文档介绍：第5章传感器技术基础 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。
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。
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
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。
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。
传感器的基本分类
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。
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。
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。
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。
电感式接近开关 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。
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。
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。