工程测试技术基础第三部分传感器原理-课件.ppt

1、第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理本章学习要求：本章学习要求：1.了解传感器的分类了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理掌握常用传感器测量原理3.了解传感器测量电路了解传感器测量电路工程测试技术基础工程测试技术基础第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.1 概述概述1.传感器定义传感器定义 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。按一定的规律将所获取的信息转换成另一种信息的装置。目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲

2、，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。号的装置。物理量物理量电量电量2.传感器的构成传感器的构成 传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是传感器一般由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。3.1 概述概述dV3.传感器的分类传感器的分类3.1 概述概述(1)

3、(1)按被测物理量分类按被测物理量分类:(2)(2)按工作的物理基础分类按工作的物理基础分类:(3)(3)按信号变换特征按信号变换特征:(4)(4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系按敏感元件与被测对象之间的能量关系:位移位移,力力,温度等温度等.机械式机械式,电气式电气式,光学式光学式,流体式等流体式等.物性型物性型,结构型结构型.能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型.3.1 概述概述A A 物性型与结构型传感器物性型与结构型传感器物性型物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.例如例如:水银温度计水银温度计,压电测力计

4、压电测力计.结构型结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如例如:电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器.B B 能量转换型和能量控制型传感器能量转换型和能量控制型传感器能量转换型能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作直接由被测对象输入能量使其工作.例如例如:热电偶温度计热电偶温度计,压电式加速度计压电式加速度计.能量控制型能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化.例如例如:电阻应变片电阻应变片.3.1 概述概述4.常见的被测物理量常见的被测物理量 机械量机械量:长度长度,厚度厚度

5、,位移位移,速度速度,加速度加速度,旋转角旋转角,转数转数,质量质量,重量重量,力力,压力压力,真空度真空度,力矩力矩,风速风速,流速流速,流量流量;声声:声压声压,噪声噪声.磁磁:磁通磁通,磁场磁场.温度温度:温度温度,热量热量,比热比热.光：光：亮度，色彩亮度，色彩3.2 电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式光敏式、电敏式.1 2 3 132直线型直线型旋转型旋转型1 变阻器式传感器变阻器式传

6、感器(1)工作原理工作原理第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理 等效电路分析等效电路分析:Rp-总电阻;xp-变阻总长;RL负载电阻;x-电刷移动量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx)1)(1pxxLRpRxpxinLRxRxRpRLRpRinLRxRLRxRxRpRinEEEoutE0 x 100%100%Output0负载效应负载效应3.2 电阻式传感器电阻式传感器(2)变阻器式传感器的性能参数变阻器式传感器的性能参数:1)线性线性(或曲线的一致性或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围移动或旋转角度范围;2)分辨率分辨率;5)电阻温度系数电阻温度系数;3)整个电阻值的

7、偏差整个电阻值的偏差;6)寿命寿命;(3)变阻器式传感器的分类变阻器式传感器的分类变阻器按电阻元件分单圈电位器直线滑动式电位器多圈电位器混合式电位器导电塑料电位器金属陶瓷电位器线绕电位器3.2 电阻式传感器电阻式传感器(4)变阻器式传感器的特点变阻器式传感器的特点电阻器电阻器 制作制作 特点特点 绕线式绕线式 直径 0.012-0.1mm 的镍铬合金的精密电阻丝绕在绝缘的薄膜铜丝或绝缘胶木板等卷芯上而制作 电阻温度系数非常好，为5-20*10-6/0C;精度,稳定性,重复性比薄模式好,分辨力低于薄模式.金属陶瓷式金属陶瓷式 电阻胶印在陶瓷基板上,并用高温烧制而成.分辨力高,环境适应性强前,电阻

8、温度系数,为200*10-6/0C 左右.导电导电-塑料式塑料式 将基板的树脂与电阻墨制成一体,获将电阻胶涂于薄膜基片上.分辨力,寿命,高速现响应特性好,电阻温度系数为400*10-6/0C 混合式混合式 导电性树脂涂于限绕式电阻元件上 兼有绕线式和导电-塑料式的优点,电阻温度系数为150*10-6/0C 3.2 电阻式传感器电阻式传感器(5)应用应用案例：案例：重量的自动检测重量的自动检测-配料设备配料设备重量设定原材料 比较原理用弹簧将力转换为位移;再用变阻器将位移转换为电阻的变化3.2 电阻式传感器电阻式传感器案例：案例：煤气包储量检测煤气包储量检测原理直接将代表煤气包储量的高度变化转换

9、为钢丝的电阻变化煤气包钢丝特点：特点：（1）测量量程大；）测量量程大；（2）防爆；）防爆；（3）可靠；）可靠；（4）成本低。）成本低。3.2 电阻式传感器电阻式传感器案例：案例：玩具机器人（广州中鸣数码玩具机器人（广州中鸣数码 ）原理直接将关节驱动电机的转动角度变化转换为电阻器阻值变化3.2 电阻式传感器电阻式传感器2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器-应变片应变片 金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形阻值随着它所受机械变形(

10、伸长或缩短伸长或缩短)的变化而发生变的变化而发生变化的现象。化的现象。3.2 电阻式传感器电阻式传感器1)工作原理工作原理金属应变片的电阻金属应变片的电阻R为为AlR(1)(1)当当 不变时不变时)21(RdAdldRARlR金属应变计金属应变计(2)(2)当当 变化时变化时ERRdddRdAlR半导体应变计半导体应变计3.2 电阻式传感器电阻式传感器2)金属应变计金属应变计金属应变计有金属应变计有:丝式和丝式和箔式箔式优点优点:稳定性和温度稳定性和温度特性好特性好.缺点缺点:灵敏度系数小灵敏度系数小.应变计3.2 电阻式传感器电阻式传感器3)半导体应变计半导体应变计优点：优点：应变灵敏度大应

11、变灵敏度大;体积小体积小;能制成具有一定应变电阻的能制成具有一定应变电阻的元件元件.缺点：缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片温度稳定性和可重复性不如金属应变片。应变计3.2 电阻式传感器电阻式传感器3)应变片的主要参数应变片的主要参数 1）几何参数：表距）几何参数：表距L和丝栅宽度和丝栅宽度b，制造厂常用，制造厂常用bL 表示。表示。2）电阻值：应变计的原始电阻值。）电阻值：应变计的原始电阻值。3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、蠕变、零漂以及疲劳寿

12、命、横向灵敏度等）。蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。3.2 电阻式传感器电阻式传感器案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量原理在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。3.2 电阻式传感器电阻式传感器4)应用应用案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。3.2 电阻式传感器电阻式传感器第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.3 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置

13、。转化为电感量的一种装置。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型3.3 电感式传感器电感式传感器1 自感型自感型-可变磁阻式可变磁阻式2002ANL a)可变导磁面积型b）差动型c）单螺管线圈型d）双螺管线圈差动原理原理:电磁感应电磁感应3.3 电感式传感器电感式传感器双螺管线圈差动型传感器及测量电路双螺管线圈差动型传感器及测量电路交流电桥交流电桥3.3 电感式传感器电感式传感器2 涡流式涡流式原理原理:涡流效应涡流效应原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z变化：变化：),(ZZ 3.3 电感式传感器电感式传感器优点优点：接构简单，使用方便，不受

14、油污、介质影响。：接构简单，使用方便，不受油污、介质影响。应用应用：位移、力、振动测量，：位移、力、振动测量，NDT，测厚，测厚,材质判别材质判别案例：案例：连续油管的椭圆度测量连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle原理：原理：3.3 电感式传感器电感式传感器案例：案例：无损探伤无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测3.3 电感式传感器电感式传感器案例：案例：测厚测厚案例：案例：零件计数零件计数3.3 电感式传感器电感式传感器2 互感型互感型-差动变压器差动变压器工作原理工作原理:互感现象互感现象

15、.WW1W2Esx-xEwEout3.3 电感式传感器电感式传感器测量电路测量电路3.3 电感式传感器电感式传感器应用应用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,压缩,垂直度;压力,流量,液位;张力,重力,负荷量;扭矩,应力,动力;气压,温度;振动,速度,加速度;等.案例：案例：板的厚度测量板的厚度测量 案例：案例：张力测量张力测量第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.4 电容式传感器电容式传感器 1.变换原理变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器,它的电容量为它的电容量为:AC0+A 当被测量当被测量、S或或发生变

16、化时，都会引起电容的变化。发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。2 分类分类 3.4 电容式传感器电容式传感器 a)a)极距变化型极距变化型;+c)c)介质变化型介质变化型AC0b)b)面积变化型面积变化型:角位移型角位移型,平面线位移型平面线位移型,柱面线位移型柱面线位移型.+3 测量电路测量电路3.4 电容式传感器电容式传感器 a)电桥电路电桥电路 b)谐振电路谐振电路 c)调频电路调频电路 d)运算放大器电路运算放大

17、器电路 4 应用应用3.4 电容式传感器电容式传感器 案例：案例：电容传声器电容传声器 案例案例:液面高度测量液面高度测量3.4 电容式传感器电容式传感器 动手做：动手做：观察你计算机上使用的麦观察你计算机上使用的麦克风，并用它测量你自己克风，并用它测量你自己的声音，绘出频谱。的声音，绘出频谱。第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.5压电式传感器压电式传感器 1.变换原理变换原理:压电效应压电效应+F+串联串联并联并联 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，生变

18、化，而且内部也会被极化，表面会产生电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。q=DF3.5压电式传感器压电式传感器 2、测量电路、测量电路 压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。换后，方可输入到后续显示仪表中。3 应用应用b)压力变送器压力变送器3.5压电式传感器压电式传感器 a)加速度计，力传感器加速度计，力传感器 3.5压电式传感器压电式传感器 案例

19、：案例：飞机模态分析飞机模态分析第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.6 磁电式传感器磁电式传感器 1.变换原理变换原理:磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。势的一种转换器。),(,cos,mdtddtdRBSBNU感应线圈的感应电动势感应线圈的感应电动势U为为 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。2 分类分类 磁电式动圈式磁阻式线速度型角速度型N3.6 磁电式传感器磁电式传

20、感器 3 动圈式传感器动圈式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 4 磁阻式传感器磁阻式传感器 3.6 磁电式传感器磁电式传感器 5 应用应用b)测速电机测速电机a)磁电式车速传感器磁电式车速传感器3.6 磁电式传感器磁电式传感器 第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 1 磁电转换元件传感器磁电转换元件传感器 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，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。理现象称为霍尔效应。sinI

21、BKVHH1)霍尔元件霍尔元件 霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图所示。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 应用应用 案例：案例：电流传感器电流传感器案例：案例：管道裂纹检测管道裂纹检测3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 原理磁场强度变化检测2)磁电阻元件磁电阻元件3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 磁阻效应磁阻效应)1()1(cos/2202020BRRRR-+lwx特点特点 电阻的增量与磁电阻的增量与磁 场的平方成正比；场的平方成正比；与磁场的正负无关；与磁场的正负无关；温度系数影响大；温度系

22、数影响大；磁感应的范围比霍尔元件大。磁感应的范围比霍尔元件大。R-5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5应用应用 磁头；接近开关和无触点开关。磁头；接近开关和无触点开关。3)磁感应半导体元件分类磁感应半导体元件分类3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 磁感应半导体元件体元件霍尔IC结型元件霍尔元件磁电阻元件磁敏二极管磁晶体管磁半导体开关其它开关线性3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 2 光电转换元件光电转换元件 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工光的光能量，并能将光能转

23、化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。作原理是基于一些物质的光电效应。1)光敏电阻光敏电阻 光电导效应是指半导体材光电导效应是指半导体材料受到光照时会产生电子料受到光照时会产生电子-空空穴对穴对,使其导电性能增强使其导电性能增强,光线光线愈强愈强,阻值愈低阻值愈低,这种光照后电这种光照后电阻率发生变化的现象阻率发生变化的现象,称为光称为光电导效应。基于这种效应的光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。管、光敏三极管。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 2)光电池光电池 光生伏特效应指半导体材料光生伏特效应指半

24、导体材料P-N结受到光照后产生结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。是常用的光生伏特型器件。+-PN3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 3)应用应用 光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。式、反射式、辐射式四种基本形式。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 案例：案例：光电鼠标就是利用光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。与光敏晶体管组合来测量位移。案例：案例：亮度传感器：亮度传感器

25、：通过检测周围环境的亮度，再通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。然光线，达到节约电能的目的。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 动手做：动手做：观察你计算机上使用的鼠观察你计算机上使用的鼠标结构，了解鼠标如何实标结构，了解鼠标如何实现运动测量。现运动测量。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 3 热敏电阻传感器热敏电阻传感器 半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、半导体热敏电阻的材料是一种由锰、镍、铜、钻、铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成

26、的半导体，它铁等金属氧化物按一定比例混合烧结而成的半导体，它具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。具有负的电阻温度系数，随温度上升而阻值下降。典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。构及温度特性如图所示。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 应用应用 温控器温控器热敏电阻热敏电阻3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 4 气敏电阻传感器气敏电阻传感器 气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，锰等金

27、属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元如一氧化碳、醇等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。件温度相应增高，电阻发生变化。气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤气、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体气体测量、酒精浓度探测等方面。测量、酒精浓度探测等方面。烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 5 CCD固态图象传感器固态图象传感器 M

28、OS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的结构是在光敏元的结构是在半导体半导体(P型硅型硅)基片上形成一种氧化物基片上形成一种氧化物(如二氧化硅如二氧化硅)，在氧，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属-氧化物氧化物-半导体结构元半导体结构元(MOS)。在半导体硅片上按线阵或面阵排列在半导体硅片上按线阵或面阵排列MOS单元，如果照射在这些光敏单元，如果照射在这些光敏元上的是一幅明暗起伏的图像，则这些光敏元上就会感生出一幅与元上的是一幅明暗起伏的图像，则这些光敏元上就会感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像。光照强度相对

29、应的光生电荷图像。3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 01111100光敏管光敏管阵列阵列并联串联转换器运算电路显示电路结束信号驱动脉冲CCD3.7 半导体敏感元件传感器半导体敏感元件传感器 特点特点:(1)非接触检测;(2)响应快;(3)可靠性高,为修简便;(4)测量精度高;(5)体积小,重量轻;容易与计算机连接(6)对被测物体需要强光照射;(7)受被测物体以外的光的影响.应用应用:(1)宽度测量;(2)外径测量;(3)主轴径向跳动测量.第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 1、热辐射检测传感器、热辐射检测传感器 绝对零度以上的物

30、体都有辐射，其强度依赖于物体的绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依赖于物体的温度温度(K)，在此仅考虑黑体也称全辐射体的辐射能和波，在此仅考虑黑体也称全辐射体的辐射能和波长的关系。根据普朗克辐射定律有以下表达式：长的关系。根据普朗克辐射定律有以下表达式：应用：应用：冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过程中都涉冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过程中都涉及到动态温度场的检测问题及到动态温度场的检测问题。3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 2、超声波检测传感器、超声波检测传感器 3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 1)声波及其分类声波及其分类(1)次声波，振动频率低于次声波，振动频率低

31、于l6Hz的机械波。的机械波。(2)声波声波:振动频率在振动频率在16Hz20KHz之间的机械波。之间的机械波。(3)超声波超声波:高于高于20KHz的机械波。的机械波。2）超声波的物理性质）超声波的物理性质 超声波与一般声波比较，振动频率高，波长短，因超声波与一般声波比较，振动频率高，波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透能力。远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透能力。3)超声波传感器及应用超声波传感器及应用 3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器(1)超声波传感器对超声波传

32、感器对(2)超声波探伤超声波探伤3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 案例：案例：输油管检测检测机器人3、声发射检测传感器、声发射检测传感器 3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称无声发射。各种材料声发性波形式释放出应变能的现象称无声发射。各种材料声发射的频率范围很宽，从次声频、声频到超声频，但多数金射的频率范围很宽，从次声频、声频到超声频，但多数金属属(如钢、铁等如钢、铁等)的声发射频带，均在超声范围内。的声发射频带，均在超声范围内。声发射分声发射分:1）连续发射）

33、连续发射;2）突发发射。由于结构和传感）突发发射。由于结构和传感器的谐振，检测到的发射信号像衰减的正弦波，检测到的器的谐振，检测到的发射信号像衰减的正弦波，检测到的两类信号如图所示。两类信号如图所示。案例：案例：材料断裂等结构监测。材料断裂等结构监测。3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 4、光纤传感器简介、光纤传感器简介 3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。将输入物理量变换为调制的光信号。1）物性型光纤传感器）物性型光纤传感器3.8 其它类型的传感器其它类型的

34、传感器 光纤流速传感器光纤流速传感器3.8 其它类型的传感器其它类型的传感器 结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。2）结构型光纤传感器）结构型光纤传感器第三章、传感器测量原理第三章、传感器测量原理3.8传感器选用原则传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的

35、问题。稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵一般说来，传感器灵敏度越高越好，但，在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。量程范围。c)交叉灵敏度问题。交叉灵敏度问题。3.8传感器选用原则传感器选用原则 2 响应特性响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。失真的测量条件。实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望

36、延迟的时间越短越好。总希望延迟的时间越短越好。3 线性范围线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。测量精度的基本条件。3.8传感器选用原则传感器选用原则 4 稳定性稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。与环境。5 精确度精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。应程度。6 测量方式测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。在线与非在线测量等。