合工大传感器原理及应用讲解.ppt

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合工大传感器原理及应用讲解

电荷放大器基本电路 1-压电传感器 2-屏蔽电缆线 3-传输线分布电容 4-电荷放大器 SC-灵敏度选择开关 SR-带宽选择开关 Cf′-Cf 在放大器输入端的密勒等效电容 Cf″-Cf在放大器输出端的密勒等效电容 压电传感器的输出电压与等效电容的关系 如果压电元件直接与放大器配套使用,除了极间电容,还应考虑到传输屏蔽电缆芯线对接地屏蔽层的分布电容Cc的影响。如果忽略Ra和放大器的输入电阻Ri的影响,则有 式中 Ci——电压放大器的输入电容; Q——压电元件输出的电荷量。 屏蔽电缆的对地分布电容大约为100pF/m。当屏蔽电缆较长时,Cc显著增大,放大器的输入电压U i 将比压电传感器空载时的输出U o小很多,且不稳定。 电荷放大器原理 电荷放大器是一个具有反馈电容Cf的高增益运算放大器电路。当放大器开环增益A和输入电阻R i、反馈电阻Rf(用于防止放大器的直流饱和)相当大时,放大器的输出电压Uo正比于输入电荷Q,反比于反馈电容Cf,而基本上与Cc 、 Ca 、 Ci无关: 压电式动态力传感器以及在车床中用于动态切削力的测量 一体化车刀动态力测量 a)原理图 b)中心压缩式压电加速度传感器结构 c)环形剪切式压电加速度传感器结构 d)外形 1-基座 2-引出电极 3-压电晶片 4-质量块 5-弹簧 6-壳体 7-固定螺孔 常用的压电式振动加速度传感器 (1)灵敏度K 压电式加速度传感器的输出为电荷量,以pC为单位(1pC=10-12C)。而输入量为加速度,单位为m/s2,所以灵敏度以pC/ms-2为单位,或用重力加速度pC/g。灵敏度的范围约为10~100pC/g。 目前许多压电加速度传感器的输出是电压,所以灵敏度单位也可以为mV/g,通常为10~1000mV/g。 (2)频率范围 常见的压电加速度传感器的频率范围为0.01Hz~20kHz。 (3)动态范围 常用的测量范围为0.1~100g,或1000m/s2。测量冲击振动时应选用100~10000g的高频加速度传感器;而测量桥梁、地基等微弱振动往往要选择0.001~10g的高灵敏度的低频加速度传感器。 压电振动加速度传感器的性能指标 声波的分类:次声波、可闻声波与超声波。 频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。 超声波的特性:指向性好,能量集中。1MHz的超声波的能量,相当于振幅相同,频率为1000Hz可闻声波的100万倍,能穿透几米厚的钢板,而能量损失不大。在遇到两种介质的分界面(例如钢板与空气的交界面)时,能产生明显的反射和折射现象。 第七章:超声波传感器 超声波的波型分类 1-超声波发生器 2-钢材 纵波 纵波质点的运动方向 表面波在钢材表面的传播 纵波在钢材中的传播 横波 超声波入射角与反射角、折射角 Pc-入射波 α-入射角 Pr-反射波 αr-反射角 Ps-折射波 β-折射角 3、超声波测距/避障 空气超声探头 测距精度可达高到3mm 测量范围:2cm-300cm 淘宝参考价:RMB 4元 Distance = (Time/2)* 340M/s 电平法 7、超声波无损探伤 超声波探伤原理动画 起始波 缺陷反射波 底波 工件 缺陷 第八章:霍尔传感器 1.电子2.导体3.磁铁4.磁场5.电源 金属中含有自由电子(价电子)以及相应的金属阳离子 电子所受洛伦兹力与霍尔电场力的平衡 霍尔元件的工作原理分析 半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流I 流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应。 磁感应强度B为零时的情况 c d a b 磁感应强度B 较大时的情况 作用在半导体薄片上的磁场强度B越强,霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示: EH=KH IB a b c d 霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时,电子受到洛仑兹力的作用,向内侧(d 侧)偏移,在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。 c d a b d a b c 线性型霍尔器件其外加磁感应强度与输出电压之间的关系 霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘,也可选取机械系统中的一个齿轮,将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化,霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。 此处应采用线性霍尔传感器。 S N 线性霍尔 磁铁 工作磁体和霍尔器件间的运动方式有:(a)对移;(b)侧移;(c)旋转;(d)遮断。

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