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1、传感器技术应用基础传感器技术应用基础上海电机学院仲葆文2011.8.3什么是传感器什么是传感器传感器的作用和地位传感器的作用和地位传感器的定义、组成和分类方法传感器的定义、组成和分类方法一、传感器的概念一、传感器的概念 p在在我我们们日日常常生生活活中中，使使用用着着各各种种各各样样的的传传感感器器:电冰箱、电饭煲中的温度传感器；电冰箱、电饭煲中的温度传感器；电冰箱、电饭煲中的温度传感器；电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；空调中的温度和湿度传感器；空调中的温度和湿度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感
2、器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；照相机中的光传感器；照相机中的光传感器；照相机中的光传感器；汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。1.1.什么是传感器什么是传感器眼（视觉）眼（视觉）眼（视觉）眼（视觉）耳（听觉）耳（听觉）耳（听觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）鼻（嗅觉）鼻（嗅觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）皮肤（触觉）皮
3、肤（触觉）皮肤（触觉）舌（味觉）舌（味觉）舌（味觉）舌（味觉）感知外界信息感知外界信息感知外界信息感知外界信息 大脑大脑大脑大脑 肌体肌体肌体肌体 p人体系统和机器系统比较人体系统和机器系统比较人体系统和机器系统比较人体系统和机器系统比较人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。构相当人的肌体，传
4、感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体感官的延长，因之又称为传感器好比人体感官的延长，因之又称为“电五官电五官”。传感器传感器外外界界信信息息感感 官官大大 脑脑肌肌 体体计算机计算机执行机构执行机构传感器与“五官”的类比测控系统测控系统人人电脑电脑大脑大脑味觉传感器味觉传感器舌头舌头视觉传感器视觉传感器眼睛眼睛听觉传感器听觉传感器耳朵耳朵触觉传感器触觉传感器四肢四肢嗅觉传感器嗅觉传感器鼻子鼻子电电五五官官五五官官p从从从从广广广广义义义义的的的的角角角角度度度度来来来来说说说说，信信信信号号号号检检检检出出出出器器器器件件件件和和和和信号处理部分总称为信号处理部分总称为信号处理部分总称为信
5、号处理部分总称为传感器传感器传感器传感器。测酒仪测酒仪指纹仪指纹仪2.2.传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位p 构成现代信息技术的三大支柱是：构成现代信息技术的三大支柱是：构成现代信息技术的三大支柱是：构成现代信息技术的三大支柱是：n 传感器技术传感器技术（信息采集）；（信息采集）；n 通信技术通信技术 （信息传输）；（信息传输）；n 计算机技术计算机技术（信息处理）；（信息处理）；（信息处理）；（信息处理）；它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到 “感官感官感官感官”、“神经神经神经神经”和和和和“大脑大脑大脑大脑”的作用。
6、的作用。的作用。的作用。p在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的 信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。p目目前前传传感感器器技技术术已已经经在在越越来来越越多多的的领领域域得得到到应应用用，传传感感器器对对检检测测和和自自动动化化技技术术所所起起的的作作用用远远比比家家用用电电器器所所起起到到的的作作用用大大的的多多。（FMS、CIMS
7、、无人驾驶汽车、大型发电机组监测、过程控制等）p传传感感器器广广泛泛用用于于工工业业、农农业业、商商业业、交交通通、环环境境监监测测、医医疗疗诊诊断断、军军事事领领域域（目标跟踪、导弹制导、自动探测、通信指挥系统等）、航航空空航航天天（卫星测控、海洋探测）、现现代代办办公公设设备备、智智能能楼楼宇宇、生生物物工工程程、环环境境保保护护、安安全全防防范范和和家家用电器等领域。用电器等领域。是构建现代信息系统的重要组成部分。是构建现代信息系统的重要组成部分。p现现代代工工业业生生产产尤尤其其是是自自动动化化生生产产过过程程中中，需需要要用用各各种种传传感感器器监监视视和和控控制制生生产产过过程程的
8、的各各个个参参数数，传传感感器器是是自自动动控控制制系系统统的的关关键键基基础础器器件件，直直接接影影响响到到自自动动化化技技术术的水平。的水平。p 工业生产工业生产p 机器人机器人机器人机器人视觉视觉视觉视觉:平面、立体平面、立体平面、立体平面、立体非非非非视视视视觉觉觉觉:触触触触觉觉觉觉、热觉、力觉、热觉、力觉、热觉、力觉、热觉、力觉、接近觉、接近觉、接近觉、接近觉、智能玩具智能玩具 阿富汗参加反恐作战的阿富汗参加反恐作战的“赫耳赫耳墨斯墨斯”价值价值4 4万美元，可携带万美元，可携带2 2架摄像机，发挥了很好作用。架摄像机，发挥了很好作用。p 军事领域军事领域军事领域军事领域高性能武器
9、平台的基础高性能武器平台的基础精确打击精确打击p 医疗诊断医疗诊断医疗诊断医疗诊断pp 家用电器家用电器家用电器家用电器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机遥控器遥控器遥控器遥控器p 智能楼宇智能楼宇智能楼宇智能楼宇DDCDDCDDCDDC给排水系统给排水系统给排水系统给排水系统泵系统泵系统泵系统泵系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统环境控制环境控制环境控制环境控制电力监测电力监测电力监测电力监测能量计费能量计费能量计费能量计费消防系统消防系统消防系统消防系统保安系统保安系统保安系统保安系统照明系统照明系统照明系统照明系统供暖
10、通风供暖通风供暖通风供暖通风空气调节空气调节空气调节空气调节p 门禁系统门禁系统门禁系统门禁系统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统指纹门禁指纹门禁指纹门禁指纹门禁射频卡门禁射频卡门禁p湿度测量湿度测量湿度测量湿度测量 纺纺 织织 品品精确的 烟草烘干烟草烘干木材烘干木材烘干芯片生产要求最高的湿度稳定性芯片生产要求最高的湿度稳定性纸纸 品品专为您的需求所设计的专为您的需求所设计的湿度传感器湿度传感器NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHCC-totalC
11、O2COO2HCNHClHFNH3SO2烟气测量烟气测量火灾探测火灾探测波数/cm-1时间/min吸光度/A木块加热木块加热CO2光谱瀑布图光谱瀑布图木块加热木块加热CO和和CO2浓度浓度变化变化t/min波数/cm-1时间/min吸光度/A木块加热木块加热CO光谱瀑布图光谱瀑布图常德大火常德大火p传感器具有以下作用和功能传感器具有以下作用和功能（1 1）测量与数据采集测量与数据采集（2 2）检测与控制检测与控制（3 3）诊断与监测诊断与监测（4 4）辅助观测仪器辅助观测仪器（5 5）资源探测资源探测（6 6）环境保护环境保护（7 7）医疗卫生医疗卫生（8 8）家用电器家用电器 传感器已渗透到
12、宇宙开发、海洋探测、军事国防、传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以检质检、甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国十分重方面的重要作用，是十分明显的。世界各国十分重视这一领域的发
13、展。视这一领域的发展。3.3.传感器的定义、组成和分类方法传感器的定义、组成和分类方法3.1 3.1 传感器定义传感器定义p广义：广义：传传感感器器是是一一种种能能把把特特定定的的信信息息（物物理理、化化学学、生生物物）按按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。p狭义：狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。p国家标准（国家标准（GB7665GB76658787）对传感器（对传感器（Sensor/transducerSensor/transducer）定义是：）定义是：能能够够感感受受规规定定的的被
14、被测测量量并并按按照照一一定定规规律律转转换换成成可可用用输输出出信号的器件和装置。信号的器件和装置。p 以上定义表明传感器有以下含义以上定义表明传感器有以下含义以上定义表明传感器有以下含义以上定义表明传感器有以下含义：n n能按一定规律将被测量转换成电信号输出；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；n n传感器的输出与输入之间存在确定的关系传感器的输出与输入之间存在确定的关系传感器的输出与输入之间存在确定的关系传感器的输出与输入之间存在确定的关系；p 按使用的场合不同又称为按使用的场合不同又称为按使用的场合不同又称为
15、按使用的场合不同又称为:变换器、换能器、探测器。变换器、换能器、探测器。变换器、换能器、探测器。变换器、换能器、探测器。3.2 3.2 传感器的组成传感器的组成传感器由传感器由传感器由传感器由敏感元件、转换元件、基本电路敏感元件、转换元件、基本电路敏感元件、转换元件、基本电路敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：三部分组成：三部分组成：三部分组成：敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件感受被测量感受被测量感受被测量感受被测量;转换元件转换元件转换元件转换元件将响应的被测量转换成电参量将响应的被测量转换成电参量将响应的被测量转换成电参量将响应的被测量转换成电参量;基本电路基本电路基本电路基本电路把电
16、参量接入电路转换成电量把电参量接入电路转换成电量把电参量接入电路转换成电量把电参量接入电路转换成电量;p 核心部分是转换元件核心部分是转换元件核心部分是转换元件核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。决定传感器的工作原理。决定传感器的工作原理。决定传感器的工作原理。敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件转换元件转换元件转换元件转换元件基本电路基本电路基本电路基本电路电量输出电量输出电量输出电量输出被测量被测量被测量被测量电参量电参量电参量电参量元件式传感器组成框图：元件式传感器组成框图：被测量被测量转换元件转换元件电参量电参量pp敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件敏感元件是指传感器中能直接感受被测量
17、的部分敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分pp转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为适于转换元件是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为适于转换元件是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为适于转换元件是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电信号部分传输和测量的电信号部分传输和测量的电信号部分传输和测量的电信号部分使输出为规定的标准信号的装置称为变送器使输出为规定的标准信号的装置称为变送器使输出为规定的标准信号的装置称为变送器使输出为规定的标准信号的装置称
18、为变送器 被测量被测量敏感元件敏感元件转换元件转换元件非电量非电量电参量电参量结构式传感器组成框图结构式传感器组成框图：传感器的组成举例传感器的组成举例敏感元件敏感元件转换元件转换元件压力传感器压力传感器3.3 3.3 传感器的图形符号传感器的图形符号p国标国标国标国标GB/TGB/TGB/TGB/T14479-9314479-9314479-9314479-93规定传感器图用图形符号规定传感器图用图形符号规定传感器图用图形符号规定传感器图用图形符号 表示方法：表示方法：表示方法：表示方法：正方形表示转换元件正方形表示转换元件正方形表示转换元件正方形表示转换元件,三角形表示敏感元件；三角形表示
19、敏感元件；三角形表示敏感元件；三角形表示敏感元件；X X X X 表示被测量符号；表示被测量符号；表示被测量符号；表示被测量符号；*表示转换原理。表示转换原理。表示转换原理。表示转换原理。*X X几个典型传感器的图用图形符号几个典型传感器的图用图形符号几个典型传感器的图用图形符号几个典型传感器的图用图形符号a a a aP P P P电容式压力电容式压力电容式压力电容式压力传感器传感器传感器传感器压电式加速度压电式加速度压电式加速度压电式加速度传感器传感器传感器传感器电位器式压力电位器式压力电位器式压力电位器式压力传感器传感器传感器传感器 3.4 3.4 传感器的分类传感器的分类p传感器分类方
20、法较多传感器分类方法较多传感器分类方法较多传感器分类方法较多,大体有以下几种：大体有以下几种：大体有以下几种：大体有以下几种：1 1 1 1）按变换原理的科学范畴分类按变换原理的科学范畴分类按变换原理的科学范畴分类按变换原理的科学范畴分类 物理传感器物理传感器物理传感器物理传感器 化学传感器化学传感器化学传感器化学传感器 生物传感器生物传感器生物传感器生物传感器）按传感器的输出信号分类）按传感器的输出信号分类）按传感器的输出信号分类）按传感器的输出信号分类 模拟传感器模拟传感器模拟传感器模拟传感器数数数数 字字字字 传传传传 感感感感 器器器器（含含含含 频频频频 率率率率 输输输输 出出出出
21、、开关输出）开关输出）开关输出）开关输出）按传感器的信号变换特征分类）按传感器的信号变换特征分类）按传感器的信号变换特征分类）按传感器的信号变换特征分类 结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器 物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器5 5 5 5）按传感器的能源分类）按传感器的能源分类）按传感器的能源分类）按传感器的能源分类 有源传感器（能量转换）有源传感器（能量转换）有源传感器（能量转换）有源传感器（能量转换）无源传感器（能量控制）无源传感器（能量控制）无源传感器（能量控制）无源传感器（能量控制）4 4 4 4）按传感器的转换原理分类）按传感器的转换原理分类）按传感器的转
22、换原理分类）按传感器的转换原理分类 机机机机电传感器电传感器电传感器电传感器 光光光光电传感器电传感器电传感器电传感器 热热热热电传感器电传感器电传感器电传感器 磁磁磁磁电传感器电传感器电传感器电传感器 电化学传感器电化学传感器电化学传感器电化学传感器6 6 6 6）按传感器的被测量分类）按传感器的被测量分类）按传感器的被测量分类）按传感器的被测量分类 位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器 压力传感器压力传感器压力传感器压力传感器 温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器 流量传感器流量传感器流量传感器流量传感器 速度传感器速度传感器速度传感器速度传感器接近开关接近开关超声波传感器超声波传
23、感器火灾传感器火灾传感器光传感器在智能照明控制系统中的应用光传感器在智能照明控制系统中的应用智能小区周边防范系统智能小区周边防范系统无线传感器网络在安防报警领域中的应用无线传感器网络在安防报警领域中的应用二、常用传感器及其应用二、常用传感器及其应用1.1.常用的接近开关应用简介常用的接近开关应用简介在各类开关中，有一种对接近它的物体有感知能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。接近开关的主要用途接近
24、开关的主要用途接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。产中都有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。在安全防盗方面，如资自动热风机上都有应用。在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在控常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关也都使用着大量的接
25、近开关。接近开关种类接近开关种类因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：（1 1）涡流式接近开关涡流式接近开关 （2 2）电容式接近开关电容式接近开关（3 3）霍尔接近开关霍尔接近开关（4 4）光电式接近开关光电式接近开关（5 5）热释电式接近开关热释电式接近开关1.1 1.1 涡流式接近开关涡流式接近开关这种开关有时也叫电感式接近开关。它是这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用利用导导
26、电物体电物体在接近这个能产生电磁场的接近开关时，在接近这个能产生电磁场的接近开关时，使物体内部产生涡流。使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。物体必须是导电体。电感式接近开关电感式接近开关可以在不与目标物实际接触的情可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物况下检测靠近传感器的金属目标物。分类：通用型：主要检测黑色金属（铁）。所有
27、金属型：在相同的检测距离内检测任何金属。有色金属型：主要检测铝一类的有色金属。电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。电感式接近开关的工作原理电感式接近开关的工作原理 振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生一个感应电流（涡电流）。随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的负载加大。然后，振荡减弱直至停
28、止。传感器利用振幅检测，并输出检测信号。接近开关的基本形状a)圆柱形 b)方形接近开关的输出元件一般是晶体三极管，根据晶体管的类型不同，接近开关分为NPN型输出或PNP型输出，在连接到PLC上时应注意选择合适的类型。接近开关输出电路a）NPN型b）PNP型接近开关引脚的输出形式接近开关引出的接线根据接近开关的输出形式的不同，分为2线、3线及4线等几种。1 1）两线制接近开关）两线制接近开关有源两线制接近开关分直流与交流，此类接近开关的特点就是引出线为两根线，负载与接近开关串联后接到电源上。直流两线制接近开关分二极管极性保护与整流桥极性保护，前者在接电源时需要注意极性，后者就不需要注意极性。交流
29、两线制接近开关就不需要注意极性。两线制接近开关a)二极管极性保护b)整流桥极性保护2 2）直流三线制（或四线制）接近开关）直流三线制（或四线制）接近开关直流三线式接近开关的输出元件是晶体三极管，当三极管导通时,相当于一个接点（常开或常闭）导通，此类接近开关的输出引线为3根线。直流四线制接近开关与三线制相同，只是同时提供一个常闭和一个常开输出，有4根线引出。接近开关引脚的识别接近开关引脚的识别接近开关的输出引线一般应按说明书或标签上给出的接线图用导线颜色加以识别。在有些品牌的接近开关给出的接线图上，导线颜色采用英文缩写，分别为：BK（BLACK）黑色：一般为输出线，输出为常开。BN（BROWN）
30、棕色：一般为电源线，接电源正极。BU（BLUE）蓝色：一般为电源线，接电源负极。WH（WHITE）白色：一般为输出线，输出为常闭。RE（RED）红色：一般为电源线，接电源正极。YE（YELLO）黄色：一般为输出线，输出为常闭。在绝大部分情况下，输出引线为棕、黑、蓝、白等4种颜色（三线制的为棕、黑、蓝），也有少部分品牌采用红、蓝、白、黄等4种颜色（三线制的为红、蓝、白）。此时红、蓝、白、黄等颜色即代替了一般情况下的棕、黑、蓝、白等颜色，分别作为电源正极、输出常开、电源负极及输出常闭使用。1.2 1.2 电容式接近开关电容式接近开关接近开关中的电容由两块平行的金属板构成。一般可通过改变板之间的距离
31、、相对面积、或介质属性所引起的电容量变化来反映相应的位移量变化。电容式接近开关的测量面通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。电容式液位开关电容式液位开关1.31.3 霍尔接近开关霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关，也称为磁性开关。当磁性磁性物件物件移近
32、霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直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。这是由科学家爱德文霍尔效应。这是由科学家爱德文霍尔在霍尔在18791879年发现的。年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。利用霍尔效应制成的元件称产生的电势差称为霍尔电压。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。为霍尔传感器。B
33、在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处在霍尔器件背后偏置一块永久磁体，并将它们和相应的处理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输理电路装在一个壳体内，做成一个探头，将霍尔器件的输入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成霍尔入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来，构成霍尔接近传感器。接近传感器。霍尔接近传感器和接近开关霍尔接近传感器和接近开关当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近
34、有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体接近开关的检测对象必须是磁性物体。霍尔接霍尔接近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控近开关主要用于各种自动控制装置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测制、自动计数、各种计数、各种流程的自动衔接、液位控制、转速检测等等。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，等等。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。内部采用环氧树脂封
35、灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。这是最常用的霍尔开关，它的直径为这是最常用的霍尔开关，它的直径为12毫米，固定时只要在设备外壳上毫米，固定时只要在设备外壳上打一个打一个12毫米的园孔就能轻松固定，毫米的园孔就能轻松固定，长度约长度约30毫米，背后有工作指示灯，毫米，背后有工作指示灯，当检测到物体时红色当检测到物体时红色LED点亮，平时点亮，平时处于熄灭状态。处于熄灭状态。右图的霍尔流量计壳体内装右图的霍尔流量计壳体内装有一个带磁体的叶轮，磁体有一个带磁体的叶轮，磁体旁装有霍尔开关电路，被测旁装有霍尔开关电路，被测流体从管道一端通入，推动流体从管道一端通入，推动叶轮带动与之相连的磁
36、体转叶轮带动与之相连的磁体转动，经过霍尔器件时，电路动，经过霍尔器件时，电路输出脉冲电压，由脉冲的数输出脉冲电压，由脉冲的数目，可以得到流体的流速。目，可以得到流体的流速。若知管道的内径，可由流速若知管道的内径，可由流速和管径求得流量。和管径求得流量。霍尔流量计霍尔流量计霍尔流量计霍尔流量计霍尔液位传感器霍尔液位传感器霍尔器件装在容器外面，永磁体支在浮子上，随着液位变化，作用到霍尔器件上的磁场的磁感应强度改变，从而可测得液位。有触点式的磁性开关用舌簧开关（干簧管）作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。一般用于气缸位置检测的都是磁性开关。这
37、些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在控制器（如PLC）的自动控制中，可以利用该信号判断气缸的运动状态或活塞所处的位置。磁性开关与磁性开关与plc的接线的接线磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。（系
38、为三菱FX2n系列PLC）。磁性开关的内部电路如下图中虚线内所示。磁性开关内部电路 1.4 1.4 光电式接近开关光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。按照接收器接收光的方式的不同可分为：按照接收器接收光的方式的不同可分为：1)漫射型漫射型 2)对射型对射型 3)反射型反射型1)漫反射型光电传感器漫反射型光电传感器漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射
39、器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。动作选择开关的功能是选择受光动作(Light亮动)或遮光动作(Drag暗动)模式。即当此开关按顺时针方向充分旋转时（L 侧），则进入检测-ON 模式；当此开关按逆时针方向充分旋转时（D侧），则进入检测-OFF模式。2)镜面反射型光电传感器镜面反射型光电传感器反光镜可以把纵波转换为横波。发射器发射的是纵波，而接
40、收器只能接收横波。发射器发射的纵波经过反光镜把纵波转变成横波，由接收器接收。由于物体没有把纵波转变为横波的功能，因此，无论物体光亮度如何，只能把发射器发射的纵波返回，接收器不能接收到横波信号，这样，就可以准确地检测物体的有无。3)对射型光电传感器对射型光电传感器很少使用此类光电传感器很少使用此类光电传感器 安装不方便，占用较大安装空间；安装不方便，占用较大安装空间；不能检测透明和体积小的物体；不能检测透明和体积小的物体；各种光电开关。1.5 1.5 热释电式接近开关热释电式接近开关用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同
41、的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。热释电红外线传感器是热释电红外线传感器是8080年代发展起来的一种新年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。报警、自动览测等。热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫
42、酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个“菲涅尔透镜”，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。人体辐射的红外线中心波长为910（um），在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710（um），正好适合于人体红外辐射的探测，而对其
43、它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。红外线热释电传感器的安装要求红外线热释电传感器的安装要求红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件：1、红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。2、红外线热释电传感器远离空调,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔有屏风、家具、大型盆景或其他隔离物。4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。红外线热释电
44、传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的。由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的。超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中
45、它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。要以超声波作为检测手段，必须能产生超声波和要以超声波作为检测手段，必须能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接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器。超声波传感器按其工作原理，可分为压电感器。超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式式、磁致伸缩式 、电磁式等，以压电式最为常用、电磁式等，以压电式最为常用2.超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电式超
46、声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来压电材料的压电效应原理来工作的。常用的压电材料主工作的。常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷。要有压电晶体和压电陶瓷。压电式超声波传感器压电式超声波传感器又又分为分为发生器发生器(发射探头发射探头)和接收器和接收器(接收探头接收探头)两种。两种。超声波接收器超声波接收器利用正压电效应原理进行工作。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。超声波超声波发生发生器器利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电
47、材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米超声波传感器的应用超声波传感器的应用超声波测液位 在液罐上方安装空气传导在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得超声波的往返时间，就可测得液体的液面。液体的液面。超声波液位传感器超声波探伤超声波探伤 超声波探伤是目前应超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探用十分广泛的无损探伤手段。它既可检测伤手段。它既可检测材料表面的缺陷，又材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的可检测内部几米深的缺陷，这是缺陷，这是x x
48、光探伤光探伤所达不到的深度。所达不到的深度。超声探伤反射波超声探伤反射波形形裂纹裂纹物料叠放物料叠放高度测量高度测量超声波多普勒测量车速超声波多普勒测量车速3.3.火灾传感器火灾传感器物质燃烧过程是一种伴随有烟、光、热的化学反应过程。物质燃烧过程是一种伴随有烟、光、热的化学反应过程。在物质燃烧过程中，一般有下列现象产生：在物质燃烧过程中，一般有下列现象产生：热（温度）热（温度）：凡是物质燃烧，必有热量释放，使得环凡是物质燃烧，必有热量释放，使得环境温度升高，这是物质燃烧的基本特征之一。境温度升高，这是物质燃烧的基本特征之一。燃烧气体与烟雾燃烧气体与烟雾：普通可燃物质在燃烧开始时，往往普通可燃物
49、质在燃烧开始时，往往首先释放出燃烧气体和烟雾。其具有流动性和毒害性，首先释放出燃烧气体和烟雾。其具有流动性和毒害性，能潜入建筑物的任何空间，因此构成物质燃烧过程的能潜入建筑物的任何空间，因此构成物质燃烧过程的又一特征又一特征火焰（光）火焰（光）：火焰是物质燃烧产生的灼热发光的气体火焰是物质燃烧产生的灼热发光的气体部分。火焰光作为燃烧的鉴别特征之一，也是重要的部分。火焰光作为燃烧的鉴别特征之一，也是重要的火灾探测参数。火灾探测参数。以物质燃烧过程中产生的各种火灾现象为依据，以物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换为基础，可形成不同的火灾探测方法：空气离化法光电感烟探测法温度（热）探测法火焰光探测
50、法可燃气体探测法复合探测法（1）感温式火灾探测器：火灾时物质的燃烧产生大量的热量，使周围温度发生变化。感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是将温度 的变化转换为电信号以达到报警目的。根据监测温度参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的感温式火灾探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。定温式：定温式：温度上升到预定值时响应的火灾探测器。差温式：差温式：环境温度的温升速度超过一定值时响应的火灾探测器。差定温式：差定温式：兼有定温、差温两种功能的火灾探测器。感温探测器对火灾发生时温度参数的敏感，其关键是由组成探测器 核心部件热敏元件决定。热敏元件是利用某些物