第十章 其他传感器第十章 其他传感器第一节 角度 —— 数字传感器第二节 超声波传感器第三节 红外、激光传感器第十章 其他传感器数字传感器的特点：
具有高的测量精度和分辨力，读数直观精确。
测量行程范围大，直线位移可达数米至几十米。
易于实现高速动态测量、处理和自动化。
采用高电平数字信号时，对外部干扰（噪音）
的抑制能力强。
安装方便，使用维护简单，工作可靠性强。
第一节 角度 —— 数字传感器本章目录第十章 其他传感器将 角位移或线位移 （模拟量）转换成以 数字代码 形式表示的电信号，这类传感器称为 编码器 。
编码器以其高精度,高分辨率和高可靠性被广泛用于各种位移的测量。
编码器的种类很多,主要分为,
脉冲盘式（增量编码器）
码盘式编码器（绝对编码器）
第十章 其他传感器一、脉冲盘式角度 —— 数字编码器（光电盘）
光电元件放大整形测量记数若转盘转过 α 角，其光源光线经窄缝照射到光电元件上，使光电元件输出电信号，控制测量线路输出一个脉冲信号。
图 10.1
光电盘是一种最简单的光电式转角测量元件。
第十章 其他传感器第十章 其他传感器第十章 其他传感器
光电盘和光栏板可用玻璃研磨抛光制成，经真空镀铬后用照相腐蚀法在镀铬层上制成透光的狭缝，狭缝的数量可为几百条或几千条。也可用精制的金属圆盘在其圆周上开出一定数量的等分槽缝，或在一定半径的圆周上钻出一定数量的小孔，使圆盘形成相等数量的透明和不透明区域。
光栏板上有两条透光的狭缝，缝距等于光电盘槽距或孔距的 1/4，每条缝后面放一只光电管。
根据光栏板上两条狭缝中信号的先后顺序，可以判别光电盘的旋转方向。
第十章 其他传感器
光电盘装在回转轴上，轴的另一端装有齿轮，该齿轮与驱动齿轮或齿条啮合时，可带动光电盘旋转。回转轴也可以直接被主轴或丝杠驱动。光电盘置于光源和光电管之间，
当光电盘转动时，光电管把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号转换为电脉冲信号，经整形、放大、分频、
计数和译码后输出或显示。由于光电盘每转发生的脉冲数不变，故由脉冲数即可测出被测轴的转角或转速。也可根据传动装置的速比换算出直线运动机构的直线位移。
由于光电盘制造精度较低，只能测增量值，易受环境干扰，
所以多用在简易型和经济型数控机床上。
第十章 其他传感器二、码盘式角度 —— 数字编码器编码盘是把被测转角 直接转换成相应代码 的检测元件 。
按结构可分,接触式,非接触式 （光电式和电磁式）
三种编码器相比较，光电式编码器的性价比最高，它作为精密位移传感器在自动测量和自动控制技术中得到了广泛的应用。
目前我国已有 23位光电编码器,为科学研究、军事、航天和工业生产提供了对位移量进行精密检测的手段。
非接触式编码器特点：
非接触、体积小和寿命长，且分辨率高。
第十章 其他传感器图 10-2 4位二进制码盘
1、四位二进制码盘第十章 其他传感器
光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。前页图所示为四位二进制码盘，码盘上各圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑（图中表示为红色）白等间隔图案，
形成一套编码。 黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的,0”和,1” 。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆周范围内可编数码数为 24=16个。
编码个数,42
分辨角：
0
4
0
5.2223 6 0
第十章 其他传感器
工作时，码盘的一侧放置光源，另一侧放置光电接受装置，
每个数位都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转换成相应的电信号，
经放大整形后，成为相应数码电信号。
但由于光电管安装误差的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，就会有一些光电管越过分界线，而另一些尚未越过，
于是产生读数误差。例如，当码盘顺时针方向旋转，由位置
,0111”变为,1000”时，这四位数要同时都变化，可能将数码误读成 16种代码中的任意一种（这取决于光电管位置的偏离情况），如读成 1111,1011,1101,…,0001等，产生无法估计的数值误差，这种误差称为 非单值性误差 。
第十章 其他传感器
2、四位二进制（循环码）码盘二进制 循环 二进制 循环
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
3 0011 0010 11 1011 1110
4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
图 10-3 4位二进制循环码盘第十章 其他传感器
循环码又称为格雷码，它也是一种二进制编码，
只有,0”和,l”两个数。图 10-3所示为四位二进制循环码盘。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即由,0”变为,1”
或,1”变为,0”。因此，在两数变换过程中，
因光电管安装不准等产生的阅读数误差，最多不超过,1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。
所以,它是消除非单值性误差的一种有效方法 。
第十章 其他传感器
3、带判位光电装置的二进制循环码盘图 10-4 带判位光电装置的二进制循环码盘
这种码盘是在二进制循环码盘的 最外圈增加一圈信号位 构成的。如左图所示，该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有信号位处的光电元件有信号才能读数，这样就不会产生非单值性误差。
本节首页第十章 其他传感器第二节 超声波传感器一,超声波及其物理性质
1、声波及其分类
(1)次声波,振动频率 低于 l6Hz的机械波。
(2)声波,振动频率在 16Hz―20KHz 之间的机械波。
(3)超声波,振动频率 高于 20KHz的机械波。
(4)微波,振动频率在 3× 108~3× 1011 Hz之间的机械波。
振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波本章目录第十章 其他传感器图 10.5 声波的频率界限图
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f / H z
微 波探 测超 声 波语 言音 乐声 波次 声 波
0,2 5 × 1 0
6
2 0 × 1 0
6
第十章 其他传感器
2、超声波的物理性质超声波与一般声波比较，振动频率高，波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透能力。
声波从一种介质传播到另一种介质,在两个介质的分界面上一部分声波被反射,另一部分透射过界面,在另一种介质内部继续传播 。 这样的两种情况称之为声波的反射和折射,如图 10-6所示 。
3、超声波的反射和折射第十章 其他传感器图 10.6 超声波的反射和折射
o
介 质 1
介 质 2
折 射 波反 射 波入 射 波
′
本节首页第十章 其他传感器利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器,探测器或传感器 。
超声波探头按其工作原理可分为压电式,磁致伸缩式,
电磁式等,而以压电式最为常用 。
压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷,这种传感器统称为压电式超声波探头 。 它是利用压电材料的压电效应来工作的,逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生超声波,可作为发射探头 ; 而利用正压电效应,将超声振动波转换成电信号,可用为接收探头 。
1、超声波传感器二、超声波传感器及应用第十章 其他传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的 反射特性 而制成的 。 如果从发射超声脉冲开始,到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知,就可以求出分界面的位置,利用这种方法可以对物位进行测量 。
根据发射和接收换能器的功能,传感器又可分为 单换能器 和 双换能器 。 单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器,而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任 。
2,超声波物位传感器第十章 其他传感器图 10.7 几种超声物位传感器的结构原理示意图
(a) 超声波在液体中传播； (b) 超声波在空气中传播
h h
2 a
2 a
hh
s
s
( a )
( b )
第十章 其他传感器只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔,便可以求得待测的物位 。
超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点,但若液体中有气泡或液面发生波动,便会产生较大的误差 。
在一般使用条件下,它的测量误差为 ± 0.1%,检测物位的范围为 10-2~104m。
图 10 - 7给出了几种超声物位传感器的结构示意图。 超声波发射和接收换能器可设置水中,让超声波在液体中传播。
由于超声波在液体中衰减比较小,所以即使发生的超声脉冲幅度较小也可以传播。超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方,让超声波在空气中传播,这种方式便于安装和维修,但超声波在空气中的衰减比较厉害。
第十章 其他传感器超声波流量传感器的测定方法是多样的,如传播速度变化法,波速移动法,多卜勒效应法,流动听声法等 。
但目前应用较广的主要是 超声波传播时间差法 。
超声波在流体中传播时,在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的,利用这一特点可以求出流体的速度,
再根据管道流体的截面积,便可知道流体的流量 。
3
第十章 其他传感器电 路 管 道超 声 波 传 感 器 2超 声 波 传 感 器 1
L
B
1
B
2
图 10.8 超声波测流量原理图第十章 其他传感器如果在流体中设置两个超声波传感器,它们既可以发射超声波又可以接收超声波,一个装在上游,一个装在下游,其距离为 L,如图 10-8所示 。 如设顺流方向的传播时间为 t1,逆流方向的传播时间为 t2,流体静止时的超声波传播速度为 c,流体流动速度为 v,则：
vc
L
t
vc
L
t
2
1
第十章 其他传感器一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，
因此超声波传播时间差为：
2212
2
vc
Lvttt
由于 c>>v,从上式便可得到流体的流速,即：
t
L
cv
2
2
第十章 其他传感器
4、超声波探伤
t
A
本节首页第十章 其他传感器案例,输油管检测检测机器人第十章 其他传感器红外辐射俗称红外线,它是一种不可见光,由于是位于可见光中红色光以外的光线,故称红外线 。 它的波长范围大致在 0.76～ 1000μm,红外线在电磁波谱中的位置如图
10.9 所示 。
工程上又把红外线所占据的波段分为四部分,即近红外,中红外,远红外和极远红外 。
第三节 红外、激光传感器不是绝对零度的物体都会产生红外线。相对于可见光来说，其频率低、能量高。
一、红外传感器
1、红外辐射本章目录第十章 其他传感器图 10.9 电磁波谱图
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7
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–
3
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–
1
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1 0
–
1
1 0 1 0
2
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3
1 0
4
/? m? / c m? / m
宇 宙 射 线
射 线
X 射 线紫外光可见光红 外 光 微 波 无 线 电 波极 远 红 外
2 11 81 51 29630
远 红 外中 红 外近 红 外
/? m
第十章 其他传感器
红外辐射的物理本质是 热辐射
一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的 。 物体的温度越高,辐射出来的红外线越多,辐射的能量就越强 。
红外光的本质与可见光或电磁波性质一样,具有反射,
折射,散射,干涉,吸收等特性,它在真空中也以光速传播,并具有明显的波粒二相性 。
第十章 其他传感器
红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。
它在大气中传播时,大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带,红外线气体分析器 就是利用该特性工作的。空气中对称的双原子气体，如 N2,O2,H2等不吸收红外线。
红外线在通过大气层时,有三个波段透过率高,它们是 2～ 2.6μm,3～ 5 μm和 8～ 14 μm，统称它们为,大气窗口,。这三个波段对 红外探测 技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（ 大气窗口 ）之内。
第十章 其他传感器红外传感器一般由光学系统,探测器、信号调理电路及显示单元等组成。 红外探测器是红外传感器的核心。
红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。
红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为 热探测器 和 光子探测器 两大类。按接受方式的不同，分 透射式红外探测器 和 反射式红外探测器 。
2,红外探测器第十章 其他传感器工作机理,利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。
（ 1）热探测器与光子探测器相比,热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。
主要优点,响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便，应用相当广泛。
第十章 其他传感器种类,
热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型 。
其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高,频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。
第十章 其他传感器工作机理是：利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用,从而改变电子的能量状态,引起各种电学现象 ——这种现象称为光子效应 。
根据所产生的不同电学现象,可制成各种不同的光子探测器 。 光子探测器有内光电和外光电探测器两种,后者又分为光电导,光生伏特和光磁电探测器等三种 。
光子探测器的主要特点是灵敏度高,响应速度快,具有较高的响应频率,但探测波段较窄,一般需在低温下工作 。
（ 2）光子探测器本节首页第十章 其他传感器家中许多的电器产品都有遥控的功能，例如电视机、
录像机,VCD,空调等家电产品，它们都是以红外遥控的方式进行遥控。
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编 /解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制,LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
红外遥控系统第十章 其他传感器例如：我们用电视机的遥控器作为单片机的键盘使用，通过红外线遥控装置来代替在单片机实验板上的键盘（复位键除外），这样设计的键盘又多又好。
第十章 其他传感器第十章 其他传感器万能红外线接收模块第十章 其他传感器第十章 其他传感器第十章 其他传感器温度传感器 DS18B20特性介绍
DS18B20是 DALLAS公司的最新单线数字温度传感器。
· 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，仅需要一个端口引脚就可以与单片机进行通信。无须别的外围器件。
·多个 18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。
·测量温度范围为 -55～ +125℃,在 -10～ +85℃ 范围内，精度为
± 0.5℃ 。
·可通过数据线供电，电压范围为 3.0～ 5.5伏。
·可以程序设定 9～ 12位的分辨率，精度为± 0.5℃ 。
·用户设定的报警温度存储在 E2PROM中，掉电后依然保存。
·负电压特性，电源极性接反时，温度计不会烧毁，但不能正常工作。
DS18B20的性能是新一代产品中最好的，性能价格比也非常出色，
继“一线总线”的早期产品后,DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念,18B20使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。
本节首页第十章 其他传感器二、激光传感器特点,高方向性、高亮度、单色性好、高相干性。
激光器,
1、气体激光器（氦氖激光器,CO2激光器）
2、固体激光器（红宝石、铷玻璃、钇铝石榴石 激光器）
3、半导体激光器（ CaAs、砷磷化镓、磷化铟 激光器）
本章结束
具有高的测量精度和分辨力，读数直观精确。
测量行程范围大，直线位移可达数米至几十米。
易于实现高速动态测量、处理和自动化。
采用高电平数字信号时，对外部干扰（噪音）
的抑制能力强。
安装方便，使用维护简单，工作可靠性强。
第一节 角度 —— 数字传感器本章目录第十章 其他传感器将 角位移或线位移 （模拟量）转换成以 数字代码 形式表示的电信号，这类传感器称为 编码器 。
编码器以其高精度,高分辨率和高可靠性被广泛用于各种位移的测量。
编码器的种类很多,主要分为,
脉冲盘式（增量编码器）
码盘式编码器（绝对编码器）
第十章 其他传感器一、脉冲盘式角度 —— 数字编码器（光电盘）
光电元件放大整形测量记数若转盘转过 α 角，其光源光线经窄缝照射到光电元件上，使光电元件输出电信号，控制测量线路输出一个脉冲信号。
图 10.1
光电盘是一种最简单的光电式转角测量元件。
第十章 其他传感器第十章 其他传感器第十章 其他传感器
光电盘和光栏板可用玻璃研磨抛光制成，经真空镀铬后用照相腐蚀法在镀铬层上制成透光的狭缝，狭缝的数量可为几百条或几千条。也可用精制的金属圆盘在其圆周上开出一定数量的等分槽缝，或在一定半径的圆周上钻出一定数量的小孔，使圆盘形成相等数量的透明和不透明区域。
光栏板上有两条透光的狭缝，缝距等于光电盘槽距或孔距的 1/4，每条缝后面放一只光电管。
根据光栏板上两条狭缝中信号的先后顺序，可以判别光电盘的旋转方向。
第十章 其他传感器
光电盘装在回转轴上，轴的另一端装有齿轮，该齿轮与驱动齿轮或齿条啮合时，可带动光电盘旋转。回转轴也可以直接被主轴或丝杠驱动。光电盘置于光源和光电管之间，
当光电盘转动时，光电管把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号转换为电脉冲信号，经整形、放大、分频、
计数和译码后输出或显示。由于光电盘每转发生的脉冲数不变，故由脉冲数即可测出被测轴的转角或转速。也可根据传动装置的速比换算出直线运动机构的直线位移。
由于光电盘制造精度较低，只能测增量值，易受环境干扰，
所以多用在简易型和经济型数控机床上。
第十章 其他传感器二、码盘式角度 —— 数字编码器编码盘是把被测转角 直接转换成相应代码 的检测元件 。
按结构可分,接触式,非接触式 （光电式和电磁式）
三种编码器相比较，光电式编码器的性价比最高，它作为精密位移传感器在自动测量和自动控制技术中得到了广泛的应用。
目前我国已有 23位光电编码器,为科学研究、军事、航天和工业生产提供了对位移量进行精密检测的手段。
非接触式编码器特点：
非接触、体积小和寿命长，且分辨率高。
第十章 其他传感器图 10-2 4位二进制码盘
1、四位二进制码盘第十章 其他传感器
光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。前页图所示为四位二进制码盘，码盘上各圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑（图中表示为红色）白等间隔图案，
形成一套编码。 黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的,0”和,1” 。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆周范围内可编数码数为 24=16个。
编码个数,42
分辨角：
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第十章 其他传感器
工作时，码盘的一侧放置光源，另一侧放置光电接受装置，
每个数位都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转换成相应的电信号，
经放大整形后，成为相应数码电信号。
但由于光电管安装误差的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，就会有一些光电管越过分界线，而另一些尚未越过，
于是产生读数误差。例如，当码盘顺时针方向旋转，由位置
,0111”变为,1000”时，这四位数要同时都变化，可能将数码误读成 16种代码中的任意一种（这取决于光电管位置的偏离情况），如读成 1111,1011,1101,…,0001等，产生无法估计的数值误差，这种误差称为 非单值性误差 。
第十章 其他传感器
2、四位二进制（循环码）码盘二进制 循环 二进制 循环
0 0000 0000 8 1000 1100
1 0001 0001 9 1001 1101
2 0010 0011 10 1010 1111
3 0011 0010 11 1011 1110
4 0100 0110 12 1100 1010
5 0101 0111 13 1101 1011
6 0110 0101 14 1110 1001
7 0111 0100 15 1111 1000
图 10-3 4位二进制循环码盘第十章 其他传感器
循环码又称为格雷码，它也是一种二进制编码，
只有,0”和,l”两个数。图 10-3所示为四位二进制循环码盘。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即由,0”变为,1”
或,1”变为,0”。因此，在两数变换过程中，
因光电管安装不准等产生的阅读数误差，最多不超过,1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。
所以,它是消除非单值性误差的一种有效方法 。
第十章 其他传感器
3、带判位光电装置的二进制循环码盘图 10-4 带判位光电装置的二进制循环码盘
这种码盘是在二进制循环码盘的 最外圈增加一圈信号位 构成的。如左图所示，该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有信号位处的光电元件有信号才能读数，这样就不会产生非单值性误差。
本节首页第十章 其他传感器第二节 超声波传感器一,超声波及其物理性质
1、声波及其分类
(1)次声波,振动频率 低于 l6Hz的机械波。
(2)声波,振动频率在 16Hz―20KHz 之间的机械波。
(3)超声波,振动频率 高于 20KHz的机械波。
(4)微波,振动频率在 3× 108~3× 1011 Hz之间的机械波。
振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波本章目录第十章 其他传感器图 10.5 声波的频率界限图
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微 波探 测超 声 波语 言音 乐声 波次 声 波
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第十章 其他传感器
2、超声波的物理性质超声波与一般声波比较，振动频率高，波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透能力。
声波从一种介质传播到另一种介质,在两个介质的分界面上一部分声波被反射,另一部分透射过界面,在另一种介质内部继续传播 。 这样的两种情况称之为声波的反射和折射,如图 10-6所示 。
3、超声波的反射和折射第十章 其他传感器图 10.6 超声波的反射和折射
o
介 质 1
介 质 2
折 射 波反 射 波入 射 波
′
本节首页第十章 其他传感器利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器,探测器或传感器 。
超声波探头按其工作原理可分为压电式,磁致伸缩式,
电磁式等,而以压电式最为常用 。
压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷,这种传感器统称为压电式超声波探头 。 它是利用压电材料的压电效应来工作的,逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生超声波,可作为发射探头 ; 而利用正压电效应,将超声振动波转换成电信号,可用为接收探头 。
1、超声波传感器二、超声波传感器及应用第十章 其他传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的 反射特性 而制成的 。 如果从发射超声脉冲开始,到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知,就可以求出分界面的位置,利用这种方法可以对物位进行测量 。
根据发射和接收换能器的功能,传感器又可分为 单换能器 和 双换能器 。 单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器,而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任 。
2,超声波物位传感器第十章 其他传感器图 10.7 几种超声物位传感器的结构原理示意图
(a) 超声波在液体中传播； (b) 超声波在空气中传播
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2 a
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( a )
( b )
第十章 其他传感器只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔,便可以求得待测的物位 。
超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点,但若液体中有气泡或液面发生波动,便会产生较大的误差 。
在一般使用条件下,它的测量误差为 ± 0.1%,检测物位的范围为 10-2~104m。
图 10 - 7给出了几种超声物位传感器的结构示意图。 超声波发射和接收换能器可设置水中,让超声波在液体中传播。
由于超声波在液体中衰减比较小,所以即使发生的超声脉冲幅度较小也可以传播。超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方,让超声波在空气中传播,这种方式便于安装和维修,但超声波在空气中的衰减比较厉害。
第十章 其他传感器超声波流量传感器的测定方法是多样的,如传播速度变化法,波速移动法,多卜勒效应法,流动听声法等 。
但目前应用较广的主要是 超声波传播时间差法 。
超声波在流体中传播时,在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的,利用这一特点可以求出流体的速度,
再根据管道流体的截面积,便可知道流体的流量 。
3
第十章 其他传感器电 路 管 道超 声 波 传 感 器 2超 声 波 传 感 器 1
L
B
1
B
2
图 10.8 超声波测流量原理图第十章 其他传感器如果在流体中设置两个超声波传感器,它们既可以发射超声波又可以接收超声波,一个装在上游,一个装在下游,其距离为 L,如图 10-8所示 。 如设顺流方向的传播时间为 t1,逆流方向的传播时间为 t2,流体静止时的超声波传播速度为 c,流体流动速度为 v,则：
vc
L
t
vc
L
t
2
1
第十章 其他传感器一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，
因此超声波传播时间差为：
2212
2
vc
Lvttt
由于 c>>v,从上式便可得到流体的流速,即：
t
L
cv
2
2
第十章 其他传感器
4、超声波探伤
t
A
本节首页第十章 其他传感器案例,输油管检测检测机器人第十章 其他传感器红外辐射俗称红外线,它是一种不可见光,由于是位于可见光中红色光以外的光线,故称红外线 。 它的波长范围大致在 0.76～ 1000μm,红外线在电磁波谱中的位置如图
10.9 所示 。
工程上又把红外线所占据的波段分为四部分,即近红外,中红外,远红外和极远红外 。
第三节 红外、激光传感器不是绝对零度的物体都会产生红外线。相对于可见光来说，其频率低、能量高。
一、红外传感器
1、红外辐射本章目录第十章 其他传感器图 10.9 电磁波谱图
1 0
–
9
1 0
–
7
1 0
–
5
1 0
–
3
1 0
–
1
1 0
1 0
–
1
1 0 1 0
2
1 0
3
1 0
4
/? m? / c m? / m
宇 宙 射 线
射 线
X 射 线紫外光可见光红 外 光 微 波 无 线 电 波极 远 红 外
2 11 81 51 29630
远 红 外中 红 外近 红 外
/? m
第十章 其他传感器
红外辐射的物理本质是 热辐射
一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的 。 物体的温度越高,辐射出来的红外线越多,辐射的能量就越强 。
红外光的本质与可见光或电磁波性质一样,具有反射,
折射,散射,干涉,吸收等特性,它在真空中也以光速传播,并具有明显的波粒二相性 。
第十章 其他传感器
红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。
它在大气中传播时,大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带,红外线气体分析器 就是利用该特性工作的。空气中对称的双原子气体，如 N2,O2,H2等不吸收红外线。
红外线在通过大气层时,有三个波段透过率高,它们是 2～ 2.6μm,3～ 5 μm和 8～ 14 μm，统称它们为,大气窗口,。这三个波段对 红外探测 技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（ 大气窗口 ）之内。
第十章 其他传感器红外传感器一般由光学系统,探测器、信号调理电路及显示单元等组成。 红外探测器是红外传感器的核心。
红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。
红外探测器的种类很多，按探测机理的不同，分为 热探测器 和 光子探测器 两大类。按接受方式的不同，分 透射式红外探测器 和 反射式红外探测器 。
2,红外探测器第十章 其他传感器工作机理,利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。
（ 1）热探测器与光子探测器相比,热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。
主要优点,响应波段宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便，应用相当广泛。
第十章 其他传感器种类,
热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型 。
其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高,频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。
第十章 其他传感器工作机理是：利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用,从而改变电子的能量状态,引起各种电学现象 ——这种现象称为光子效应 。
根据所产生的不同电学现象,可制成各种不同的光子探测器 。 光子探测器有内光电和外光电探测器两种,后者又分为光电导,光生伏特和光磁电探测器等三种 。
光子探测器的主要特点是灵敏度高,响应速度快,具有较高的响应频率,但探测波段较窄,一般需在低温下工作 。
（ 2）光子探测器本节首页第十章 其他传感器家中许多的电器产品都有遥控的功能，例如电视机、
录像机,VCD,空调等家电产品，它们都是以红外遥控的方式进行遥控。
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编 /解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制,LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
红外遥控系统第十章 其他传感器例如：我们用电视机的遥控器作为单片机的键盘使用，通过红外线遥控装置来代替在单片机实验板上的键盘（复位键除外），这样设计的键盘又多又好。
第十章 其他传感器第十章 其他传感器万能红外线接收模块第十章 其他传感器第十章 其他传感器第十章 其他传感器温度传感器 DS18B20特性介绍
DS18B20是 DALLAS公司的最新单线数字温度传感器。
· 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，仅需要一个端口引脚就可以与单片机进行通信。无须别的外围器件。
·多个 18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。
·测量温度范围为 -55～ +125℃,在 -10～ +85℃ 范围内，精度为
± 0.5℃ 。
·可通过数据线供电，电压范围为 3.0～ 5.5伏。
·可以程序设定 9～ 12位的分辨率，精度为± 0.5℃ 。
·用户设定的报警温度存储在 E2PROM中，掉电后依然保存。
·负电压特性，电源极性接反时，温度计不会烧毁，但不能正常工作。
DS18B20的性能是新一代产品中最好的，性能价格比也非常出色，
继“一线总线”的早期产品后,DS18B20开辟了温度传感器技术的新概念,18B20使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。
本节首页第十章 其他传感器二、激光传感器特点,高方向性、高亮度、单色性好、高相干性。
激光器,
1、气体激光器（氦氖激光器,CO2激光器）
2、固体激光器（红宝石、铷玻璃、钇铝石榴石 激光器）
3、半导体激光器（ CaAs、砷磷化镓、磷化铟 激光器）
本章结束
