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传感器运用了什么技术原理

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一、传感器技术的原理是什么

1.传感器是一种能够测量各种物理量的设备,它将物理量转换为电信号或其他形式的信息,这些信息可以被电路处理。

2.传感器可以测量多种物理量,如温度、光照、湿度、压力和速度等。

3.传感器通常由传感器头和电路两部分组成。传感器头负责测量物理量并将其转化为电信号。

4.电路负责接收电信号,并将其转换为人类可理解的信息。

5.传感器的工作原理依据不同的物理原理,如电阻传感器通过电阻变化测量物理量,光电传感器则通过光照强度进行测量。

二、人类根据什么原理发明了各种传感器?

一句话概括:传感器是基于物理定律和材料特性,将环境中的物理量转换为可测量信号的装置。

传感器的发明和工作原理主要依据物理学中的各种效应和定律,如光电效应、压阻效应、热电效应、电磁感应等,这些效应允许传感器将诸如光、压力、温度、磁场等物理量转换成电信号或其他形式的信号,便于进一步处理和分析。例如,合杰传感器就涵盖了多种基于不同原理的传感器:

  • 激光传感器:利用激光的高方向性和高能量密度特性来检测距离、位置、速度等参数。当激光束遇到物体反射回传感器时,传感器通过计算光的往返时间或相位差来确定物体的位置或运动状态。

  • 电容传感器:基于电容原理,即两个导体之间形成电容,其值取决于它们之间的距离、面积和介电常数。当物体接近电容传感器时,会改变电容值,从而可以检测到物体的存在或移动。

  • 这些传感器广泛应用于工业自动化、汽车、医疗、航空航天等多个领域,极大地提高了设备的智能化水平和工作效率。

  • 电阻式传感器:这类传感器基于电阻的变化来检测物理量,如应变片传感器用于测量力和压力,其原理是当受到外力作用时,金属丝或箔片的电阻会发生变化。

  • 磁敏传感器:包括霍尔效应传感器和磁阻传感器,它们用于检测磁场强度和方向。霍尔效应传感器是基于霍尔效应,当电流通过置于磁场中的半导体薄片时,会在垂直于电流的方向产生电压;磁阻传感器则是基于磁阻效应,即某些材料的电阻在磁场中发生变化。

  • 光电传感器:利用光电效应,如光敏二极管(photodiode)和光敏电阻(LDR),它们能够将光强的变化转化为电信号。此外,光纤传感器也属于这一类,它们使用光纤作为传输介质,可以检测温度、压力等多种物理量。

  • 超声波传感器:通过发射超声波脉冲并接收反射回来的信号来测量距离和物体位置。这种传感器广泛应用于倒车雷达、液位检测等领域。

  • 红外传感器:用于检测红外辐射,如热释电传感器,它们对温度变化敏感,常用于安防系统中的人体检测。另外,非接触式红外温度计也是利用红外辐射的原理来测量物体表面温度的。

  • 加速度传感器:基于压电效应或微机电系统(MEMS)技术,用于检测加速或振动。压电材料在受力时会产生电荷,而MEMS加速度传感器则利用微小机械结构的位移来测量加速度。

  • 气体传感器:用于检测特定气体的浓度,如电化学传感器,它们通过电解质与气体反应产生的电流来判断气体的类型和浓度。

  • 湿度传感器:通常使用聚合物膜或陶瓷材料,当环境湿度变化时,这些材料的电容或电阻也会随之变化,从而实现湿度的检测。

  • 这些传感器的设计和应用覆盖了从日常生活到科学研究的广泛领域,是现代科技不可或缺的一部分。

    传感器及其工作原理

    原创2022-03-1407:34·小牛物理

    一、认识传感器

    1.传感器

    (1)定义:传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量),或转换为电路的通断.

    ?生活中的实例

    (2)基本特性:把非电学量转换为电学量,可以方便地进行测量、传输、处理和控制等.

    2.传感器的工作原理:传感器通过敏感元件感受的通常是非电学量,而它利用转换元件输出的通常是电学量,如电压、电流、电荷量等.

    传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路和辅助电源四部分组成,其工作原理如图所示.

    敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;转换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和转换电路一般还需要辅助电源供电.

    ?敏感原件干簧管的结构及原理

    如图所示,它由用玻璃管封入两个软磁性材料制成的簧片组成.当磁铁靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,所以干簧管能起到开关的作用,操纵开关的是磁场这只看不见的“手”.干簧管是一种能够感知磁场的传感器,广泛用于电工设备和电子设备中.

    3.传感器的特点

    微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化它是实现自动检测和自动控制的首要环节.传感器的存在和发展,让物体有了“触觉”“味觉”和“嗅觉”等,让物体慢慢“活”了起来.

    传感器运用了什么技术原理

    4.传感器的分类

    (1)按照其用途可分为:压力传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、雷达传感器等.

    (2)按照其原理可分为:振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等.

    (3)按其输出信号可分为:模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号;

    数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换);

    膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号(包括直接和间接转换);

    开关传感器—当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号.

    (4)按照其测量目的可分为:物理型传感器、化学型传感器、生物型传感器.

    ?几种传感器中的敏感元件

    二、对敏感元件的认识

    1、光敏电阻:是一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器.

    (1)特性:当用不同的光照射光敏电阻时会得到不同的电阻,由实验数据可知一般光照强度越强,电阻越小.

    (2)本质:一般构成光敏电阻的物质为半导体材料,当无光照时载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性能变强,电阻就会减小.

    (3)作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量,就如同人的眼睛一样,可以感知光线的强弱,应用光敏电阻可制成光电计数器.

    ?街旁路灯和江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的光敏性.

    2.热敏电阻和金属热电阻

    (1)热敏电阻

    ①由半导体材料制成,利用温度变化使半导体的导电性能发生变化的电子元件一般热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.

    ②分类:热敏电阻是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻(PTC)、负温度系数热敏电阻(NTC)和临界温度热敏电阻(CTR).正温度系数热敏电阻随温度升高电阻增大;负温度系数热敏电阻随温度升高电阻减小(这是最常见到的热敏电阻,如边栏图R-T图象中的热敏电阻);临界温度热敏电阻具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加急剧减小,具有很大的负温度系数.它们的电阻率随温度的变化如边栏图中ρ-t图象所示.

    ?金属热电阻与热敏电阻的R-T特性曲线


    ?各种热敏电阻的电阻率随温度的变化情况

    (2)金属热电阻:金属的电阻率随温度的升高而增大,利用这一特性,金属丝也可以制作成热敏传感器,称为热电阻一般的金属热电阻的灵敏度较差.

    (3)氧化锰热敏电阻和金属热电阻的对比

    三、霍尔元件

    1、霍尔元件:如图所示,在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上、制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件.

    2、霍尔电压

    (1)表达式:如图所示,E、F间通入恒定电流I,同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场,则MN间出现霍尔电压UH,UH=kIB/d.


    (2)原理:以载流子是自由电子为例,霍尔电压的推导如下:根据左手定则,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电子运动的反方向(即电流方向),

    拇指指向即电子受洛伦兹力的方向,电子在洛伦兹力作用下发生偏转,并在左右两侧表面积累,则左侧表面积累负电荷,右侧表面就积累等量的正电荷,即右侧表面的电势高,这样就会形成电场,当电子所受电场力与洛伦兹力平衡时,左、右两侧的电压达到稳定.

    ?霍尔元件的分类

    霍尔元件可分为两类:一类是金属霍尔元件,其载流子是自由电子;另一类是半导体霍尔元件,其载流子是空穴(可以认为是带正电的粒子).

    设M、N左右两板距离为h,E、F上下两板距离为d,则eE场=eU/h=evB,又知导体中电流I=nevS=nev·hd,联立方程得U=IB/ned.由于ne是由霍尔元件本身材料决定的,我们把kIB/d称为霍尔系数,用k表示,这样就有UH=kIB/d,其中d是薄片的厚度.

    3、霍尔电势高低的判断

    由左手定则判断带电粒子的受力方向,从而得出带电粒子的偏转方向,正电荷聚集的面为高电势面,负电荷聚集的面为低电势面.

    ?霍尔电势判断要点

    在判断霍尔电势的高低时,一定要注意载流子是正电荷还是负电荷.无论载流子是正电荷还是负电荷,四指指的都是电流方向,即正电荷定向移动的方向,负电荷定向移动的反方向(电流方向一定时,无论载流子是正电荷还是负电荷,载流子受力方向均相同).

    4.霍尔元件的作用

    一个霍尔元件的厚度d、霍尔系数k为定值,若保持电流I恒定,则霍尔电压U就与磁感应强度B成正比,因此,霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,故霍尔元件又称磁敏元件.

    ?霍尔传感器技术在汽车工业中有着广泛的应用,包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动系统。为了满足不同系统的需要,霍尔传感器有开关式、模拟式和数字式三种形式.

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    发布人:yy41959539 发布时间:2024-08-23