重点班附加ppt课件传感器及其应用.ppt

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1、传感器及其应用2005年5月19日，“勇气号”火星车在火星古塞夫环形山附近拍摄到的落日图片勇气号火星车勇气号火星车勇气号火星车勇气号火星车第一节传感器及其工作原理1．传感器概念：传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。2．传感器常见分类：A．按传感的物理量分类，可分为位移、力、光、速度、温度、流量、气体成份等传感器。B．按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅热电偶等传感器。3．传感器的构成：敏感元件和转换电路声音磁场光加速度各类传感器压强温度湿

2、度力电信号……磁敏感元件(干簧管中的簧片，霍尔元件）光敏感元件（光敏电阻）热敏感元件（热敏电阻和金属热电阻）磁场电路通断干簧管光照电阻变化光敏电阻电阻变化热敏电阻温度非电学物理量电学物理量或电路的通断传感器霍尔效应第二节和第三节传感器的应用传感器应用的一般模式示意图传感器转换或放大电路执行机构仪表显示微机系统1．第二节：侧重力、声、热传器的应用2．第三节：侧重电、温度、光传感器的应用第四节传感器的应用实验主要了解二极管、门电路和传感器的简单应用设计（如集成门电路（斯密特触发器），单个的门电路）力传感器受力端固定端F固定端悬臂梁是一种弹性元件，其一端固定，另一端受力。

3、在受力时，悬臂梁的上、下表面将产生微小的形变（应变）：上表面伸长，下表面压缩。F应变片当应变片产生形变时，金属电阻丝被拉伸或压缩，它的电阻发生相应的变化。受力方向在悬臂梁产生应变的部位粘贴应变片，将悬臂梁的应变传递到应变片上，从而将悬臂梁的应变转换为电阻的变化。测量电路应变片（R1、R4）应变片（R2、R3）悬臂梁的上、下表面各粘贴2片应变片，它们的电阻值相同。当悬臂梁受力时，梁的上表面伸长，R1、R4电阻值增大；梁的下表面压缩，R2、R3电阻值减小。此时UA＜UB，输出与外力成正比的电压值（模拟信号）。FR1R2R3R4UOUTUAUB（电阻应变式）电子计价秤悬臂

4、梁应变片固定端力传感器在电子秤中的应用悬臂梁应变片电子计价秤中的应变片应变片的应用将应变片粘贴在机械、桥梁、建筑等被测构件上，通过专用的“电阻应变仪”直接测定其工作状态下的应力和变形情况。对桥梁进行多点测量F应变片桥面崇明跃进桥检测——布置应变片桥梁加载，检测桥梁的应变羽毛球馆穹顶结构的测试对斜拉桥钢索进行应变测试加速度传感器传感器内有一个用弹簧片支撑的质量块，可以上下活动。固定电极1与质量块之间构成电容C1质量块与固定电极2之间构成电容C2αC1C2固定电极1质量块固定电极2电容式加速度传感器的工作原理先将加速度的变化转换成质量块的位移，然后将位移转换成电容量的变

5、化，最后将电容量转换成电压信号。αC1C2d1d2加速度位移电容量电压三维加速度传感器信号处理电路加速度测试单元显微镜下，利用MEMS技术加工的芯片三维加速度传感器结构当框架作上下运动时，质量块2、4不动，质量块1、3产生相反的前后位移。当框架作左右运动时，质量块1、3不动，质量块2、4产生相反的前后位移。当框架作前后运动时，4个质量块均产生位移。外形：6×4×1.4（mm）A—B质量块（活动电极）斜支撑固定电极活动电极向右运动，间隙加大，电容减小向左运动，间隙减小，电容加大斜支撑活动电极的位移A—B活动电极固定电极固定电极光电鼠标中的图象传感器当鼠标移动时，其移动

6、轨迹通过图象传感器，形成一组高速拍摄的连贯图像，鼠标内的数字微处理器对图像特征点位置的变化进行分析，判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。图象传感器CMOS芯片例1：力传感器的应用——电子秤（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？（4）如何设计一个转换电路？例2：：温度传感器的应用——电熨斗思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？

7、例3：热电偶热电偶的工作原理是：两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时，就会在回路产生热电流，接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产生的热电流，接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势的温度值。例4：电感式位移传感器1—固定铁心2—气隙3—线圈4—衔铁5—弹簧6—磁力线7—绝缘外壳自感传感器常见的形式有变隙式、变面积式和螺线管式等三种，原理示意图分别如图a、b、c所示，螺线管式自感传感器外形如图所示。汽车防抱死制动系统（ABS）用霍尔传感器检测车轮的转速，以此控制制动系统，使车轮处于稍