1、傳感器期末復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)2011傳感器期末復(fù)習(xí)時(shí)間：時(shí)間：5月月21日（周日）上午日（周日）上午9：0011：30答疑：答疑：地點(diǎn)：教地點(diǎn)：教116時(shí)間：時(shí)間：5月月23日（周一）下午日（周一）下午14：4516：45考試：考試：地點(diǎn)：教地點(diǎn)：教402傳感器期末復(fù)習(xí)考試題型：考試題型：填空題：填空題：40分分簡答題：簡答題：20分分綜合題：綜合題：40分分傳感器期末復(fù)習(xí)傳感器的定義：傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置。能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置。緒論緒論傳感器

2、的組成：通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的組成：通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸轉(zhuǎn)換元件是指將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。或測量的電信號部分。傳感器期末復(fù)習(xí)傳感器的一般特性傳感器的一般特性傳感器的特性傳感器的特性是指傳感器的輸入信號與輸出信號的關(guān)系。是指傳感器的輸入信號與輸出信號的關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)是指當(dāng)（即輸入量對時(shí)間（即輸入量對時(shí)間 t t 的的各階導(dǎo)數(shù)為零）各階導(dǎo)數(shù)為零）或緩慢變化時(shí)，或緩慢變化時(shí)

3、，傳感器的輸出值與輸入值之間的關(guān)系。傳感器的輸出值與輸入值之間的關(guān)系。傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)：傳感器的主要靜態(tài)性能指標(biāo)：1、測量范圍和量程、測量范圍和量程2、分辨力和閾值、分辨力和閾值3、靈敏度、靈敏度4、遲滯、遲滯5、重復(fù)性、重復(fù)性6、線性度、線性度7、時(shí)漂和溫漂、時(shí)漂和溫漂 8、總精度、總精度傳感器期末復(fù)習(xí)傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一般傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一般采用正弦信號和階躍信號作為輸入信號采用正弦信號和階躍信號作為輸入信號。傳感器對正弦輸入信號的響應(yīng)為傳感器的傳感器對正弦輸入信號

4、的響應(yīng)為傳感器的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)，對階躍輸入，對階躍輸入信號的響應(yīng)為傳感器的信號的響應(yīng)為傳感器的動(dòng)態(tài)階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)階躍響應(yīng)。傳感器期末復(fù)習(xí)電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器上式表明上式表明：在應(yīng)力作用下，金屬材料的在應(yīng)力作用下，金屬材料的電阻相對變化與其軸向應(yīng)變成正比電阻相對變化與其軸向應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。這就是金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。一、電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理一、電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理1 1、金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)、金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)金屬絲在應(yīng)力金屬絲在應(yīng)力x 作用下產(chǎn)生軸向伸長、徑向縮短形變，從而使其電作用下產(chǎn)生軸向伸長、徑向縮短形變，從而使其電阻發(fā)生變化。金屬材

5、料電阻的相對變化與軸向應(yīng)變阻發(fā)生變化。金屬材料電阻的相對變化與軸向應(yīng)變x 的關(guān)系：的關(guān)系：xmxKCRdR)21 ()21 (式中：式中：Km=( 1+2)+C( 1-2) 金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)（簡稱靈敏系數(shù)）金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)（簡稱靈敏系數(shù)）傳感器期末復(fù)習(xí)2 2、 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用后，其內(nèi)部電阻率發(fā)生變化。半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用后，其內(nèi)部電阻率發(fā)生變化。半導(dǎo)體材料電阻相對變化與軸向應(yīng)變材料電阻相對變化與軸向應(yīng)變x 的關(guān)系：的關(guān)系：xsxKERdR)21(式中：Ks=1+2+E 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)上式表明上式表明：在

6、應(yīng)力作用下，半導(dǎo)體材料的在應(yīng)力作用下，半導(dǎo)體材料的電阻相對變化與其軸向應(yīng)變成正比電阻相對變化與其軸向應(yīng)變成正比。這就是半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)。這就是半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)。傳感器期末復(fù)習(xí)綜合上述兩種情況，可得導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)為：綜合上述兩種情況，可得導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)為：式中：K0 導(dǎo)電材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)0KRdR傳感器期末復(fù)習(xí)二、電阻應(yīng)變片的主要特性二、電阻應(yīng)變片的主要特性金屬絲應(yīng)變片的橫向效應(yīng)金屬絲應(yīng)變片的橫向效應(yīng)金屬應(yīng)變片的敏感柵通常是呈柵狀。它由軸向縱柵和圓弧橫柵兩部分金屬應(yīng)變片的敏感柵通常是呈柵狀。它由軸向縱柵和圓弧橫柵兩部分組成。組成。由于試件承受單向應(yīng)力由于試件承受單向應(yīng)

7、力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)中，即軸向時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)中，即軸向（拉伸）應(yīng)變（拉伸）應(yīng)變x 和橫向（收縮）應(yīng)變和橫向（收縮）應(yīng)變y 。xxyyxxHKKKRR)1 ( 其縱柵主要感受軸向應(yīng)變其縱柵主要感受軸向應(yīng)變x、橫柵主要感受橫向應(yīng)變、橫柵主要感受橫向應(yīng)變y ，從而引，從而引起應(yīng)變片總電阻的變化為：起應(yīng)變片總電阻的變化為：傳感器期末復(fù)習(xí)它表示當(dāng)它表示當(dāng)y = 0時(shí)，單位軸向應(yīng)變時(shí)，單位軸向應(yīng)變x引起的電阻相對變化引起的電阻相對變化xxxxxyyxxKHKHKKKRR)1 ()1 (0式中：K=Kx(1-H)它表示當(dāng)它表示當(dāng)x = 0時(shí)，單位橫向應(yīng)變時(shí)，單位橫向應(yīng)變y引起的電阻相對變

8、化引起的電阻相對變化雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)雙向應(yīng)變比（橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變比）雙向應(yīng)變比（橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變比）實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：y /x= -0 0雙向應(yīng)變比系數(shù)雙向應(yīng)變比系數(shù)Kx軸向靈敏系數(shù)軸向靈敏系數(shù)式中：式中：Ky橫向靈敏系數(shù)橫向靈敏系數(shù)H=Ky / Kx=y /xxxyyxxHKKKRR)1 ( 傳感器期末復(fù)習(xí)在橫向應(yīng)變在橫向應(yīng)變y 和軸向應(yīng)變和軸向應(yīng)變x 的作用下，橫柵所產(chǎn)生應(yīng)變電阻的的作用下，橫柵所產(chǎn)生應(yīng)變電阻的增量與縱柵所產(chǎn)生應(yīng)變電阻的增量方向相反。其原因就是橫向增量與縱柵所產(chǎn)生應(yīng)變電阻的增量方向相反。其原因就是橫向應(yīng)變和軸向應(yīng)

9、變對橫柵作用的結(jié)果。應(yīng)變和軸向應(yīng)變對橫柵作用的結(jié)果。結(jié)論：結(jié)論：在單位應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)在單位應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)變的作用。變的作用。應(yīng)變片既敏感軸向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響，使靈敏系數(shù)及應(yīng)變片既敏感軸向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響，使靈敏系數(shù)及相對電阻比都減少的現(xiàn)象，稱為相對電阻比都減少的現(xiàn)象，稱為橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)。xxxxxyyxxKHKHKKKRR)1 ()1 (0傳感器期末復(fù)習(xí)金屬絲應(yīng)變片金屬絲應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)系數(shù) H橫向靈敏度系數(shù)橫向靈敏度系數(shù) Ky 與軸向靈敏度系數(shù)與軸向靈敏度系數(shù) Kx 之比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)之

10、比值，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)H。消除金屬絲應(yīng)變片橫向效應(yīng)的辦法消除金屬絲應(yīng)變片橫向效應(yīng)的辦法短接式、直角式橫柵短接式、直角式橫柵傳感器期末復(fù)習(xí)三、應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償三、應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償敏感柵在溫度的作用下，產(chǎn)生電阻的變化，這種情況稱為敏感柵的敏感柵在溫度的作用下，產(chǎn)生電阻的變化，這種情況稱為敏感柵的熱阻效應(yīng)熱阻效應(yīng)。在溫度的作用下，應(yīng)變片線膨脹、試件體膨脹引起應(yīng)變電阻的相在溫度的作用下，應(yīng)變片線膨脹、試件體膨脹引起應(yīng)變電阻的相對變化，這種情況稱為敏感柵的對變化，這種情況稱為敏感柵的熱膨脹效應(yīng)熱膨脹效應(yīng)。傳感器期末復(fù)習(xí)式中： t 敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)（/） K 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)s 、

11、t 分別為試件和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)（m/）tKtRRtst)(上式表明上式表明在溫度的作用下，應(yīng)變片電阻相對變化在溫度的作用下，應(yīng)變片電阻相對變化與其敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)與其敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)t、敏感柵材料線膨脹系數(shù)敏感柵材料線膨脹系數(shù)t、試件和基底材料體膨脹系數(shù)試件和基底材料體膨脹系數(shù)s 有關(guān)，有關(guān)，這是應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。這是應(yīng)變片的溫度效應(yīng)。綜合以上分析得出結(jié)論綜合以上分析得出結(jié)論在溫度的作用下，引起應(yīng)變片電阻的相對變化為：在溫度的作用下，引起應(yīng)變片電阻的相對變化為：傳感器期末復(fù)習(xí)上式以應(yīng)變形式表示，稱為應(yīng)變片的熱輸出（溫度作用的結(jié)果實(shí)際最終上式以應(yīng)變形式表示，稱為應(yīng)變片的熱

12、輸出（溫度作用的結(jié)果實(shí)際最終是以應(yīng)變的形式表現(xiàn)出來），即是以應(yīng)變的形式表現(xiàn)出來），即tKtRRtst)(ttKKRRtsttt)(1)/(熱輸出熱輸出由上兩式可以看出，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：由上兩式可以看出，應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為應(yīng)變片的前部分為應(yīng)變片的熱阻效應(yīng)熱阻效應(yīng)所造成；所造成；后部分為敏感柵與試件（和基底）后部分為敏感柵與試件（和基底）熱膨脹熱膨脹所引起。所引起。傳感器期末復(fù)習(xí)熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出補(bǔ)償方法常采用的方法有：常采用的方法有：溫度自補(bǔ)償法溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法傳感器期末復(fù)習(xí)四、測量電路四、測量電路應(yīng)變直流電橋應(yīng)變直流電橋U

13、電源電壓電源電壓U0輸出電壓輸出電壓R1R2R4R3ABCD直流電橋直流電橋橋路輸出電壓變化量橋路輸出電壓變化量U0與橋臂應(yīng)變與橋臂應(yīng)變電阻的相對變化有關(guān)：電阻的相對變化有關(guān)：)(4443322110RRRRRRRRUU實(shí)際上，應(yīng)變電阻的相對變化實(shí)際上，應(yīng)變電阻的相對變化R/R 等于其所受到應(yīng)變等于其所受到應(yīng)變，即：，即：R1/R1 = K1，R2/R2 = K2R3/R3 = K3，R4/R4 = K4因此，有：因此，有：)(4)(44321443322110UKRRRRRRRRUU傳感器期末復(fù)習(xí)結(jié)論：結(jié)論：從上式可見從上式可見橋路輸出電壓變化量橋路輸出電壓變化量U0與橋臂各個(gè)應(yīng)變電阻所受的

14、應(yīng)變與橋臂各個(gè)應(yīng)變電阻所受的應(yīng)變有關(guān)有關(guān)利用上述特點(diǎn)可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高測量的靈敏度。利用上述特點(diǎn)可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償和提高測量的靈敏度。)(4)(44321443322110UKRRRRRRRRUU若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不同，即一為拉應(yīng)變，另一為壓應(yīng)變時(shí)，兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不同，即一為拉應(yīng)變，另一為壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為兩者之和；輸出電壓為兩者之和；若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致時(shí)，輸出電壓為兩者之和；相對橋臂的應(yīng)若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致時(shí)，輸出電壓為兩者之和

15、；相對橋臂的應(yīng)變極性相反時(shí)，輸出電壓為兩者之差。變極性相反時(shí)，輸出電壓為兩者之差。傳感器期末復(fù)習(xí)電容式傳感器電容式傳感器平板電容器平板電容器當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時(shí)，其電容量當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時(shí)，其電容量C 為：為：平板電容器由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成，如下圖。平板電容器由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成，如下圖。AACr0式中： C 電容量（F 法）0 真空介電常數(shù)（8.8510-12F/m） r 電容極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù) 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù) 電容極板間距離（m） A 電容極板的有效面積（m2） A極板極板平板電容器平板電容器傳感器期末復(fù)習(xí)以電容以電容極板間距離極板間距離為變化

16、量，可組成為變化量，可組成變極距型電容傳感器；變極距型電容傳感器；以電容以電容極板的有效面積極板的有效面積A 為變化量，可組成為變化量，可組成變面積型電容傳感器；變面積型電容傳感器； 以電容以電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù) r 為變化量，可組成為變化量，可組成變介質(zhì)型電容變介質(zhì)型電容傳感器。傳感器。ACr0電容式傳感器分為：電容式傳感器分為：變極距變極距型型、變面積變面積A型型、變介質(zhì)變介質(zhì)r 型型傳感器期末復(fù)習(xí)1 1、變極距型電容傳感器、變極距型電容傳感器測量原理：測量原理：被測量通過動(dòng)極板的上下移動(dòng)，引起兩極板的極距被測量通過動(dòng)極板的上下移動(dòng)，引起兩極板的極距 改變，從而得改

17、變，從而得到電容量的變化。到電容量的變化。一、電容式傳感器的工作原理一、電容式傳感器的工作原理傳感器期末復(fù)習(xí)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)相對非線性誤差差動(dòng)式結(jié)構(gòu)相對非線性誤差ef 為：為：%100)/(%100)/(2)/(223000fe靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級（非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級（/R1時(shí)，（式時(shí)，（式1）變?yōu)椋海┳優(yōu)椋篣LMU102此時(shí)，此時(shí)，靈敏度與頻率無關(guān)，為一常數(shù)靈敏度與頻率無關(guān)，為一常數(shù)。) 1 (2)(11210MLjRUjIMMjU當(dāng)電源電壓頻率當(dāng)電源電壓頻率過低時(shí)，過低時(shí)，L1R1，（式，（式1）變?yōu)椋海┳優(yōu)椋寒?dāng)當(dāng)電源電壓頻率電源電壓頻率再繼續(xù)增加再繼續(xù)增加

18、時(shí)時(shí)由于鐵損、磁質(zhì)磁飽和等因素的影響使由于鐵損、磁質(zhì)磁飽和等因素的影響使靈敏度下降靈敏度下降。通常應(yīng)按所用鐵心材料，選取合適的較通常應(yīng)按所用鐵心材料，選取合適的較高的激勵(lì)頻率，以保持高的激勵(lì)頻率，以保持靈敏度不變。靈敏度不變。互感傳感器靈敏度互感傳感器靈敏度K與激磁頻率與激磁頻率 f 的關(guān)系的關(guān)系激勵(lì)頻率（激勵(lì)頻率（Hz）靈敏度靈敏度K（mV/mm）激勵(lì)頻率與靈敏度的關(guān)系激勵(lì)頻率與靈敏度的關(guān)系 L1R1傳感器期末復(fù)習(xí)四、電渦流式傳感器四、電渦流式傳感器電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器工作原理電渦流式傳感器的基本原理示意圖電渦流式傳感器的基本原理示意圖xI2.被 測 導(dǎo) 體H2.I1.電感線

19、圈U1H1電渦流式傳感器由激磁線圈（電感線圈）、被測導(dǎo)體組成。電渦流式傳感器由激磁線圈（電感線圈）、被測導(dǎo)體組成。在圖中有一個(gè)通以交變電流在圖中有一個(gè)通以交變電流 I1 的電感線的電感線圈，由于電流圈，由于電流 I1 的存在，線圈周圍就產(chǎn)的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場生一個(gè)交變磁場H1。若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，被測導(dǎo)體被測導(dǎo)體內(nèi)內(nèi)便便產(chǎn)生電渦流產(chǎn)生電渦流I2，I2也將產(chǎn)生一個(gè)新磁也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場場H2；H2與與H1方向相反，力圖削弱原磁場方向相反，力圖削弱原磁場H1，從而導(dǎo)致線圈的電感量從而導(dǎo)致線圈的電感量L、阻抗、阻抗 Z 和品質(zhì)和品質(zhì)因數(shù)因數(shù)Q 發(fā)生變

20、化。發(fā)生變化。傳感器期末復(fù)習(xí)在應(yīng)用時(shí)，如果控制上述可變參數(shù)只改變其中一個(gè)參數(shù)，阻抗變化在應(yīng)用時(shí)，如果控制上述可變參數(shù)只改變其中一個(gè)參數(shù)，阻抗變化即成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)，如電渦流測距傳感器，即在即成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)，如電渦流測距傳感器，即在, r, I恒定不變時(shí)，恒定不變時(shí)，阻抗阻抗Z僅是僅是距離距離x的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。即可實(shí)現(xiàn)金屬物體的位即可實(shí)現(xiàn)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)測量。移、振動(dòng)等參數(shù)測量。線圈阻抗的變化不僅與電渦流效應(yīng)有關(guān)，還與金屬導(dǎo)體的電阻率線圈阻抗的變化不僅與電渦流效應(yīng)有關(guān)，還與金屬導(dǎo)體的電阻率（）、磁導(dǎo)率（）、磁導(dǎo)率（）、線圈的幾何尺寸（）、線圈的幾何尺寸（r）、激勵(lì)

21、電流（）、激勵(lì)電流（I）、）、頻率（頻率（）以及線圈到被測導(dǎo)體間的）以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離（距離（x） 有關(guān)，即有關(guān)，即 Z=f(, r, I, x ) 。傳感器期末復(fù)習(xí)渦流傳感器的參數(shù)計(jì)算和分析渦流傳感器的參數(shù)計(jì)算和分析1、線圈渦流損耗功率、線圈渦流損耗功率 Pe渦流引起的能量損耗，稱為渦流損耗，其大小用渦流損耗功率渦流引起的能量損耗，稱為渦流損耗，其大小用渦流損耗功率Pe表示。表示。渦流損耗功率渦流損耗功率 Pe 是衡量渦流式傳感器性能的重要指標(biāo)是衡量渦流式傳感器性能的重要指標(biāo)。一般情況下，渦流損耗功率越小越好。一般情況下，渦流損耗功率越小越好。傳感器期末復(fù)習(xí)渦流回路的渦流損耗功率渦流

22、回路的渦流損耗功率Pe為為:)(16440220imirrhBdPPrree上式說明，影響渦流損耗功率上式說明，影響渦流損耗功率Pe 的因素有的因素有交變磁場的角頻率交變磁場的角頻率（或頻率（或頻率 f）最大磁感應(yīng)強(qiáng)度最大磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bm導(dǎo)體的電阻率導(dǎo)體的電阻率渦流形成的范圍渦流形成的范圍 r 被測金屬導(dǎo)體的厚度被測金屬導(dǎo)體的厚度 h 被測金屬導(dǎo)體越薄，渦流損耗功率被測金屬導(dǎo)體越薄，渦流損耗功率 Pe越小（越小（hPe）。一）。一般情況下般情況下，被測金屬導(dǎo)體的厚度很薄。，被測金屬導(dǎo)體的厚度很薄。傳感器期末復(fù)習(xí)2、線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度、線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（對被測金屬導(dǎo)體

23、內(nèi)的磁感應(yīng)）對渦流線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（對被測金屬導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)）對渦流式傳感器的工作有著重大影響。線圈軸向磁場分布對其靈敏度和式傳感器的工作有著重大影響。線圈軸向磁場分布對其靈敏度和線性范圍起著決定性的作用。線性范圍起著決定性的作用。要使線性范圍大，就要要使線性范圍大，就要磁場軸向分布磁場軸向分布范圍范圍大大。要使靈敏度高，就要求被測體在檢測線圈軸向移動(dòng)時(shí)渦流效應(yīng)的要使靈敏度高，就要求被測體在檢測線圈軸向移動(dòng)時(shí)渦流效應(yīng)的變化大，即線圈變化大，即線圈軸向磁場強(qiáng)度變化軸向磁場強(qiáng)度變化梯度梯度大大。所以，分析線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布十分必要。所以，分析線圈軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布十分必要。對傳感器來說，

24、希望靈敏度高，線性范圍大。對傳感器來說，希望靈敏度高，線性范圍大。傳感器期末復(fù)習(xí)3、渦流分布、渦流分布在渦流區(qū)內(nèi)，渦流的密度是按軸向和徑向梯度在渦流區(qū)內(nèi)，渦流的密度是按軸向和徑向梯度分布的。分布的。軸向：渦流區(qū)在被測金屬導(dǎo)體的表面層（即有軸向：渦流區(qū)在被測金屬導(dǎo)體的表面層（即有限的軸向深度）限的軸向深度）徑向：渦流區(qū)在被測金屬導(dǎo)體徑向方向上一個(gè)徑向：渦流區(qū)在被測金屬導(dǎo)體徑向方向上一個(gè)有限的范圍有限的范圍徑向分布徑向分布在線圈外徑在線圈外徑r=r2 處，渦流密度最大處，渦流密度最大在在 rn包層包層傳感器期末復(fù)習(xí)根據(jù)光學(xué)原理根據(jù)光學(xué)原理當(dāng)光線以較小的入射角當(dāng)光線以較小的入射角k 由光密媒質(zhì)由光密

25、媒質(zhì)1 射向光疏媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)2（n1 n2）時(shí)，）時(shí)，一部分光以折射角一部分光以折射角r 折射入媒質(zhì)折射入媒質(zhì)2，一部分以，一部分以k 反射回媒質(zhì)反射回媒質(zhì)1。由光折射和反射的由光折射和反射的斯乃爾斯乃爾Snell 定律有：定律有：rknnsinsin21纖芯纖芯n1包層n2j光纖的結(jié)構(gòu)及光導(dǎo)原理光纖的結(jié)構(gòu)及光導(dǎo)原理媒質(zhì)媒質(zhì)1媒質(zhì)媒質(zhì)2krk包層n2媒質(zhì)媒質(zhì)22、光纖波導(dǎo)的工作原理、光纖波導(dǎo)的工作原理傳感器期末復(fù)習(xí)媒質(zhì)媒質(zhì)2（n2）媒質(zhì)媒質(zhì)1（n1）光在兩個(gè)媒質(zhì)界面上的折射與反射光在兩個(gè)媒質(zhì)界面上的折射與反射當(dāng)當(dāng)k 角逐漸增大，直到角逐漸增大，直到k =c 時(shí)，射入媒質(zhì)時(shí)，射入媒質(zhì)2中折射

26、光沿界面?zhèn)鞑ブ姓凵涔庋亟缑鎮(zhèn)鞑ィ╮ = 90）。對應(yīng)于）。對應(yīng)于r = 90時(shí)的入射角時(shí)的入射角k 稱為臨界角稱為臨界角c12sinnnc當(dāng)入射角當(dāng)入射角k c 時(shí)，入射光時(shí)，入射光不再折射入媒質(zhì)不再折射入媒質(zhì)2，而在媒，而在媒質(zhì)質(zhì)1（纖芯）內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)向（纖芯）內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)向前的全部反射，直至由終端前的全部反射，直至由終端面射出。這是光纖波導(dǎo)的工面射出。這是光纖波導(dǎo)的工作原理。作原理。aaakkrccccr= 90bbkcn1 n2傳感器期末復(fù)習(xí)3、光纖的重要參數(shù)、光纖的重要參數(shù)數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA傳播模式傳播模式傳播損耗傳播損耗色散色散傳感器期末復(fù)習(xí)4、光纖的分類、光纖的分類按纖芯到包層折射率

27、變化：階躍折射率光纖；漸變折射率光纖按纖芯到包層折射率變化：階躍折射率光纖；漸變折射率光纖根據(jù)傳播模式的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。根據(jù)傳播模式的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。傳感器期末復(fù)習(xí)光纖傳感器的原理光纖傳感器的原理1、光纖傳感器的基本原理、光纖傳感器的基本原理光纖傳感器光纖傳感器一般由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖）、光接一般由光發(fā)送器、敏感元件（光纖或非光纖）、光接收器、信號處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成（見下圖）。收器、信號處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成（見下圖）。其基本工作原理其基本工作原理就是由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)光纖引導(dǎo)至敏感元件。由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)光纖引導(dǎo)至敏感元件。在這里，光

28、的某一性質(zhì)（如強(qiáng)度、偏振態(tài)（矢量在這里，光的某一性質(zhì)（如強(qiáng)度、偏振態(tài)（矢量A的方向）、頻的方向）、頻率和相位等參量）受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到率和相位等參量）受到被測量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘枺詈蠼?jīng)信號處理系統(tǒng)處理得到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘枺詈蠼?jīng)信號處理系統(tǒng)處理得到所要的被測量。所要的被測量。光發(fā)送器信號處理光纖光纖敏感元件光接收器圖圖 光纖傳感器示意圖光纖傳感器示意圖傳感器期末復(fù)習(xí)2 2、光纖傳感器的分類、光纖傳感器的分類按光纖在傳感器中的作用，通常可將光纖傳感器分為兩種類型：按光纖在傳感器中的作用，通常可將光纖傳感器分為兩種類型：一

29、類是功能型傳感器（一類是功能型傳感器（FF型）；型）；另一類是非功能型傳感器（另一類是非功能型傳感器（NF型）。型）。3 3、光纖傳感器的組成、光纖傳感器的組成構(gòu)成光纖傳感器除光導(dǎo)纖維外，還必須有光源、光探測器及一些構(gòu)成光纖傳感器除光導(dǎo)纖維外，還必須有光源、光探測器及一些光無源器件。光無源器件。傳感器期末復(fù)習(xí)調(diào)制技術(shù)是指在時(shí)域上用被測信號對一個(gè)高頻信號（如光纖傳感調(diào)制技術(shù)是指在時(shí)域上用被測信號對一個(gè)高頻信號（如光纖傳感器中的光信號）的某特征參量（如幅值、頻率、相位等）進(jìn)行控器中的光信號）的某特征參量（如幅值、頻率、相位等）進(jìn)行控制，使該特征量隨著被測信號的變化而變化。制，使該特征量隨著被測信號

30、的變化而變化。這樣，原來的被測信號就被這個(gè)受控制的高頻振蕩信號所攜帶。這樣，原來的被測信號就被這個(gè)受控制的高頻振蕩信號所攜帶。4 4、光調(diào)制技術(shù)、光調(diào)制技術(shù)按調(diào)制方式分類，光調(diào)制可分為按調(diào)制方式分類，光調(diào)制可分為強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制相位調(diào)制、頻率調(diào)頻率調(diào)制制、偏振調(diào)制偏振調(diào)制和和波長調(diào)制波長調(diào)制等。等。傳感器期末復(fù)習(xí)光纖傳感器的應(yīng)用光纖傳感器的應(yīng)用1 1、強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器、強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器2 2、相位調(diào)制型光纖傳感器、相位調(diào)制型光纖傳感器3 3、偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器、偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器4 4、頻率調(diào)制型光纖傳感器、頻率調(diào)制型光纖傳感器傳感器期末復(fù)習(xí)熱電式傳感器熱電式傳感器熱

31、電偶測溫原理熱電偶測溫原理一、熱電偶一、熱電偶把兩種不同導(dǎo)體材料把兩種不同導(dǎo)體材料 A、B 的兩端分別連接在一起，組成閉的兩端分別連接在一起，組成閉合回路，這種組合稱為熱電偶。合回路，這種組合稱為熱電偶。當(dāng)接觸處的溫度不同時(shí)，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，這個(gè)物理當(dāng)接觸處的溫度不同時(shí)，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，這個(gè)物理現(xiàn)象稱為金屬絲的熱電效應(yīng)。現(xiàn)象稱為金屬絲的熱電效應(yīng)。熱電偶基于熱電效應(yīng)工作。熱電偶基于熱電效應(yīng)工作。熱電勢由兩部分組成，即接觸電勢和溫差電勢。熱電勢由兩部分組成，即接觸電勢和溫差電勢。傳感器期末復(fù)習(xí))()()()(),(000TeTeTeTeTTEBAABABABAB從上式可以看出，回路的總電勢是隨從上式可以看出，回路的總電勢是隨T和和T0而變化的，而變化的，即總電勢為即總電勢為T和和T0的函數(shù)差，這在實(shí)際使用中不方便。的函數(shù)差，這在實(shí)際使用中不方便。為此，在使用和標(biāo)定熱電勢時(shí)，使為此，在使用和標(biāo)定熱電勢時(shí)，使T0為常數(shù)，即為常數(shù)，即:eAB(T0) = f(T0) = C(常數(shù))則上式可寫成則上式可寫成EAB(T,T0) = eAB(T)-f(T0) = f(T)-C當(dāng)熱電偶回路的一個(gè)端點(diǎn)（冷端）保持溫度不變，當(dāng)熱電偶回路的一個(gè)端點(diǎn)（冷端