电子工业出版社：《模块化生产加工系统应用技术》教材电子教案（PPT课件）第5章 传感器技术基础

F产液檬器技菜签 5.1传感技术概述 传感技术是实现自动化的关键技术之一。 ≯传感器已广泛地应用到了工业、农业、环境保护、 交通运输、国防以及日常工作与生活等各个领域中。 开发新的敏感材料是研制新型传感器的关键。功能 陶瓷材料、髙分子有机敏感材料、生物活性物质 (如酶、激素等)和生物敏感材料(如微生物、组 织切片)都是近几年人们极为关注的具有应用潜力 的新型敏感材料 〉微型化、多维多功能化、集成化、数字化及智能化 是传感器的发展方向

第5章 传感器技术基础 5.1 传感技术概述 ➢ 传感技术是实现自动化的关键技术之一。 ➢ 传感器已广泛地应用到了工业、农业、环境保护、 交通运输、国防以及日常工作与生活等各个领域中。 ➢ 开发新的敏感材料是研制新型传感器的关键。功能 陶瓷材料、高分子有机敏感材料、生物活性物质 （如酶、激素等）和生物敏感材料（如微生物、组 织切片）都是近几年人们极为关注的具有应用潜力 的新型敏感材料。 ➢ 微型化、多维多功能化、集成化、数字化及智能化 是传感器的发展方向

塞本稅 关于传感器的定义,众说不一。 根据我国的国家标准(GB7765-87),传感器 ( Transducer/ Sensor)的定义是:“能够感受规定的 被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置 定义包含的意思:①传感器是测量装置,能完成检 测任务;②它的输入量是某一种被测量,可能是物理量, 也可能是化学量、生物量等。③它的输出量是某种物理 量,这种量应便于传输、转换、处理、显示等等,这种 量不一定是电量,还可以是气压、光强等物理量,但主 要是电物理量;④输出与输入之间有确定的对应关系, 且能达到一定的精度

5.1.1 传感器的基本概念 关于传感器的定义，众说不一。 根据我国的国家标准 （ GB7765-87）， 传感器 （Transducer/Sensor）的定义是：“能够感受规定的 被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置” 。 定义包含的意思：①传感器是测量装置，能完成检 测任务；②它的输入量是某一种被测量，可能是物理量， 也可能是化学量、生物量等。③它的输出量是某种物理 量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这种 量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主 要是电物理量；④输出与输入之间有确定的对应关系， 且能达到一定的精度

日量为 由敏感元 换元 件、转换电路三部分组成 被测量敏感中间量转换 调理输出电量 元件 元件 电路 敏感元件:它是直接感受被测量,并输岀与被测量成确 定关系的某一物理量的元件 转换元件:将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。 有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元 件(敏感元件)实现的。 调理电路:将敏感元件或转换元件输岀的电路参数转换、 调理成一定形式的电量输出

输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元 件、转换电路三部分组成。 敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确 定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。 有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元 件（敏感元件）实现的。 调理电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、 调理成一定形式的电量输出。 敏感 元件 调理 电路 转换 元件 被测量 中间量 输出电量

额产强产 器的星本分类 1.按工作机理分类 >结构型传感器:是利用传感器的结构参数变化来实现 信号转换的。 〉物性型传感器:在实现转换的过程中,传感器的结构 参数基本不变,而是依靠传感器中敏感元件内部的物 理或化学性质的变化来实现检测功能的 2.按能量转换情况分类 根据传感器的能量转换情况,可分为: 能量控制型传感器。如电阻式、电感式等传感器。 能量转换型传感器。如基于光电效应等的传感器

1．按工作机理分类 ➢ 结构型传感器：是利用传感器的结构参数变化来实现 信号转换的。 ➢ 物性型传感器：在实现转换的过程中，传感器的结构 参数基本不变，而是依靠传感器中敏感元件内部的物 理或化学性质的变化来实现检测功能的。 2．按能量转换情况分类 根据传感器的能量转换情况，可分为： ➢ 能量控制型传感器。如电阻式、电感式等传感器。 ➢ 能量转换型传感器。如基于光电效应等的传感器。 5.1.2 传感器的基本分类

3。按物理原理分 (1)电路参量式传感器。包括电阻式、电感式、电容式等 三个基本型式。 (2)磁电式传感器。包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等。 (3压电式传感器。 (4)光电式传感器。包括一般光电式、光栅式、激光式 光电码盘式、光导纤维式、红外式等。 (5)气电式传感器。 (6)热电式传感器。 (⑦)波式传感器。包括超声波式、微波式等 (8)射线式传感器 (9)半导体式传感器等

3．按物理原理分类 ⑴电路参量式传感器。包括电阻式、电感式、电容式等 三个基本型式 。 ⑵磁电式传感器。包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等。 ⑶压电式传感器。 ⑷光电式传感器。包括一般光电式、光栅式、激光式、 光电码盘式、光导纤维式、红外式等。 ⑸ 气电式传感器。 ⑹ 热电式传感器。 ⑺ 波式传感器。包括超声波式、微波式等。 ⑻ 射线式传感器。 ⑼ 半导体式传感器等

4,接用途分类 按照传感器的用途来分类,可分为: 位移传感器 压力传感器 >振动传感器 温度传感器 >速度传感器等

4．按用途分类 按照传感器的用途来分类，可分为： ➢ 位移传感器 ➢ 压力传感器 ➢ 振动传感器 ➢ 温度传感器 ➢ 速度传感器等

5.按输出电信号类型分奖 根据传感器输出电信号的类型不同,可以分为: 模拟量传感器 数字量传感器 开关量传感器 接近开关是一种采用非接触式检测、输出开关量 的传感器

5．按输出电信号类型分类 根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为 ： ➢ 模拟量传感器 ➢ 数字量传感器 ➢ 开关量传感器。 接近开关是一种采用非接触式检测、输出开关量 的传感器

5.2.1电涡流效应 根据电磁感应原理 可知,当金属物体处于一 电感线圈 个交变的磁场中时,在金 属物体内部会产生交变的 金属物体 电涡流,该涡流又会反作 用于产生它的磁场。如果电涡 这个交变的磁场是由一个 本a 电感线圈产生,则这个电 感线圈中的电流就会发生 变化,用于平衡涡流产生 图5-2电涡流效应原理图 的磁场

根据电磁感应原理 可知，当金属物体处于一 个交变的磁场中时，在金 属物体内部会产生交变的 电涡流，该涡流又会反作 用于产生它的磁场。如果 这个交变的磁场是由一个 电感线圈产生，则这个电 感线圈中的电流就会发生 变化，用于平衡涡流产生 的磁场。 5.2 电感式接近开关 5.2.1 电涡流效应

电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感 器 高频振荡型电感式接近开关: 它以高频振荡器(LC振荡器)中的电感线圈作为检 测元件,利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流 效应,引起振荡器振幅或频率的变化,由传感器的信号 调理电路将该变化转换成开关量输出,从而达到检测的 目的

电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感 器。 5.2.2 电感式接近开关的基本工作原理 ➢高频振荡型电感式接近开关： 它以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检 测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流 效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号 调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的 目的

2爱裂 差动线圈型电感式接近开关 它有两个电感线圈,由其中一个电感线圈作为检测 线圈,另一个电感线圈作为比较线圈;由于被测金属物 体接近检测线圈时会产生涡流效应,从而引起检测线圈 中磁通的变化,检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行 比较,然后利用比较后的磁通差,经由传感器的信号调 理电路将该磁通差转换成电的开关量输出,从而达到检 测的目的

➢差动线圈型电感式接近开关： 它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测 线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物 体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈 中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行 比较，然后利用比较后的磁通差，经由传感器的信号调 理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检 测的目的