成正比；与磁场的正负无关；温度系数影响大；磁感应的范围比霍尔元件大

3、。应用磁头；接近开关和无触点开关。6.7磁敏元件传感器3磁感应半导体元件分类霍尔元件磁电阻元件磁敏二极管磁晶体管磁半导体开关6.7磁敏元件传感器产品6.7磁敏元件传感器案例：转速测量6.7磁敏元件传感器6.8光栅传感器光栅传感器——利用光栅的莫尔条纹现象实现几何量测量的装置称为光栅传感器。光栅传感器的优点：高精度、高分辨率和大动态范围，因而广泛应用于静态测量、动态测量和自动化等领域。第6章、传感器测量原理光栅分类及结构1)光栅分类按其原理和用途可分为物理光栅和计量光栅。按其透射形式可分为透射式光栅和反射式光栅。按光栅表面结构不同，可分为幅值光栅（又叫黑白光栅）和相

4、位光栅（又叫闪耀光栅）。按光栅应用分类，可分为长光栅和圆光栅。目前发展了激光全息光栅和偏振光栅等新型光栅2)光栅的结构所谓光栅，简单地说，由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学器件称为光栅。圆光栅有三种形式：一种是径向光，其栅线的延长线通过圆心；第二种是切线光栅，其栅线的延长线与光栅盘中的一个小同心圆相切；第三种是环形光栅，其栅线为一簇等间距同心圆。光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接收元件组成。莫尔条纹原理与特点莫尔条纹具有三个特点：1、莫尔条纹具有位移放大作用2、莫尔条纹移动与光栅移动的对应关系3、误差减小作用莫尔条纹——亮带与暗带相间的

5、条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹是由主光栅和指示光栅的透光与遮光效应形成的。横向莫尔条纹的斜率莫尔条纹间距莫尔条纹的宽度BH由光栅常数与光栅夹角决定（1）调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测量精度。（2）莫尔条纹的光强度变化近似正弦变化，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”。这样可以提高测量精度或可以采用较粗的光栅。（3）光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。因此可得到比光栅本身的刻线精度高的测量精度。这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。1）莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，

6、对光栅的刻划误差有平均作用，从而能在很大程度上消除光栅刻线不均匀引起的误差。2）当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。3）莫尔条纹的间距是放大了的光栅栅距，它随着指示光栅与主光栅刻线夹角而改变。越小，越大，相当于把微小的栅距扩大了倍。由此可见，计量光栅起到光学放大器的作用。例如，对２５线／mm的长光栅而言，＝0.04mm，若=0.016rad，则=2.5mm.，光敏元件可以分辨2.5mm的间隔，但无法分辨0.04mm的间

7、隔。4）莫尔条纹移过的条纹数与光栅移过的刻线数相等。例如，采用100线/mm光栅时，若光栅移动了xmm（也就是移过了100×x条光栅刻线），则从光电元件面前掠过的莫尔条纹也是100×条。由于莫尔条纹比栅距宽得多，所以能够被光敏元件所识别。将此莫尔条纹产生的电脉冲信号计数，就可知道移动的实际距离了。光栅传感器的工作原理（一）光电转换原理光栅传感器的光电转换系统结构：1、光源，2、聚光镜，3、主光栅（又称标尺光栅），4、指示光栅，5光敏元件，如图10—4（a）所示。（二）莫尔条纹测量位移原理当光电元件5接收到明暗相间的正弦信号时，根据光电转换原理将光信号转换为电信号。

8、当主光栅移