《车身电控教案》PPT课件.ppt

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1、第二章汽车车身传感器,第一节汽车传感器概述第二节车身系统常用传感器第三节车身传感器的研究和发展趋势,第一节汽车传感器概述,(1)按能量关系分类可分为主动型和被动型两种。(2)按工作原理分类可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、压电式和热电式传感器等。(3)按输入物理量分类可分为速度、位移、加速度、角速度、角位移、力矩、压力、温度、浓度和真空度传感器等。(4)按信号转换性质分类一种是非电量转换成非电量的信号传感器，如气动传感器、弹性敏感元件传感器；另一种是由非电量转换成电量信号的传感器，如压电式加速度传感器、热电偶温度传感器等。(5)按检测项目分类可分为温度、车速、加速度、压力和碰撞传感

2、器等。,第二节车身系统常用传感器,一、温度传感器二、车速传感器三、加速度传感器四、压力传感器五、碰撞传感器六、车身系统用其他传感器,一、温度传感器,.热敏电阻式温度传感器2.双金属片式温度传感器3.热敏铁氧体温度传感器,.热敏电阻式温度传感器,)在工作范围内，电阻值随温度升高而增加的热敏电阻，称为正温度系数(PTC)热敏电阻，如图曲线2所示。2)在工作范围内，电阻值随温度升高而减小，称为负温度系数(NTC)热敏电阻，如图2-1中曲线1所示。3)在临界温度时，阻值发生锐减的称为临界温度系数(CTR)热敏电阻，如图2-1中曲线3所示。,.热敏电阻式温度传感器,图2-1热敏电阻的温度特性1负温度系数

3、(NTC)正温度系数(PTC)3临界温度系数(CTR),图2-2车外空气温度传感器的结构与特性a)结构b)特性曲线,图2-3汽车空调自动控制系统中传感器的安装位置1车外空气温度传感器2车内空气温度传感器(前)3日照传感器4控制板5后控制板6车内空气温度传感器(后)7计算机8功率伺服机构,图2-4蒸发器出口温度传感器的检查,图2-5出口温度传感器在蒸发器上的安装位置,2.双金属片式温度传感器,图2-6双金属片式温度传感器的基本原理,2.双金属片式温度传感器,图2-7双金属片式热敏开关a)结构b)工作方式1双金属片2触点A常闭型B常开型,3.热敏铁氧体温度传感器,图2-热敏铁氧体温度传感器1永久磁

4、铁2热敏铁氧体3舌簧开关,3.热敏铁氧体温度传感器,图2-热敏铁氧体温度传感器的工作状态a)低于设定温度时热敏铁氧体的(高磁导率)状态b)高于设定温度时热敏铁氧体的(低磁导率)状态,3.热敏铁氧体温度传感器,图2-10铁氧体型热敏开关的工作方式)常闭型b)常开型c)频带型,二、车速传感器,1.舌簧开关式车速传感器2.电磁感应式车速传感器3.光电式车速传感器4.可变磁阻式车速传感器,1.舌簧开关式车速传感器,图2-11舌簧开关式车速传感器的结构1舌簧开关2指针3弹簧4磁铁5转子6输出端,1.舌簧开关式车速传感器,图2-12舌簧开关吸引状态1舌簧开关2磁铁,1.舌簧开关式车速传感器,图2-13舌簧

5、开关的排斥状态1舌簧开关2磁铁,2.电磁感应式车速传感器,图2-14电磁感应式车速传感器的安装位置1输出轴2停车锁止齿轮3车速传感器,2.电磁感应式车速传感器,图2-15电磁感应式车速传感器a)结构b)信号波形,2.电磁感应式车速传感器,图2-16电磁感应式车速传感器工作原理示意图a)结构b)感应电压波形1停车锁止齿轮2车速传感器3永久磁铁4电磁感应线圈5电控单元,23,磁电感应式传感器,磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大

6、，且性能稳定，具有一定的工作带宽（101000 Hz），所以得到普遍应用。,24,磁电感应式传感器工作原理 根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为,(5-1),式中:B稳恒均匀磁场的磁感应强度；l导体有效长度；v导体相对磁场的运动速度。,25,当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt有如下关系：,根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式，图5-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。,(5-2),26,图5-1（a）为开磁

7、路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。,27,图5-1(b)为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。显然，感应电势的频率

8、与被测转速成正比。,28,图5-1 变磁通式磁电传感器结构图(a)开磁路；(b)闭磁路,29,图5-2 恒定磁通式磁电传感器结构原理图（a）动圈式；(b)动铁式,30,磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图5-2（a）和动铁式（图5-2(b)）的工作原理是完全相同的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动

9、速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为,31,(5-3),式中：B0工作气隙磁感应强度；l每匝线圈平均长度；W线圈在工作气隙磁场中的匝数；v相对运动速度。,32,5.1.2 磁电感应式传感器基本特性 当测量电路接入磁电传感器电路时，如图5-3所示，磁电传感器的输出电流Io为,（5-4),式中：Rf测量电路输入电阻；R线圈等效电阻。,传感器的电流灵敏度为,（5-5),33,而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为,(5-6),(5-7),当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为,(5-

10、8),34,1.非线性误差 磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是：由于传感器线圈内有电流I流过时，将产生一定的交变磁通I，此交变磁通叠加在永久磁铁所产生的工作磁通上，使恒定的气隙磁通变化,如图5-4所示。当传感器线圈相对于永久磁铁磁场的运动速度增大时，将产生较大的感应电势e和较大的电流I，由此而产生的附加磁场方向与原工作磁场方向相反，减弱了工作磁场的作用，从而使得传感器的灵敏度随着被测速度的增大而降低。当线圈的运动速度与图5-4所示方向相反时，感应电势e、线圈感应电流反向，所产生的附加磁场方向与工作磁场同向，从而增大了传感器的灵敏度。其结果是线圈运动速度方向不同时，传感器的灵敏度具有不同的数

11、值，使传感器输出基波能量降低，谐波能量增加,即这种非线性特性同时伴随着传感器输出的谐波失真。显然，传感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。,35,图5-3 磁电式传感器测量电路,36,图5-4 传感器电流的磁场效应,37,2.温度误差 当温度变化时，式（5-8）中右边三项都不为零，对铜线而言每摄氏度变化量为dl/l0.16710-4,dR/R0.4310-2，dB/B每摄氏度的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B-0.0210-2，这样由式（5-8）可得近似值如下：,38,这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采用热磁分流器。热磁分流器由具有很大

12、负温度系数的特殊磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。当温度升高时，热磁分流器的磁导率显著下降，经它分流掉的磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低，从而保持空气隙的工作磁通不随温度变化，维持传感器灵敏度为常数。,39,5.1.3 磁电感应式传感器的测量电路,图5-5 磁电式传感器测量电路方框图,40,5.1.4 磁电感应式传感器的应用 1.动圈式振动速度传感器 图5-6 是动圈式振动速度传感器的结构示意图。其结构主要特点是，钢制圆形外壳，里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外壳固定成一体，永久磁铁中间有一小孔，穿过小孔的芯轴两端架起线圈和阻尼环，芯轴两端通过圆形膜片支撑架

13、空且与外壳相连。工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振动时，传感器外壳和永久磁铁随之振动，而架空的芯轴、线圈和阻尼环因惯性而不随之振动。因而，磁路空气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势，线圈的输出通过引线输出到测量电路。该传感器测量的是振动速度参数，若在测量电路中接入积分电路，则输出电势与位移成正比；若在测量电路中接入微分电路，则其输出与加速度成正比。,41,图5-6 动圈式振动速度传感器,42,2.磁电式扭矩传感器 图5-7是磁电式扭矩传感器的工作原理图。在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘。它们旁边装有相应的两个磁电传感器。磁电传感器的结构见图5-8所示。传

14、感器的检测元件部分由永久磁铁、感应线圈和铁芯组成。永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中感应出交流电压，其频率在数值上等于圆盘上齿数与转数的乘积。,43,图5-7 磁电式扭矩传感器工作原理图,44,图5-8 磁电式传感器结构图,45,当扭矩作用在扭转轴上时，两个磁电传感器输出的感应电压u1和u2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样，传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号。,3.光电式车速传感器,图2-17光电式车速传感器的结构1带槽的遮光板2发光二极管3光耦合器4光敏晶体管,光电式传感器,概述

15、,光电式传感器,概述,第10章 光电式传感器,概述,光电式传感器,光电器件（1）光电管,光电式传感器,光电器件（1）光电管,光电管器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探测率和温度特性来描述。,1.光电管的伏安特性 在一定的光照射下，对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。光电管的伏安特性如3图所示。它是应用光电传感器参数的主要依据。（光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的区域内）图3a 真空光电管的伏安特性 图3b 充气光电管的伏安特性,第10章 光电式传感器,10.2 光电器件（2）光电倍增管,光电式传感器,光电器件（3）光敏电阻

16、,光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。,光敏电阻结构及符号,光电式传感器,光电器件(5)光电池（有源器件）,光电式传感器,10.3 光电传感器的应用（1）测量物体,光电式传感器,光电器件(3)光电器件的测量方法,3.光电式车速传感器,图2-18光电式车速传感器的工作原理1光耦合器2发光二极管3带槽的遮光板4遮光板转轴5光敏晶体管6信号线7端子,3.光电式车速传感器,图2-19仪表板结构及车速表的连接框图a)仪表板结构b)车速表的连接框图1燃油表2里程表3车速表4温度表5蜂鸣器6车速报警器7车速传感器

17、8放大显示开关,3.光电式车速传感器,图2-20车速表的电路框图,3.光电式车速传感器,图2-21可变磁阻式车速传感器的安装位置及结构1车速传感器2混合集成电路3多极磁环,4.可变磁阻式车速传感器,图2-22可变磁阻式车速传感器的工作原理,4.可变磁阻式车速传感器,图2-23磁阻元件(MRE)的性质a)电阻大b)电阻小,4.可变磁阻式车速传感器,图2-24可变磁阻式车速传感器电路,三、加速度传感器,1.偏心锤式加速度传感器2.滚轴式加速度传感器3.差动变压器式加速度传感器4.开关型加速度传感器,1.偏心锤式加速度传感器,图2-25偏心锤式加速度传感器的结构1滚动触点2偏心转子3壳体4偏心锤5固

18、定触点6弹簧,1.偏心锤式加速度传感器,图2-26偏心锤式加速度传感器工作原理a)静止状态b)碰撞状态1复位弹簧2偏心锤3挡块4固定触点5滚动触点6减速度方向,2.滚轴式加速度传感器,图2-27滚轴式加速度传感器的结构a)静止状态b)工作状态1止动销2滚轴3滚动触点4固定触点5底座6片簧,3.差动变压器式加速度传感器,图2-28差动变压器式加速度传感器a)结构示意图b)输出特性c)工作原理图1差动变压器2绕组3铁心4印制电路板5变压器油6解调电路7振荡电路8电源电路,4.开关型加速度传感器,图2-29横向加速度开关,四、压力传感器,1.高压侧压力传感器2.低压侧压力传感器,四、压力传感器,图2

19、-30低压侧压力传感器的位置1蒸发器2储液干燥剂3低压侧压力传感器4压缩机5冷凝器6高压侧温度开关7节流装置8低压侧温度开关,四、压力传感器,图2-31油压开关传感器的结构1触点2膜片3弹簧p压力,1.高压侧压力传感器,图2-32高压侧压力传感器的安装位置1、4O形密封圈2视液镜3压力传感器,1.高压侧压力传感器,图2-33高压侧压力传感器(常闭型)1接头2膜片3外壳4接线柱5弹簧6固定触点7活动触点,2.低压侧压力传感器,图2-34低压侧压力传感器1接头2膜片3外壳4接线柱5弹簧6固定触点7活动触点,五、碰撞传感器,1.机电结合式碰撞传感器2.水银开关式碰撞传感器3.电子式碰撞传感器,五、碰

20、撞传感器,图2-35滚球式碰撞传感器的结构1滚球2永久磁铁3导缸4固定触点5壳体,1.机电结合式碰撞传感器,(1)滚球式碰撞传感器又称为偏压磁铁式碰撞传感器，其结构如图2-35所示，主要由铁质滚球、永久磁铁、导缸、固定触点和壳体等组成。(2)偏心锤式碰撞传感器又称为偏心转子式碰撞传感器，丰田、马自达汽车的SRS采用了这种传感器，其工作原理如图2-26所示。(3)滚轴式碰撞传感器其结构如图2-27所示。,图2-36滚球式碰撞传感器的工作原理图a)触点未接通b)触点接通,2.水银开关式碰撞传感器,图2-37水银开关式碰撞传感器的结构1汞(静态位置)2壳体3汞(动态位置)4密封圈5电极(接点火器)6

21、电极(接电源)7密封螺塞减速度汞运动方向与水平方向的夹角汞运动方向分力水平分力,3.电子式碰撞传感器,图2-38利用压电振子的雨滴传感器a)不下雨时b)下雨时1雨滴2压电振子振动时,六、车身系统用其他传感器,1.雨滴传感器2.电动座椅用传感器3.记忆式后视镜用传感器4.超声波距离传感器5.红外线传感器6.地磁传感器7.陀螺仪8.湿度传感器9.日照强度传感器10.光敏式光亮传感器,1.雨滴传感器,图2-39雨滴检测传感器的构成1阻尼橡胶2压电元件3不锈钢振动板4上盖(不锈钢)5混合集成电路6电容器7密封条8下盖9电路板10密封套11套管12线束,1.雨滴传感器,图2-40压电元件的结构1陶瓷(钛

22、酸钡)2电极(金属蒸发),1.雨滴传感器,图2-41间歇式风窗刮水器系统的构成,2.电动座椅用传感器,图2-42微机控制动力座椅用传感器的结构1霍尔元件2永久磁铁3座位导轨、前与后垂直传感器4靠背位置传感器,2.电动座椅用传感器,图2-43座椅用传感器电路与控制电路1位置控制用微机电路2座椅用传感器电路,3.记忆式后视镜用传感器,图2-44存储式后视镜用传感器的结构1左右方向位置传感器2后视镜支架3上下方向位置传感器4永久磁铁5霍尔元件6电动机(左右调整用)7驱动轴螺钉,4.超声波距离传感器,图2-45超声波距离传感器难以检测的场合,5.红外线传感器,夜间，因车辆自身前照灯的照明能力有限，或是

23、因对面来车前照灯引起的目眩，以及因行人的状况(如服装、姿势及手持物品等)影响，往往使驾驶员的夜间视觉功能下降。试验证明，在夜间的前照灯20m处，驾驶员只能看见行人的下半身；而在同样的场合下，利用红外线技术可以清楚地看到行人，特别是可以捕捉到行人温度较高的脸部。采用红外线传感器的夜间步行者报警系统，就是根据上面的原理开发出来的。夜间步行者报警系统是通过检测人脸辐射出的红外线，通过图像处理检测，判断出夜间难以发现的行人，在风窗玻璃上显示行人的存在及方向并发出警报，以提高驾驶员的视觉功能。,6.地磁传感器,图2-46磁通量闸门式地磁传感器1磁环2检测绕组3检测绕组4励磁绕组,6.地磁传感器,图2-4

24、7磁力线穿过磁场时的状况a)不饱和时的磁力线b)饱和时的磁力线1励磁绕组2磁心3检测绕组4磁力线5电压表,7.陀螺仪,图2-48压电振动型陀螺仪的基本原理a)音片型b)音叉型1检测用压电陶瓷2驱动用压电陶瓷,8.湿度传感器,图2-49热敏电阻式湿度传感器结构与工作特性a)传感器结构b)工作特性1电极2加热器3元件4支板5导销,8.湿度传感器,图2-50结露传感器结构与工作特性a)传感器结构b)工作特性1感湿膜2电极3热敏电阻4铝基板,8.湿度传感器,图2-51电控自动空调上日照强度传感器的布置1日照强度传感器2按钮与微机3电动机4车内温度传感器5动力伺服6主微机7鼓风机控制,9.日照强度传感器

25、,图2-52日照强度传感器结构与工作特性a)传感器结构b)工作特性,9.日照强度传感器,图2-53凌志LS400轿车日照传感器的安装位置及其工作原理a)安装位置b)工作电路,9.日照强度传感器,图2-54日照强度传感器的电阻特性及检测方法a)特性曲线b)检测方法,10.光敏式光亮传感器,图2-55光敏式光亮传感器的结构1电极2玻璃3金属盖4滤波器5金属底板6引线7陶瓷基片8硫化镉,10.光敏式光亮传感器,图2-56硫化镉光敏器件的特性,第三节车身传感器的研究和发展趋势,一、现代传感器的主要特点二、车身传感器的发展方向,一、现代传感器的主要特点,(1)传感器固态化物性型传感器(即固态传感器)包括

26、半导体、电介质和强磁性体三种类型。(2)传感器集成化与多功能化随着传感器应用领域的不断扩大，借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密加工及组装技术等，使传感器从单个元器件、单一功能向集成化和多功能化方向发展。(3)传感器智能化智能传感器，是指带有微型计算机并具有信息检测和处理功能的传感器。,光纤传感器,光导纤维(光纤)受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等环境条件变化，将引起其传输的光波量，如光强、相位、频率、偏振态等变化。光纤传感技术就是将温度、压力、电场、磁场的变化转化为光波量的变化的技术。光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。光纤传感器是20世纪70年代中

27、期发展起来的一门新技术，光纤最早用于通讯，随着光纤技术的发展，光纤传感器得到进一步发展。与其它传感器相比较，光纤传感器有如下特点：不受电磁干扰，防爆性能好，不会漏电打火；可根据需要做成各种形状，可以弯曲；可以用于高温、高压、绝缘性能好，耐腐蚀。,光纤传感器,（1）光纤的结构和传输原理 光纤结构：,基本采用石英玻璃，有不同掺杂，主要由三部分组成中心纤芯；外层包层；护套尼龙料。性质光导纤维的导光能力取决于纤芯和包层的性质，纤芯折射率N1略大于包层折射率N2（N1N2）。,纤芯,保护套,包层,玻璃光纤塑料光纤石英光纤,光纤传感器,光纤的传播基于光的全反射。当光线以不同角度入射到光纤端面时，在端面发生

28、折射后进入光纤；光线在光纤端面入射角减小到某一角度c时，光线全部反射。只要c，光在纤芯和包层界面上经若干次全反射向前传播，最后从另一端面射出。,（1）光纤的结构和传输原理 光纤的传光原理：,光纤传感器,可见，光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（N1、N2）决定的，与光纤的几何尺寸无关。,光纤传感器,（2）光纤的性能（几个重要参数）数值孔径（NA）,临界入射角c的正弦函数定义为光纤的数值孔径.,空气中：,光纤传感器,NA意义讨论：NA表示光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多大，只要在2c张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围，光线会进入包层漏光。一般NA越大集光能力越强

29、，光纤与光源间耦合会更容易。但NA越大光信号畸变越大，要选择适当。产品光纤不给出折射率N，只给数值孔径NA，石英光纤的数值孔径一般为：,光纤传感器,光纤模式是指光波沿光纤传播的途径和方式，不同入射角度光线在界面上反射的次数不同。光波之间的干涉产生的强度分布也不同。模式值定义为：,（2）光纤的性能（几个重要参数）光纤模式（V）,光纤传感器,光纤模式,光纤传感器,模式讨论：模式值越大，允许传播的模式值越多。在信息传播中，希望模式数越少越好，若同一光信号采用多种模式会使光信号分不同时间到达多个信号，导致合成信号畸变。模式值V小，就是值小，即纤芯直径小，只能传播一种模式，称单模光纤。单模光纤性能最好，

30、畸变小、容量大、线性好、灵敏度高，但制造、连接困难。除单模光纤外，还有多模光纤（阶跃多模、梯度多模），单模和多模光纤是当前光纤通讯技术最常用的普通光纤。,光纤传感器,光纤在传播时，由于材料的吸收、散射和弯曲处的辐射损耗影响，不可避免的要有损耗。用衰减率A表示：,I1、I2：两接收光纤的光强 在一根衰减率为10dB/Km的光纤中，表示当光纤传输1Km后，光强下降到入射时的1/10。,（2）光纤的性能（几个重要参数）传播损耗（A）,光纤传感器,(3)光纤传感器的基本测量原理,(1)物性型光纤传感器原理物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的

31、光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。,(1)物性型光纤传感器原理,激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压力等。,(2)结构型光纤传感器原理 结构型光纤传感器是由光检测元件（敏感元件）与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。

32、其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。,图2 结构型光纤传感器工作原理示意图,(3)拾光型光纤传感器原理 用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。,图3 拾光型光纤传感器工作原理示意图,光纤传感器,(4)光纤传感器组成,光源：要求体积小、功率大、波长合适、工作稳定相干光：半导体激光器等非相干光：发光二极管、白织灯等探测器（光电探测器是光电检测中不可缺少的器件，把光信号转变为电信号）：灵敏度好、响应快、线性好光电二极管、光电倍增管光敏电阻、光电池光纤,功能型光纤传感器（Function Fi

33、ber Optic Sensor)，又称FF型光纤传感器）光纤不仅起传光作用，而且是敏感元件更高的灵敏度调整困难非功能型光纤传感器（Non-Function Fiber Optic Sensor)，又NF型光纤传感器）光纤仅起传光作用灵敏度、测量精度较低有一种传感探针型光纤传感器,(4)光纤传感器分类,（5）光纤传感器的基本结构,（6）光纤传感器的应用,第12章 光纤传感器,利用半导体材料的能量隙随温度几乎成线性变化。敏感元件是一个半导体光吸收器，光纤用来传输信号。当光源的光强度经光纤达到半导体薄片时，透过薄片的光强受温度的调制温度T升高，材料吸收光波长向长波移动，半导体薄片透过的光强度变化。

34、,光纤温度传感器,第12章 光纤传感器,利用光纤实现无接触位移测量。光源经一束多股光纤将光信号传送至端部，并照射到被测物体上。另一束光纤接受反射的光信号，并通过光纤传送到光敏元件上。被测物体与光纤间距离变化，反射到接受光纤上，光通量发生变化。再通过光电传感器检测出距离的变化。,反射式光纤位移传感器,温度（压力）光纤传感器,外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压力等。,2.有源传感器,图2-59光纤数字温度计1输入2热电偶3数字电路4输出5显示器6光调制部件7光接续器8光信号9光源10光纤11光电转

35、换器12模拟电路,2.有源传感器,图2-60光纤转矩传感器1光源2光纤3检出器4反射小片5吸收小片6套筒7轴82号带9轴承101号带,(1)应变有源传感器,图2-61有源压力传感器结构a)弹性梁上的薄膜应变片b)膜片连杆及弹性梁c)传感器结构1薄膜片(共四片)2引线3、7弹性梁4绝缘膜(陶瓷)5壳体6过载保护件8连杆9膜片10压力敏感元件11放大器12调零及量程电位器13插头,(1)应变有源传感器,图2-62有源压力传感器工作原理框图,(1)应变有源传感器,图2-63带有阻抗变换放大器的压电传感器1压电石英2质量块3绝缘圈4插座5阻抗变换电路,(2)压电有源传感器由于普通的压电式传感器产生的电荷很小，本身内阻又很高，给使用带来了诸多不便。,(3)压阻有源传感器图2-64为一种典型的有源自补偿压阻力传感器。,图2-64有源自补偿压阻力传感器a)受力单元b)总体结构1顶板2球头3波纹管4硅立方体5陶瓷座,