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长江工程职业技术学院自动化教研室 课题二 超声波传感器 任务目标 ★ 理解超声波的性质与特点； ★ 会分析超声波移动物体探测器的工作原理。 长江工程职业技术学院自动化教研室 一、超声波传感器的原理 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，人们听到的声音是物体振动产生的，它的频率在0Hz~20kHz的范围内。超过20kHz称为超声波，低于20Hz称为次声波。超声波是由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光下不透明的固体中，可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。 长江工程职业技术学院自动化教研室 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声波探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到 图8-4 超声波传感器外形图 超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。 长江工程职业技术学院自动化教研室 CS3020是三端器件，当磁铁S极距离CS3020较近时，敏感区检测到磁感应强度较大，由磁电转换特性曲线知其输出端输出低电平即“开”；当S极和CS3020间的空气间隙有铁金属物质（取水牌）通过时，在通过一瞬间，原来穿过传感器敏感区的磁感应线被铁物质旁路，磁感应线回路不经过磁敏感区，导致传感器检测到的磁感应强度很小，从而输出高电平即“关”；铁物质通过后，传感器再次检测到强的磁感应强度而输出低电平。可见，取水牌通过传感器一瞬间，传感器输出高电平，其他时间传感器输出的都是低电平。将传感器输出信号送入反相器，则仅取水牌投入到投牌口后，才会产生一个短暂的低电平信号（单次负脉冲）。 CS3020 内部结构框图 长江工程职业技术学院自动化教研室 555是广泛应用的定时器，器件功能见表7-5。将脚6、脚7连接到RC充电电路的电容一端，构成单稳触发电路，其稳定状态是脚3输出低电平，不稳定状态是脚3输出高电平，高电平持续时间即延时时间由RC充电电路决定；触发条件是在脚2上输入单次负脉冲信号，所需脉冲信号正好是取水牌投入后产生的。 长江工程职业技术学院自动化教研室 阶段小结 本课题主要介绍了霍尔效应、霍尔传感器（包括霍尔元件、集成霍尔传感器）及霍尔元件的主要特性参数，和一个使用霍尔传感器的自动供水控制电路。 通过磁电效应，磁感应强度的变化可转变为电信号。磁敏传感器就是把磁学物理量转换成电信号的传感器。 由于磁场对运动电荷具有洛伦兹力作用，通以电流的半导体受到磁场作用会产生电势UH，此即霍尔效应现象。霍尔电势UH=KHIBcosθ，其中KH 为霍尔常数，其大小与霍尔片的材料和尺寸有关，θ 为磁场方向与霍尔片法向夹角。以此为基础制造有霍尔元件和霍尔集成电路两种类型的霍尔传感器。 长江工程职业技术学院自动化教研室 霍尔集成电路是把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上的集成电路，与霍尔元件相比，霍尔集成电路使用方便，更具有微型化、可靠性高、寿命长、功耗低及负载能力强等优点。 霍尔集成电路按输出信号的形式不同，集成霍尔传感器可分为开关型和线性型两种。开关型霍尔传感器根据检测的磁感应强度大小输出高低两个电压电平，线性型霍尔传感器输出一个与检测的磁感应强度信号成正比的电压信号。 长江工程职业技术学院自动化教研室 课题二 其他磁敏器件 任务：自动统计钢球生产个数装置电路的设计 任务目标 ★ 熟悉磁敏电阻的原理，了解磁敏电阻的基本结构和特性参数； ★ 熟悉磁敏二极管、磁敏三极管的结构、原理及特性； ★ 利用磁敏器件设计一个自动统计小钢球生产个数的电路。 长江工程职业技术学院自动化教研室 磁敏电阻是利用磁电阻效应制成的磁敏元件，也称为MR传感器。 所谓磁电阻效应是指某些材料的电阻值随磁场而变化的现象。磁电阻效应的大小与元件的迁移率和几何形状有关；前者称为物理磁电阻效应，后者称为几何磁电阻效应。按照所用感磁材料不同，磁敏电阻有半导体材料构成的半导体磁敏电阻和金属材料构成的强磁性薄膜磁敏电阻。 一、磁敏电阻 长江工程职业技术学院自动化教研室 无磁场时，元件的电流矢量一般呈直线状，当磁场垂直加在元件表面上时，由于霍尔电场和洛伦兹力的作用，电流矢量偏离合成电场方向θ 角（霍尔角，如图7-20（c）所示），电流经过的路径就变长了，于是电阻值也相应地增加。其中的电流矢量随磁场而异，阻值