安全检测技术-3传感器基础（下）.ppt

物性传感器 3.3.4 霍尔传感器 霍尔效应 半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。 产生的电动势称霍尔电势 半导体薄片称霍尔元件 霍尔效应原理 霍尔元件的主要功能 当磁场和环境温度一定时: 霍尔电势与控制电流I成正比，可测电流或能转换成电流的非电量 当控制电流和环境温度一定时: 霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比，可测磁场（感应）强度，并得到电流值，如钳形表，雷电流测量 当环境温度一定时: 输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比，利用这种乘法关系，可制成模拟运算的乘法、开方、平方、除法等运算器。 测量以上电量时，应在没有外磁场和室温变化条件下进行。 霍尔元件的结构和基本电路 图（a）中，从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1’电极用于加控制电流，称控制（激励）电极。另一对2-2’电极用于引出霍尔电势，称霍尔电势输出极或霍尔电极。在基片外面用非磁性金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 N型硅灵敏系数、温度特性线性度较好，常用，还有锑（砷）化铟 图（b）是霍尔元件通用的图形符号。 霍尔元件的结构和基本电路 图（c）所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电势数值影响很大。通常霍尔电极位于基片长度的中间，其宽度远小于基片的长度。 图（d）是基本测量电路 。 霍尔式传感器的应用 优点: 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长 应用： 电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数； 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。 其他类型传感器 超声波传感器 微波传感器 红外探测器 射线传感器 离子敏传感器 谐振式传感器 超声波传感器 声波：16~20kHz人耳朵能听见的波 次声波：16kHz的波，亚声波 超声波：20kHz的波，超声波，一般要求功率密度P=发射功率/发射面积≥0.3w/cm2 传感器原理：一般有发射和接收两只探头，发射探头发出的超声脉冲波在介质中传播到相界面经过反射后，再返回到接收探头，从而测出距离。 超声波传感器 发射探头：利用压电材料（压电晶体，陶瓷）的逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，以产生超声波； 接收探头：利用正压电效应将接收的的超声振动转换成电信号。 微波传感器 微波：红外线波长介于可见光和微波之间，微波波长1mm~1m（300MHz~300GHz），是毫米波、厘米波和分米波的总称。比无线电波频率高，故称“超高频电磁波” 微波特点：能够穿越塑料、陶瓷，被水吸收，遇金属反射 传感器原理：也有发射天线和接收天线分为反射式和遮断式。 反射式：反射式传感器通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间间隔，来表达被测物的位置、厚度等参数。 遮断式：遮断式传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等参数。 红外探测器 红外线：波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。透过云雾能力比可见光强。 结构：由光学系统、敏感元件、前置放大器和信号调制器组成。 类型：反射式红外探测器和投射式红外探测器 反射式红外探测器 它由凹面玻璃反射镜组成，其表面镀金、铝和镍铬等红外波段反射率很高的材料构成反射式光学系统。 为了减小像差或使用上的方便，常另加一片次镜，使目标辐射经两次反射聚集到敏感元件上，敏感元件与镜组合一体，前置放大器接收热电转换后的电信号，并对其进行放大。 透射式红外探测器 透射式光学系统的部件用红外光学材料做成，应根据波长选用红外光学材料： 700‘C以上高温时，波长0.75～3μm范围近红外光， 100～700℃一般用3～5 μm的中红外光， 100℃以下用波长为5～14 μm的中远红外光。 射线式传感器 由放射源和探测器组成利用射线式传感器进行测量时，都要有发射出αβ或Y射线的辐射源。 射线源： 选择射线源应尽量提高检测灵敏度和减小统计误差 较长的半衰期及合适的放射强度，二十种左右 探测器：核辐射的接收器，如电离室、闪烁等计数器 离子敏传感器 一种对离子具有选择敏感作用的场效应晶体管（ISFET） 结构 离子选择性电极（ISE）+金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构成简称ISFET管 原理：将ISFET插入溶液时，在被测溶液与敏感膜接触处会产生一定的界面电势，大小取决于溶液浓度 谐振（频率）式传感器 能将被测量转换为频率信号，容易数字化，具备数字信号的优点： 测量精度和分辨力比模拟式的要高 抗干扰性和稳定性好； 便于传输、处理和存储； 易于实现多路检测。