图象传感器

华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理3.7半导体敏感元件传感器1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，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。sinIBKVHH1)霍尔元件华中科技大学机械学院霍尔元件由霍尔片、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华中科技大学机械学院应用案例：电流传感器案例：管道裂纹检测3.7半导体敏感元件传感器原理磁场强度变化检测华中科技大学机械学院2)磁电阻元件3.7半导体敏感元件传感器•磁阻效应)1()1(cos/2202020BRRRR--++lwx•特点•电阻的增量与磁场的平方成正比；•与磁场的正负无关；•温度系数影响大；•磁感应的范围比霍尔元件大。R-5-4-3-2-1012345•应用•磁头；接近开关和无触点开关。华中科技大学机械学院3)磁感应半导体元件分类3.7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华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器2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的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。1)光敏电阻光电导效应是指半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强,阻值愈低,这种光照后电阻率发生变化的现象,称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器2)光电池光生伏特效应指半导体材料P-N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是常用的光生伏特型器件。+++---PN华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器3)应用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。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器案例：光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。案例：亮度传感器：通过检测周围环境的亮度，再与内部设定值相比较，调整光源的亮度和分布，有效利用自然光线，达到节约电能的目的。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器动手做：观察你计算机上使用的鼠标结构，了解鼠标如何实现运动测量。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器3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、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。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。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器应用温控器热敏电阻华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器4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、氧化锰等金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、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气体测量、酒精浓度探测等方面。烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器5CCD固态图象传感器MOS(MetalOxideSemiconductor)光敏元的结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元(MOS)。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。华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器01111100光敏管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CCD华中科技大学机械学院3.7半导体敏感元件传感器•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:•(1)宽度测量;(2)外径测量;(3)主轴径向跳动测量.华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理3.8其它类型的传感器1、热辐射检测传感器绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依赖于物体的温度(K)，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：华中科技大学机械学院应用：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。3.8其它类型的传感器华中科技大学机械学院2、超声波检测传感器3.8其它类型的传感器1)声波及其分类(1)次声波，振动频率低于l6Hz的机械波。(2)声波:振动频率在16Hz―20KHz之间的机械波。(3)超声波:高于20KHz的机械波。2）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。华中科技大学机械学院3)超声波传感器及应用3.8其它类型的传感器(1)超声波传感器对(2)超声波探伤tA华中科技大学机械学院3.8其它类型的传感器案例：输油管检测检测机器人华中科技大学机械学院3、声发射检测传感器3.8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，但多数金属(如钢、铁等)的声发射频带，均在超声范围内。声发射分:1）连续发射;2）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，检测到的两类信号如图所示。华中科技大学机械学院案例：材料断裂等结构监测。3.8其它类型的传感器华中科技大学机械学院4、光纤传感器简介3.8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，将输入物理量变换为调制的光信号。1）物性型光纤传感器华中科技大学机械学院3.8其它类型的传感器光纤流速传感器华中科技大学机械学院3.8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。2）结构型光纤传感器华中科技大学机械学院第三章、传感器测量原理3.8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、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。1、灵敏度一般说来，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。a)灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。c)交叉灵敏度问题。华中科技大学机械学院3.8传感器选用原则2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，但总希望延迟的时间越短越好。3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。华中科技大学机械学院3.8传感器选用原则4稳定性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与环境。5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应程度。6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。