关于光电、压电、霍尔传感器原理与应用调研报告

关于光电、压电、霍尔传感器原理与应用调研报告内容摘要：

为圆筒形。 主要型号： （ 1） QS30ELVC 系列传感器 ： 为测透明的，半透明的物体提供一种易于使用，高性能的传感器 QS30ELVC 系列，其特有坚固的 ABS 外壳和丙烯透镜，达到 IP67 的等级，为测透明的，半透明的物体提供一种易于使用，高性能的传感器 ；（图 1） （ 2） SM30 amp。 SMI30 系列 ： 标准的 ,高能的本质安全型对照式传感器 ,圆柱型 ,带M30 螺纹 ；（图 2） （ 3） PicoDot PD 系列 ： 轻巧的聚焦式和反射板式雷射光传感器 ,加强型外壳适用于精确到位检测 ,检查和记数 ；（图 3） 图 1 图 2 图 3 大型光电传感器 大型光电传 感器能感测距离达 200 公尺，具交流 ac ，直流 dc ， 或 ac/dc 交直流通用电压并且提供电机电绎输出。 尺寸范围从 67x52x25 mm 到 mm。 主要型号： （ 1） Q45 系列 ： 高级一体式 ,加强型外壳设计的传感器 ,具有优良的 光 学性能 ；（图 1） （ 2） Q60： 背景消除系列 ： 雷射或 LED 传感器 ,适用于 检测低反射率物体 ,可忽略背景。 （图 2） 图 1 图 2 放大器分离型光电传感器 放大器分离型光电传感器有两个组成：放大器可以被规划使用于制程；分离型光电传感器头尺寸小到分离安装于小空间。 主要型号： （ 1） PICOAMP MD14 系列 全能型放大器 ,带有适于安装在狭小区域内的远程传感器头 （ 2） MICROAMP 系列 远程传感器、逻辑模块、放大器构建的通用型系统。 （ 3） 分离式感测器 配合放大器模块一起使用的超小型传感器头 ,适合安装在狭小区域内。 光纤传感器 光纤传感器是适合某些严刻 的情况：高振动，极热与湿，易爆，或腐蚀性环境。 在狭窄区域， 灵活的纤维可精确地被安装。 主要型号： （ 1） D10 系列 高性能 , 低对比度塑料光纤放大器．带有光柱指示或者数字显示 （ 2） R55F 光纤感测器系列 先进型光纤色标传感器可以检测低对比度色标 ,可选白光 ,蓝光 ,绿光或者红外光的 LED 压电式传感器 压电式传感器突出的特点 ： 压电式传感器 是传感器内无可动部件 , 且具有使用频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作靠、重量轻等优点。 特别是由于电子技术的飞跃发展 , 随着与之配套的二次仪表以及低噪声、 高绝缘电阻、小电容量电缆出现 , 使压电式传感器获得广泛的应用。 电容式传感器作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。 压电式传感器的原理 压电式传感器是利用材料的压电效应，将被测力、加速度等参数转换为电荷量或电压参数的变化进行输出的一种传感器装置，是典型的有源传感器。 压电效应和压电材料 某些晶体当受到一定方向外力的作用时，内部将产生极化现象，同时在它的两个对应晶面上产生符号相反的等量电荷，当外力取消后，电荷也随之消失，这种现象称为压电效应。 当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。 相反，当在晶体的极化方向上施加电场作用时，这些晶体会在一定的晶轴方向产生机械变形，外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 目前压电材料可分为三大类：一是压电晶体（单晶），它包括压电石英晶体和其它压电单晶；二是压电陶瓷（多晶半导瓷）；三是新型压电材料，又可分为压电半导体和有机高分子压电材料两种。 测量电路 传感器的等效电路 压电晶片受外力作用时，将在两个电极表面产生电荷，这时它相当于一个以压电材料为电介质的电容器，因此，可以把压电式传感器等效为一个与电容并联的电荷源，也可以等效为一个与电容串联的电压源必须指出的是，上述等效电路及其输出，只有在压电器件本身理想绝缘、无泄漏、输出端开路（即 Ra =RI= ∞）的条件下才成立。 在构成传感器时，总要利用电缆将压电器件接入测量线路或仪器。 这样，就引入了电缆的分布电容 Cc、测量放大器的输入电阻 Ri 和电容 Ci 等形成的负载阻抗影响。 压电晶片的串联与并联 实际应用中为提 高传感器的灵敏度，通常将多个压电晶片组合在一起使用，连接方法有两种：并联或串联。 压电晶片串联时，输出电压比单片时提高一倍，输出电荷量则保持不变。 压电晶片并联时，输出电压与单片时相同，而输出电荷量则是单片时的两倍。 测量电路 压电式传感器的内阻抗很高，而输出的信号很弱，因此一般不能直接显示和记录，也不能做静态信号的测量。 它的测量电路需要一个高输入阻抗的前置放大器作为阻抗匹配，这样才能防止电荷迅速泄漏，从而使测量误差减小。 压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是阻抗变换（把压电式传感器的高输出阻抗 变换成低阻抗输出）；二是放大压电式传感器输出的微弱信号。 压电式传感器的输出信号可以是电压，也可以是电荷。 因此，前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，它的输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；一种是电荷放大器，其输出电压与传感器的输出电荷成正比。 电压放大器与电荷放大器相比，电路简单、元件少、价格便宜、工作可靠，但是，电缆长度对测量精度的影响较大，而使用电荷放大器则可以在一定的条件下，使传感器的灵敏度与电缆长度无关。 压电式传感器的应用 压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。 它具有结构简 单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。 压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。 压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。 也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。 它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 在火电厂上的应用 电厂的汽轮发电机组是一个大型的转动机械 , 其运行的可靠性 , 在很大程度上取决于机组的振动状态。 因 此 , 对汽轮发电机组进行振动监控 , 对防止重大的设备损坏事故有着重要的意义。 压电式传感器是用于测量机组振动的新型传感器 , 用压电式传感器取代磁电式传感器是汽轮发电机组监控系统的一个新趋势。 目前 , 火电厂测汽轮发电机组的振动多采用磁电式传感器。 磁电式传感器应具有长时间工作的可靠性和稳定性 , 然而 , 在实际工作中 , 它恰恰是汽轮机监控系统中的最薄弱环节 , 磁电式传感器成了一个易损部件 , 其原因如下 : （ 1）采用平面型膜片弹簧悬挂 动圈式可动结构的磁电式传感器 , 对于 50 H z 单调激励 , 其弹簧易于疲劳。 （ 2）永久磁铁处于温度较高的振动环境中 , 容易发生磁衰。 （ 3）磁电式传感器若使用 1～ 2 a 后 , 其性能指标急剧下降 , 灵敏度下降 10 % 以上 , 幅值线性度也明显降低。 为了保证汽轮发电机组监控系统的可靠性 , 不得不更换磁电式传感器 , 而每个国产磁电式传感器的价格都在千元以上 , 使火力发电机组的维护费用增加。 由于磁电式传感器振动测量中存在上述问题 , 是否可用压电式传感器代替磁电式传感器呢 ? 事实证明 , 这一想法是可行的。 在实际应用中 , 是在国产压电式振动加速度传感器的基础上又增加了一个放大 / 积分 电路 , 使传感器成为了一个振动速度传感器 , 这个振动速度传感器的性能指标、安装条件等各方面都与磁电式振动速度传感器相兼容。 因此 , 不用改变汽轮发电机组的振动监控系统 , 就可应用压电式振动速度传感器。 压电式振动速度传感器在投入试运行期间 , 出现过示值轻微摆动和偶尔出现示值大幅度摆动 1～ 2 次 ( 每天 ) 的现象。 在对传感器进行绝缘处理 ( 在传感器与壳体间加了一个 10 m m 厚的电木板 ) 和在传感器输出端加装小型高通滤波器后。