机械工程测试信息信分析总体PPT教案
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e WBlv sin
B 磁场的感应强度(T )； l 单匝线圈有效长度(m); W 线圈匝数； v 线圈与磁场的相对运动速度(m / s);
线圈运动方向与磁场方向的夹角。
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第12页1/共2 134页
动圈式传感器
图 动圈式传声器
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第13页1/共3 134页
1 声压传感器-电容式
第25页2/共5 134页
2 分类
3 磁电式传感器
线速度型 v
N
S
磁铁
动圈式
e NBlv sin
线圈
线圈运动
S
磁
角速度型
线圈
电
N
式
磁阻式
线圈与磁铁不动， 物体运动磁阻变化
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第26页2/共6 134页
动圈式传感3器 磁电式传感器
线速度型
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第27页2/共7 134页
角速度型 3 磁电式传感器
1 霍尔元件 VH KH IBsin
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，这种物理现象称为霍尔效应。
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第51页5/共1 134页
半导体传感器
霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。
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第52页5/共2 134页
半导体传感器
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磁电式传感3器 磁电式传感器
1.变换原理:
磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应 电动势的一种转换器。
感应线圈的感应电动势e为
e
N
d
dt
磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有
关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。
B • S • cos
B为磁场感应强度
d
dt
(B, Rm ,)
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涡流式传感器原理
原理:涡流效应
线圈高频交变电流，产生磁通， 金属板产生感应电流(涡电流)
高频感应炉 冶炼金属
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第18页1/共8 134页
涡流式传感器原理
涡流磁场影响高频线圈的等效阻抗Z变化：
Z Z( , , ,)
δ线圈与金属板间距离，金属板的电阻率，磁导率线圈激磁圆频率
(>lMHz)激励电流，高频磁场作用于金属板 的表面，由于集肤效应，金属板表面形成涡 电流。该涡流产生的交变磁场又反作用于线 圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化 与δ、ρ、μ、i，ω等有关，若只改变δ而 其他系数不变，则可将位移的变化转换为线 圈自感的变化，再转换为电压输出。高频反 射式涡流传感器多用于位移测量。
高频反射式涡流传感器原理
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第19页1/共9 134页
涡流式传感器原理
低频透射式涡流传感器原理
发射线圈ω1和接收线圈ω2分别置于被测 金属板材料G的上、下方。由于低频磁 场集肤效应小，渗透深，当低频(音频范 围)电压e1加到线圈ω1的两端后，所产生 磁力线的一部分透过金属板材料G,使线 圈ω2产生感应电动势e2。涡流消耗部分 磁场能量，使感应电动势e2减少，当金 属板材料G越厚时，损耗的能量越大， 输出电动势e2越小。因此，e2的大小与G 的厚度及材料的性质有关，试验表明， e2随材料厚度h的增加按负指数规律减少, 如图所示，因此，若金属板材料的性质 一定，则利用e2的变化即可测量其厚度。
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第40页4/共0 134页
超声波检测传感器
超声波检测传感器 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:高于20KHz的机械波。
2）超声波的物理性质
超声波与声波比，振动频率高，波长短，具有 束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远 远大于振幅相同的声波，并具有很高的穿透能力。
信息探测工程
4. 传感技术的发展
(1) 扩展频域
视觉与光传感器
听觉与声传感器
触觉与温度、压力传感器
嗅觉传感器
(2) 智能化
动态测量
远距离、非接触测量
特殊环境下测量
微观分析
实时在线
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第4页/共4 134页
智能传感器
智能传感器
传感器一般指能够感知某种物理量（如电、 光、磁等）、化学量（如浓度、PH值等）、生物 量（如细菌等）等的信息，并将该信息转化为电 信息的装置。
材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂， 以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射。各种 材料声发射频率范围很宽，从次声、声频到超声。 多数金属的声发射频带在超声范围内。
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第49页4/共9 134页
声发射传感器
案例：材料断裂等结构监测
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第50页5/共0 134页
半导体传感器
半导体传感器
通，惰性气体失去作用而不放电，双金属片开始冷却，经过1～8秒的时间，
双金属片收缩回原来状态，启辉器停止工作。
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第67页6/共7 134页
2. 热电温度计热(热敏电偶传)感器
热电效应
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合 回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产 生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。
第53页5/共3 134页
测转角： 半导体传感器
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第54页5/共4 134页
半导体传感器
电流传感器
当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场 大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过 软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。
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第55页5/共5 134页
铁磁材料裂纹半检测导体传感器
结构简单
牢固
可靠
防爆
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第64页6/共4 134页
热敏传感器
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第65页6/共5 134页
荧光灯启辉器 热敏传感器
零线
火线
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当电路接通，启辉器两端极片得
电，击穿惰性气体而导电（辉光放 电），双金属片发热弯曲而与静触板 接通形成闭合电路。电路中电流突然 中断，使镇流器两端产生一个比电源 电压高得多的感应电动势，在强电场 的作用下，引起管内汞蒸气电离而形 第66页6/共6 13成4页弧光放电.
智能压力网络传感器
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第7页/共7 134页
智能传感器
GSM/SMS
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第8页/共8 134页
工程中的传感器
二、工程中的传感器
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第9页/共9 134页
工程中的传感器
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第10页1/共0 134页
工程中的传感器
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第11页/1共1 134页
动圈式声1 压声传压感传器 感器-动圈式
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第20页2/共0 134页
涡流式传感器适用范围
适用：可用于动态非接触测量，测量范围1mm - 10mm,与传感器结构尺寸，线
圈匝数和激磁频率有关,可到1m。δ变化，位移振动测量；金属板的电阻率或磁导
率变化，可作为材质鉴别或探伤。
优点：结构简单，使用方便，不受油污等介质的影响。 。 涡流式位移、振动测量仪，无损探伤仪等
F
+ +
+
并联
q=DF
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第34页3/共4 134页
串联
4 压电式传感器
2、测量电路
压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感 器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过 阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。
传感器
电场
运算放大器
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第35页3/共5 134页
4 压电式传感器
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第61页6/共1 134页
半导体传感器
产品
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第62页6/共2 134页
半导体传感器
案例：转速测量
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第63页6/共3 134页
热敏传感器
热敏传感器 1.双金属温度计
把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起 制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变 化转换成机械量变化。
优点：
Q C
CV
AVQ C源自Q AVQ A
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第14页1/共4 134页
极距δ变化型
+
+
C
0A
+ +
+ +
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第15页1/共5 134页
1 声压传感器-光纤式 P 96
声-光相位调制
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第16页1/共6 134页
2 振动测量传感器-涡流式位移传感器
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第17页1/共7 134页
超声波传感超器声原理波检测传感器
超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中， 产生机械振动，发射出超声波。
接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使
磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。
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第43页4/共3 134页
超声波检测传感器
超声波传感器对
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第44页4/共4 134页
超声波传超感声器应波用检测传感器
热敏传感器
荧光灯启辉器
启辉器由玻璃管制成的辉光放电管与小电容器并联而成辉光放电管
内有一个U形双金属片，一个固定静止触极电板，称为静触板或静触极，
玻璃管内充有氖气或氩气，或氖氩混合的惰性气体。当电路接通，启辉器
两端极片得电，击穿惰性气体而导电（辉光放电过程），双金属片发热弯
曲而与静触板接通形成闭合电路。此时电流直接经过双金属片与静触板流
测速电机
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第28页2/共8 134页
3 磁电式传感器
磁阻式传感器
磁电式车速传感器
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第29页2/共9 134页
案例：鼠笼3电机磁转电子式断细传条感检测器
N
S
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第30页3/共0 134页
3 磁电式传感器结构示意图
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第31页3/共1 134页
3 磁电式传感器幅频特性
超声波探伤/测距/测物
A
t
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第45页4/共5 134页
案例：输油超管声检波测检检测测机传器人感器
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第46页4/共6 134页
超声波检测传感器
倒车雷达
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第47页4/共7 134页
鱼群探测器超声波检测传感器
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第48页4/共8 134页
声发射传感器
2、声发射检测传感器
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第32页3/共2 134页
3 磁电式传感器幅频特性
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第33页3/共3 134页
4 压电式传感器
压电式传感器
1.变换原理：压电效应 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几
何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生 电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这 种现象称为压电效应。
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第68页6/共8 134页
热敏传感器
A
T
B
T0
EAB (T )
kT e
机械工程测试信息信分析总体
会计学
第1页/共134页
1
第四章 信息转换与传输
4-1 信息转换
一、信息探测工程与智能传感器
1. 人类认识事物的信息过程
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第2页/共2 134页
信息探测工程
2. 人类感官获取信息的局限性 3. 传感系统的一般模型
信息
敏感元件 (a)
显示
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(b)
第3页/共3 134页
第36页3/共6 134页
产品
4 压电式传感器 加速度计
压力变送器
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力传感器
第37页3/共7 134页
案例4 ：压飞电机式模态传分感析器案例：飞机模态分析
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第38页3/共8 134页
4 压电式传感器案例：热轧设备诊断
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第39页3/共9 134页
振动传感器选择
传感器标定和选择
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第21页2/共1 134页
涡流式传感器应用
例：电涡流传感器测厚和零件计数
例：电涡流转速传感器
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第22页2/共2 134页
涡流式传感器产品
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第23页2/共3 134页
涡流式传感器应用
案例：无损探伤
原理:裂纹检测，缺陷造成涡流变化。
火车轮检测
油管检测
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第24页2/共4 134页
N
S
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第56页5/共6 134页
应用 半导体传感器
叶片和齿轮位置传感器
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第57页5/共7 134页
半导体传感器
案例：汽车速度测量:
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第58页5/共8 134页
2 磁电阻元半件 导体传感器
•磁阻效应
--
R R0 / cos2
R0 (1 2 )
w
x
R0 (1 2 B2 )
智能传感器是将传感器与微型计算机集成在 一块芯片上，其主要特征是将敏感技术和信息处 理技术相结合，使其除了具有感知的本能外，还 具有认知能力。
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第5页/共5 134页
智能传感器
智能倾角RS232传感器
IC总线数字温度传感器
嵌入式计算机
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第6页/共6 134页
智能传感器
振动网络传感器
++
l
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第59页5/共9 134页
半导体传感器
• 特点 • 电阻的增量与磁场的平方成正比； • 与磁场的正负无关； • 温度系数影响大； • 磁感应的范围比霍尔元件大。
• 应用 • 磁头；接近开关和无触点开关。
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第60页6/共0 134页
半导体传感器
3 磁感应半导体元件分类 霍尔元件 磁电阻元件 磁敏二极管 磁晶体管 磁半导体开关
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第41页4/共1 134页
声压 超声波检测传感器
所谓声压，是指某点上各瞬间的压力与大气压 力之差值，单位为Pa，1Pa =1N/m2。
声强
声强是声波在传播方向上单位时间内通过单 位面积的能量，单位为W/m2。
声功率
声功率(W)是声源在单位时间内发射出的总能 量，单位是W。
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第42页4/共2 134页
B 磁场的感应强度(T )； l 单匝线圈有效长度(m); W 线圈匝数； v 线圈与磁场的相对运动速度(m / s);
线圈运动方向与磁场方向的夹角。
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第12页1/共2 134页
动圈式传感器
图 动圈式传声器
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1 声压传感器-电容式
第25页2/共5 134页
2 分类
3 磁电式传感器
线速度型 v
N
S
磁铁
动圈式
e NBlv sin
线圈
线圈运动
S
磁
角速度型
线圈
电
N
式
磁阻式
线圈与磁铁不动， 物体运动磁阻变化
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第26页2/共6 134页
动圈式传感3器 磁电式传感器
线速度型
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第27页2/共7 134页
角速度型 3 磁电式传感器
1 霍尔元件 VH KH IBsin
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，这种物理现象称为霍尔效应。
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第51页5/共1 134页
半导体传感器
霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图示。
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第52页5/共2 134页
半导体传感器
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磁电式传感3器 磁电式传感器
1.变换原理:
磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应 电动势的一种转换器。
感应线圈的感应电动势e为
e
N
d
dt
磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有
关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。
B • S • cos
B为磁场感应强度
d
dt
(B, Rm ,)
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涡流式传感器原理
原理:涡流效应
线圈高频交变电流，产生磁通， 金属板产生感应电流(涡电流)
高频感应炉 冶炼金属
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第18页1/共8 134页
涡流式传感器原理
涡流磁场影响高频线圈的等效阻抗Z变化：
Z Z( , , ,)
δ线圈与金属板间距离，金属板的电阻率，磁导率线圈激磁圆频率
(>lMHz)激励电流，高频磁场作用于金属板 的表面，由于集肤效应，金属板表面形成涡 电流。该涡流产生的交变磁场又反作用于线 圈，引起线圈自感L或阻抗ZL的变化，其变化 与δ、ρ、μ、i，ω等有关，若只改变δ而 其他系数不变，则可将位移的变化转换为线 圈自感的变化，再转换为电压输出。高频反 射式涡流传感器多用于位移测量。
高频反射式涡流传感器原理
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涡流式传感器原理
低频透射式涡流传感器原理
发射线圈ω1和接收线圈ω2分别置于被测 金属板材料G的上、下方。由于低频磁 场集肤效应小，渗透深，当低频(音频范 围)电压e1加到线圈ω1的两端后，所产生 磁力线的一部分透过金属板材料G,使线 圈ω2产生感应电动势e2。涡流消耗部分 磁场能量，使感应电动势e2减少，当金 属板材料G越厚时，损耗的能量越大， 输出电动势e2越小。因此，e2的大小与G 的厚度及材料的性质有关，试验表明， e2随材料厚度h的增加按负指数规律减少, 如图所示，因此，若金属板材料的性质 一定，则利用e2的变化即可测量其厚度。
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超声波检测传感器
超声波检测传感器 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:高于20KHz的机械波。
2）超声波的物理性质
超声波与声波比，振动频率高，波长短，具有 束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远 远大于振幅相同的声波，并具有很高的穿透能力。
信息探测工程
4. 传感技术的发展
(1) 扩展频域
视觉与光传感器
听觉与声传感器
触觉与温度、压力传感器
嗅觉传感器
(2) 智能化
动态测量
远距离、非接触测量
特殊环境下测量
微观分析
实时在线
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智能传感器
智能传感器
传感器一般指能够感知某种物理量（如电、 光、磁等）、化学量（如浓度、PH值等）、生物 量（如细菌等）等的信息，并将该信息转化为电 信息的装置。
材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂， 以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射。各种 材料声发射频率范围很宽，从次声、声频到超声。 多数金属的声发射频带在超声范围内。
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第49页4/共9 134页
声发射传感器
案例：材料断裂等结构监测
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第50页5/共0 134页
半导体传感器
半导体传感器
通，惰性气体失去作用而不放电，双金属片开始冷却，经过1～8秒的时间，
双金属片收缩回原来状态，启辉器停止工作。
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2. 热电温度计热(热敏电偶传)感器
热电效应
将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合 回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产 生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。
第53页5/共3 134页
测转角： 半导体传感器
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第54页5/共4 134页
半导体传感器
电流传感器
当电流流过导线时，将在导线周围产生磁场，磁场 大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过 软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测。
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第55页5/共5 134页
铁磁材料裂纹半检测导体传感器
结构简单
牢固
可靠
防爆
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热敏传感器
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第65页6/共5 134页
荧光灯启辉器 热敏传感器
零线
火线
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当电路接通，启辉器两端极片得
电，击穿惰性气体而导电（辉光放 电），双金属片发热弯曲而与静触板 接通形成闭合电路。电路中电流突然 中断，使镇流器两端产生一个比电源 电压高得多的感应电动势，在强电场 的作用下，引起管内汞蒸气电离而形 第66页6/共6 13成4页弧光放电.
智能压力网络传感器
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第7页/共7 134页
智能传感器
GSM/SMS
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第8页/共8 134页
工程中的传感器
二、工程中的传感器
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第9页/共9 134页
工程中的传感器
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工程中的传感器
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第11页/1共1 134页
动圈式声1 压声传压感传器 感器-动圈式
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涡流式传感器适用范围
适用：可用于动态非接触测量，测量范围1mm - 10mm,与传感器结构尺寸，线
圈匝数和激磁频率有关,可到1m。δ变化，位移振动测量；金属板的电阻率或磁导
率变化，可作为材质鉴别或探伤。
优点：结构简单，使用方便，不受油污等介质的影响。 。 涡流式位移、振动测量仪，无损探伤仪等
F
+ +
+
并联
q=DF
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串联
4 压电式传感器
2、测量电路
压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感 器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中，经过 阻抗变换后，方可输入到后续显示仪表中。
传感器
电场
运算放大器
16:28
第35页3/共5 134页
4 压电式传感器
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第61页6/共1 134页
半导体传感器
产品
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第62页6/共2 134页
半导体传感器
案例：转速测量
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第63页6/共3 134页
热敏传感器
热敏传感器 1.双金属温度计
把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起 制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变 化转换成机械量变化。
优点：
Q C
CV
AVQ C源自Q AVQ A
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极距δ变化型
+
+
C
0A
+ +
+ +
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第15页1/共5 134页
1 声压传感器-光纤式 P 96
声-光相位调制
16:28
第16页1/共6 134页
2 振动测量传感器-涡流式位移传感器
16:28
第17页1/共7 134页
超声波传感超器声原理波检测传感器
超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中， 产生机械振动，发射出超声波。
接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使
磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。
16:28
第43页4/共3 134页
超声波检测传感器
超声波传感器对
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第44页4/共4 134页
超声波传超感声器应波用检测传感器
热敏传感器
荧光灯启辉器
启辉器由玻璃管制成的辉光放电管与小电容器并联而成辉光放电管
内有一个U形双金属片，一个固定静止触极电板，称为静触板或静触极，
玻璃管内充有氖气或氩气，或氖氩混合的惰性气体。当电路接通，启辉器
两端极片得电，击穿惰性气体而导电（辉光放电过程），双金属片发热弯
曲而与静触板接通形成闭合电路。此时电流直接经过双金属片与静触板流
测速电机
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3 磁电式传感器
磁阻式传感器
磁电式车速传感器
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案例：鼠笼3电机磁转电子式断细传条感检测器
N
S
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3 磁电式传感器结构示意图
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3 磁电式传感器幅频特性
超声波探伤/测距/测物
A
t
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案例：输油超管声检波测检检测测机传器人感器
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超声波检测传感器
倒车雷达
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鱼群探测器超声波检测传感器
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声发射传感器
2、声发射检测传感器
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3 磁电式传感器幅频特性
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4 压电式传感器
压电式传感器
1.变换原理：压电效应 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几
何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生 电荷；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这 种现象称为压电效应。
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热敏传感器
A
T
B
T0
EAB (T )
kT e
机械工程测试信息信分析总体
会计学
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1
第四章 信息转换与传输
4-1 信息转换
一、信息探测工程与智能传感器
1. 人类认识事物的信息过程
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信息探测工程
2. 人类感官获取信息的局限性 3. 传感系统的一般模型
信息
敏感元件 (a)
显示
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(b)
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产品
4 压电式传感器 加速度计
压力变送器
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力传感器
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案例4 ：压飞电机式模态传分感析器案例：飞机模态分析
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4 压电式传感器案例：热轧设备诊断
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振动传感器选择
传感器标定和选择
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涡流式传感器应用
例：电涡流传感器测厚和零件计数
例：电涡流转速传感器
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涡流式传感器产品
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涡流式传感器应用
案例：无损探伤
原理:裂纹检测，缺陷造成涡流变化。
火车轮检测
油管检测
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N
S
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应用 半导体传感器
叶片和齿轮位置传感器
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半导体传感器
案例：汽车速度测量:
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2 磁电阻元半件 导体传感器
•磁阻效应
--
R R0 / cos2
R0 (1 2 )
w
x
R0 (1 2 B2 )
智能传感器是将传感器与微型计算机集成在 一块芯片上，其主要特征是将敏感技术和信息处 理技术相结合，使其除了具有感知的本能外，还 具有认知能力。
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智能传感器
智能倾角RS232传感器
IC总线数字温度传感器
嵌入式计算机
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智能传感器
振动网络传感器
++
l
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半导体传感器
• 特点 • 电阻的增量与磁场的平方成正比； • 与磁场的正负无关； • 温度系数影响大； • 磁感应的范围比霍尔元件大。
• 应用 • 磁头；接近开关和无触点开关。
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半导体传感器
3 磁感应半导体元件分类 霍尔元件 磁电阻元件 磁敏二极管 磁晶体管 磁半导体开关
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声压 超声波检测传感器
所谓声压，是指某点上各瞬间的压力与大气压 力之差值，单位为Pa，1Pa =1N/m2。
声强
声强是声波在传播方向上单位时间内通过单 位面积的能量，单位为W/m2。
声功率
声功率(W)是声源在单位时间内发射出的总能 量，单位是W。
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