第一篇：金屬探傷儀傳感器作業

金屬探傷傳感器的應用儀器

摘要：利用探傷器檢驗金屬制件內部缺陷（如隱蔽的裂紋、砂眼、雜質等）的一種方法。通過一定裝置，通過電磁感原理，利用磁性、X射線、伽瑪射線、超聲波等檢查和探測金屬材料內部的缺陷。關鍵詞：電磁感原理、內部缺陷、高頻振蕩器、震蕩檢測器、三極管、變壓器、反饋系統、金屬探測器、自動剔除裝置、金屬檢測儀。正文：金屬檢測儀應用電磁感原理來探測金屬。金屬探測器是一種專門用來探測金屬的儀器，除了用于探測有金屬外殼或金屬部件的地雷之外，還可以用來探測隱蔽在墻壁內的電線、埋在地下的水管和電纜，甚至能夠地下探寶，發現埋藏在地下的金屬物體。金屬探測器還可以作為開展青少年國防教育和科普活動的用具，當然也不失為是一種有趣的娛樂玩具。

工作原理：高頻振蕩器：由三極管VT1和高頻變壓器T1等組成，是一種變壓器反饋型LC振蕩器。T1的初級線圈L1和電容器C1組成LC并聯振蕩回路，其振蕩頻率約200kHz，由L1的電感量和C1的電容量決定。T1的次級線圈L2作為振蕩器的反饋線圈，其“C”端接振蕩管VT1的基極，“D”端接VD2。由于VD2處于正向導通狀態，對高頻信號來說，“D”端可視為接地。在高頻變壓器T1中，如果“A”和“D”端分別為初、次級線圈繞線方向的首端，則從“C”端輸入到振蕩管VT1基極的反饋信號，能夠使電路形成正反饋而產生自激高頻振蕩。振蕩器反饋電壓的大小與線圈L1、L2的匝數比有關，匝數比過小，由于反饋太弱，不容易起振，過大引起振蕩波形失真，還會使金屬探測器靈敏度大為降低。振蕩管VT1的偏置電路由R2和二極管VD2組成，R2為VD2的限流電阻。由于二極管正向閾值電壓恒定（約0.7V），通過次級線圈L2加到VT1的基極，以得到穩定的偏置電壓。顯然，這種穩壓式的偏置電路能夠大大增強VT1高頻振蕩器的穩定性。為了進一步提高金屬探測器的可靠性和靈敏度，高頻振蕩器通過穩壓電路供

電，其電路由穩壓二極管VD1、限流電阻器R6和去耦電容器C5組成。振蕩管VT1發射極與地之間接有兩個串聯的電位器，具有發射極電流負反饋作用，其電阻值越大，負反饋作用越強，VT1的放大能力也就越低，甚至于使電路停振。RP1為振蕩器增益的粗調電位器，RP2為細調電位器。高頻振蕩器探測金屬的原理 調節高頻振蕩器的增益電位器，恰好使振蕩器處于臨界振蕩狀態，也就是說剛好使振蕩器起振。當探測線圈L1靠近金屬物體時，由于電磁感應現像，會在金屬導體中產生渦電流，使振蕩回路中的能量損耗增大，正反饋減弱，處于臨界態的振蕩器振蕩減弱，甚至無法維持振蕩所需的最低能量而停振。如果能檢測出這種變化，并轉換成聲音信號，根據聲音有無，就可以判定探測線圈下面是否有金屬物體了。

振蕩檢測器：振蕩檢測器由三極管開關電路和濾波電路組成。開關電路由三極管VT2、二極管VD2等組成，濾波電路由濾波電阻器R3，濾波電容器C2、C3和C4組成。在開關電路中，VT2的基極與次級線圈L2的“C”端相連，當高頻振蕩器工作時，經高頻變壓器T1耦合過來的振蕩信號，正半周使VT2導通，VT2集電極輸出負脈沖信號，經過π型RC濾波器，在負載電阻器R4上輸出低電平信號。

過程：當高頻振蕩器停振蕩時，“C”端無振蕩信號，又由于二極管VD2接在VT2發射極與地之間，VT2基極被反向偏置，VT2處于可靠的截止狀態，VT2集電極為高電平，經過濾波器，在R4上得到高電平信號。由此可見，當高頻振蕩器正常工作時，在R4上得到低電平信號，停振時，為高電平，由此完成了對振蕩器工作狀態的檢測。音頻振蕩器 音頻振蕩器采用互補型多諧振蕩器，由三極管VT3、VT4，電阻器R5、R7、R8和電容器C6組成。互補型多諧振蕩器采用兩只不同類型的三極管，其中VT3為NPN型三極管，VT4為PNP型三極管，連接成互補的、能夠強化正反饋的電路。在電路工作時，它們能夠交

替地進入導通和截止狀態，產生音頻振蕩。R7既是VT3負載電阻器，又是VT3導通時VT4基極限流電阻器。R8是VT4集電極負載電阻器，振蕩脈沖信號由VT4集電極輸出。R5和C6等是反饋電阻器和電容器，其數值大小影響振蕩頻率的高低。互補型多諧振蕩器的工作原理 接通電源時，由于VT3基極接有偏置電阻器R1、R3而被正向偏置，假設VT3集電極電流處于上升階段，VT4基極電流隨之上升，導致VT4集電極電流劇增，VT4集電極電位隨之迅速升高，由VT4輸出的電流通過與之相連的R5向C6充電，流經VT3的基極入地，又導致VT3基極電流進一步升高。

如此反復循環，強烈的正反饋使得VT3、VT4迅速進入飽和導通狀態，VT4集電極處于高電平，使多諧振蕩器進入第一個暫穩態過程。隨著電源通過飽和導通的VT4經R5向C6充電，當VT3基極電流下降到一定程度時，VT3退出飽和導通狀態，集電極電流開始減小，導致VT4集電極電流減小，VT4集電極電位下降，這一過程又進一步加劇了向C6充電電流迅速減小，VT3基極電位急劇降低而使VT3截止，VT4集電極迅速跌至低電平，多諧振蕩器翻轉到第二個暫穩態。多諧振蕩器剛進入第二暫穩態時，先前向C6充電的結果，其電容器右端為正，左端為負，現在C6右端對地為低電平，由于電容器C6兩端電壓不能躍變，故VT3基極被C6左端負電位強烈反向偏置，使兩只三極管在較長時間繼續保持截止狀態。在C6放電時，電流從電容器右端流出，主要流經R5、（R8）、R9、VT5發射結入地，又經過電源、R6、R1、R3流回電容器C6左端。直到C6放電結束，電源繼續通過上述回路開始對

C6反向充電，C6左端為正。當C6兩端的電位上升至0.7V，VT3開始進入導通狀態，經過強烈正反饋，迅速進入飽和導通狀態，使電路再次發生翻轉，重復先前的暫穩態過程，如此周而復始，電路產生自激多諧振蕩。從電路工作過程可以看出，向C6充電時，充電電阻器R5電阻值較小，因此充電過程較快，電路處在飽和導通狀態時間很短；而在C6放電時，需要流經許多有關電阻器，放電電阻器總的數值較大，因而放電過程較慢，也就是說電路處于截止時間較長。因此，從VT4集電極輸出波形占空比很大，正脈沖信號的脈寬很窄，其振蕩頻率約330Hz。功率放大器 功率放大器由三極管VT5、揚聲器BL等組成。從多諧振蕩器輸出的正脈沖音頻信號經限流電阻器R9輸入到VT5的基極，使其導通，在BL產生瞬時較強的電流，驅動揚聲器發聲。由于VT5處于開關工作狀態，而導通時間又非常短，因此功率放大器非常省電，可以利用9V積層電池供電。

調試與使作方法：金屬探測器電路除了靈敏度調節電位器外，沒有調整部分，只要焊接無誤，電路就能正常工作。整機在靜態，也就是揚聲器不發聲時，總電流約為10mA，探測到金屬揚聲器發出聲音時，整機電流上升到20mA。一個新的積層電池可以工作20～30小時。新焊接的金屬探測器如果不能正常工作，首先要檢查電路板上各元器件、接線焊接是否有誤，再測量電池電壓及供電回路是否正常，穩壓二極管VD1穩定電壓5.5～6.5V之間，VD2極性不要焊反。探測碟內振蕩線圈初次級及首尾端不要焊錯。金屬探測器使用前，需要調整探測桿的長度，只要將黑膠通旋松，推拉膠通套管至適宜的長度，再旋

轉膠內通管，使電纜線繞緊，并使手柄尖端朝上，最后將黑膠通旋緊，鎖住膠通套管。這樣，手握探測器手柄時，大拇指正好緊挨靈敏度調節電位器。調整金屬探測器靈敏度時，探測碟（振蕩線圈）要遠離金屬，包括帶鋁箔的紙張，然后旋轉靈敏度細調電位器旋鈕（FINE TUNING）打開電源開關，并旋轉到一半的位置，再調節粗調電位器旋鈕（TUNING），使揚聲器音頻叫聲停止，最后再微調細調電位器，使揚聲器叫聲剛好停止，這時金屬探測器的靈敏度最高。用金屬探測器探測金屬時，只要探測碟靠近任何金屬，揚聲器便會發出聲音，遠離到一定位置叫聲自動停止。本金屬探測器有較高的靈敏度，用它探測大塊金屬時，探測碟距金屬物體20cm揚聲器就會發出聲音，小到曲別針，甚至一枚大頭針都能檢測到，只是探測碟線圈必須緊靠細小金屬物體。由于金屬探測器利用振蕩線圈的電磁感應來探測金屬物體，可以透過非金屬物體，比如紙張、木材、塑料、磚石、土壤、甚至水層，探測到被遮蓋的的金屬物體，因此具有實用性，比如在裝修房屋時，用它探測到墻內的電線或鋼筋，以免造成施工危險和安全隱患；又如安檢用的金屬探測器就是根據這個原理制成的

所有金屬包括鐵和非鐵都有很高的探測靈敏度。鐵磁類金屬進入探測區域將影響探測區域的磁力線分布，進而影響了固定范圍的磁通。非鐵磁類金屬進入探測區域將產生渦流效應，也會使探測區域的磁場分布發生變化

金屬檢測儀組成：金屬檢測器與自動剔除裝置，其中檢測器為核心部分。檢測器內部分布著三組線圈，即中央發射線圈和兩個對等的

接收線圈，通過中間的發射線圈所連接的振蕩器來產生高頻可變磁場，空閑狀態時兩側接收線圈的感應電壓在磁場未受干擾前相互抵消而達到平衡狀態。一旦金屬雜質進入磁場區域，磁場受到干擾，這種平衡就被打破，兩個接收線圈的感應電壓就無法抵消，未被抵消的感應電壓經由控制系統放大處理，并產生報警信號（檢測到金屬雜質）。系統可以利用該報警信號驅動自動剔除裝置等，從而把金屬雜質排除生產線以外。

金屬檢測儀特性和概念：

金屬檢測儀的精確性和可靠性取決于電磁發射器頻率的穩定性，一般使用從80 to 800 kHz的工作頻率。工作頻率越低，對鐵的檢測性能越好；工作頻率越高，對高碳鋼的檢測性能越好。檢測器的靈敏度隨著檢測范圍的增大而降低，感應信號大小取決于金屬粒子尺寸和導電性能。

由于電流的脈動和電流濾波的原因，金屬檢測儀對檢測物品的輸送速度有一定的限制。如果輸送速度超過合理范圍，檢測器的靈敏度就會下降。

為了確保靈敏度不下降，必須選擇合適的金屬檢測儀以適應相應的被檢測產品。一般來說，檢測范圍盡可能控制在最小值，對于高頻感應性好的產品，檢測器通道大小應匹配于產品尺寸。檢測靈敏度的調整要參考檢測線圈的中心來確定，中心位置的感應最低。產品的檢測值會隨生產條件的變化而變化，比如溫度、產品尺寸、濕度等的變化，可通過控制功能作調整補償

球狀物有重復性，最小的表面積，對金屬檢測儀而言也最難檢測。因此，球狀物可作為檢測靈敏度的參考樣本。對于非球狀的金屬，檢測靈敏度很大程度上取決于金屬的位置，不同的位置有不同的橫斷面積，檢測效果也就不同。比如，縱向通過時，鐵比較靈敏；而高碳鋼和非鐵就不太靈敏。橫向通過時，鐵不太靈敏，高碳鋼和非鐵則比較靈敏。

在食品工業中，系統通常使用較高的工作頻率。對于如奶酪食品，由于其內在的高頻感應性能好，會成比例地增加高頻信號的響應。潮濕的脂肪或鹽份物質，例如面包類、奶酪、香腸等的導電性能與金屬相同，在這種情況下，為了防止系統給出錯誤信號，必須調整補償信號，降低感應靈敏度。金屬檢測儀用途：

主要用于探測小食品、化工產品、服裝、制鞋,海洋水產、漁業、干鮮水產、面食、冷凍食品、干鮮蔬果、糖 茶、藥品等行業檢測原料或產品中夾雜或漏落的鐵、鉛等各種金屬雜質。等。金屬檢測儀的分類

1.功能來劃分：1）全金屬檢測儀：可以檢測到鐵、不銹鋼、銅、鋁等所有金屬。檢測精度和靈敏度都比較高，穩定可靠。2）鐵金屬檢測儀：只能檢測到鐵質金屬，俗稱檢針機。檢測精度和靈敏度較低，容易干擾。3）鋁箔金屬檢測儀：也僅能檢測到鐵質金屬，但是檢測帶鋁箔包裝的產品時，其檢測精度和靈敏度仍然較高。

2.按用途來劃分：手持金屬檢測儀、地下金屬檢測儀、輸送式金屬檢測儀、下落式金屬檢測儀、管道式金屬檢測儀、真空輸送式金屬檢測儀、壓力輸送式金屬檢測儀、平板式金屬檢測儀。常見金屬檢測儀介紹： 落體式金屬檢測儀

落體式金屬檢測儀一般都帶有自動剔除裝置，所以習慣稱呼落體式金屬檢測儀，或者金屬檢測儀。

金屬檢測儀對產品的包裝要求是不能含有金屬、但是考慮到密封性、避光性等較高的要求，必須采用金屬復合膜進行包裝。金屬復合膜其本身就是金屬，所以用通道式金屬檢測儀的話，檢測靈敏度就會有大的偏差，甚至無法檢測。鑒于上述原因，可以選擇在包裝前進行檢測。落體式金屬檢測儀就是針對上述情況而被開發出來的，主要用于如藥片、膠囊及顆粒狀（塑料粒子等）、粉末狀物品的檢測。當這些物品下落通過落體式金屬檢測儀時，一旦檢測到金屬雜質，系統即刻啟動分離機構排除可疑物品。具有安裝簡單、靈敏度高、維修方便，效率高、穩定可靠等特點。平板式金屬檢測儀：

通常用于檢測厚度比較薄，但是寬度和長度比較大的產品，比如紡織布、擠出的片材。其首要目的是保護下游設備，比如切割刀具、壓延系統等；同時，提高產品品質。

金屬檢測儀和分離器通常不受安裝方向的影響，可以水平、垂直和斜置安裝，幾乎可以安裝到生產過程的任何一個位置。

參考文獻：華中科技大學文獻、豆丁網

班級： 姓名： 學號：

測控08—4班

晉亞超 310804040410

第二篇：傳感器作業

淺談創新型人才的體會

摘要: 建設創新型國家，人才是關鍵因素。創新型人才的成長是一個綜合培養的過程，教育是這個過程的源頭和關鍵環節

關鍵字: 創新 人才教育思維

創新型人才指富于開拓性，具有創造能力，能開創新局面，對社會發展做出創造性貢獻的人才。通常表現出靈活、開放、好奇的個性，具有精力充沛、堅持不懈、注意力集中、想像力豐富以及富于冒險精神等特征。

作為新時代的創新型人才還必須具備一定的條件：一是有可貴的創新品質

當前，我國正處于發展的重要戰略機遇期，大力培育創新型人才，為建設創新型國家、國家創新體系和全面建設小康社會，提供堅強的人才保證和智力保障，顯得尤為迫切和重要。從一定意義上說，創新型人才正以前所未有的時代需求承載著推進國家自主創新，在激烈的國際競爭中占據主動，實現中華民族偉大復興的歷史使命。二是有堅韌的創新意志

創新是一個探索未知領域和對已知領域進行破舊立新的過程，充滿各種阻力和風險，可能遇到重重的困難、挫折甚至失敗。人類科學技術發展到今天，要獲得每一點進步相當困難。因此，創新型人才每前進一步都是需要非凡的膽識和堅忍不拔的毅力，為了既定的目標必須始終不懈地進行奮斗，鍥而不舍，遭到阻撓和誹謗不氣餒，遇到挫折和挫敗不退卻，犧牲個人利益也在所不惜，不達目的誓不罷休，不

自暴自棄，不輕言放棄。

三是有敏銳的創新觀察

歷史上的科學發現和技術突破，無一不是創新的結果。從這個意義上講，創新就是發現，而且是突破，要實現突破，就要求創新型人才必須具有敏銳的觀察能力、深刻的洞察能力、見微知著的直覺能力和一觸即發的靈感和頓悟，不斷地將觀察到的事物與已掌握的知識聯系起來，發現事物之間的必然聯系，及時地發現別人沒有發現的東西。創新型人才的觀察力同時還應當是準確的，能夠入木三分，發現事物的真諦，具有善于在于常中求不尋常的創新觀察能力。

四是有超前的創新思維

創新思維是創新的基本前提，創新型人才具備思維方式的前瞻性、獨創性、靈活性等良好思維品質，才能保證在對事物進行分析、綜合和判斷時做到獨辟蹊徑。

五是有豐富的創新知識

創新是對已有知識的發展，在人類知識越來越豐富和深奧的今天，要求創新型人才的知識結構既有廣度，又有深度。因此，創新型人才須具有廣博而精深的文化內涵，既要有深厚而扎實的基礎知識，了解相鄰學科及必要的橫向學科知識，又要精通自己專業并能掌握所從事學科專業的最新科學成就和發展趨勢，這是從事創新研究的必要條件。只有通過知識的不斷積累才能用更為寬廣的眼界進行創新實踐。創新型人才擁有的信息量越大，文化素養越高，思路便越開闊。同時，完備的知識結構使他們具有料學綜合化、一體化意識，有助于

增強綜合思維能力和創新能力。

六是有科學的創新實踐

創新的過程是遵循科學，依據事物的客觀規律進行探索的過程，任何一種創新都不能有半點馬虎和空想，因此，創新型人才必須具有嚴謹而求實的工作作風，嚴格遵循事物的客觀規律，從實際出發，以科學的態度進行創新實踐。

學習了傳感器與技術大家應該都知道什么是創新型人才了，但是如何才能成為創新型人才呢？

成為創新型人才的前提就是更新教育觀念：

教育觀念的更新對于培養創新型人才有一下幾個方面的影響：

第一，教育的目標。傳統教育目標是為社會培養合格人才，現在我們談教育目標主要是促進人的全面發展。前者是以社會為本，后者是以學生個體為本。我們現在要做的就是積極推動學生的自主發展，使其成為積極適應社會的人才。

第二，教育的使命。傳統的教育使命是教授前人的知識，現代教育的使命是使人獲得持續發展能力。教育不再是簡單知識的傳遞，而是使當代學生獲得發展的能力。

第三，教育的特征。傳統的學校教育是建立在工業經濟基礎上的，是按工業經濟的要求來培養學生?，F代教育則反映的是知識經濟對人的需求，教育方式、教育過程強調個體化、個性化。

第四，教育的組織形式。傳統的組織形式是以學科、課堂為基礎

體系，現代教育強調建立以問題為中心的跨學科結構?，F代教育應該突出問題取向的方式，讓學生提高面對現代問題的解決能力。

第五，教育思想。傳統教育講人人有受教育的權利，現代教育更加強調機會平等、過程平等，是尊重個人發展性的教育。

第六，教育過程。傳統教育過程是傳授和讀書，現代教育強調實踐性的過程和創新。教育的根本結果就是要使人獲得廣泛的生活經驗、完整的生活概念。

以上六條是現代教育的核心理念，如果我們能夠把上述思想滲透到創新教育實踐中，創新型人才培養必將取得很好的效果。成為創新型人才的核心是自我發展能力

２１世紀最偉大成就，不只是在征服自然和物質生產方面的科學發展，而應是在終身教育理念指導下，人的潛能的開發，人的自我發展。學習型社會要求，我們的教育不僅要給學生第一次專業技能和職業能力，更重要的是為學生奠定終身教育、自我發展的牢固基礎，后一種功能在當代社會顯得愈來愈重要。

成為創新型人才的關鍵是評價機制

評價機制是導向?，F行的評價機制存在一些問題。比如：錄取學生的標準單一，就是看分數，過分看重考試成績，分分學生的命根。對學生的評價，更重要的是學生的健康、道德、興趣、愛好，如果學生善良、誠實、忠厚和助人為樂，那就不在乎考試高分。學生是人，“人”是高山大海，“分數”只是小丘小溪；“人”是藍天蒼穹，成績僅是天上的一顆星星。

在當今這樣一個信息化的時代里，企業對人才的需求同地方相比，既有專業性，更顯通用性、兼容性，與企業對專業人才的短缺有所不同，社會中既包容有眾多企業迫切需要的專業人才，又有大量的人才閑置。我們完全可以利用這些專業人才，稍加培訓就可以充實到企業中來，既節約了成本，實現企業與地方的人才互補，又解決了企業對人才的迫切需要。

參考文獻:

［1］21世紀高等院校創新型人才培養系列規劃教材?企業管理學胥悅紅(編者)(2008年5月版)

［2］新型傳感器技術及應用宋曉輝(作者)(2009年03月版)

［3］傳感器技術陳建元 機械工業出版社(2008-10出版)

［4］傳感器與檢測技術高等職業技術教育研究會、宋雪臣 人民郵電出版社(2009-05出版)

［4］全國高等院校測控技術與儀器專業創新型應用人才培養規劃教材?傳感器原理及應用 趙燕 北京大學出版社(2010-02出版)

第三篇：探傷儀有關技術要求

大型養路機械傳動軸探傷儀購置技術要求

一、技術要求：

1.數量：1套

2.使用范圍：

熒光磁粉探傷儀，適用于大型養路機械傳動軸的探傷，可對傳動軸，半軸的軸類零件及扒板、銷類整體探傷。

3.參數：

1）用于線圈磁化時，縱向磁化磁勢：AC 0－12000AT（有效值），連續可調，帶斷電相位控制，數顯，磁化電流可保持；

用于聯接銷周向磁化時，周向磁化電流：AC 0-2000A（有效值），連續可調，帶斷電相位控制，數顯，磁化電流可保持；

用于聯接銷縱向磁化時，縱向磁化磁勢：AC 0-16000AT（有效值），連續可調，帶斷電相位控制，數顯，磁化電流可保持；

2）磁化時間：0-3秒，可設定；

3）退磁方式及效果：機上退磁，周向AC 2000-0A，縱向線圈AC 12000AT－0，縱向磁軛AC 16000AT－0，退磁時間為5秒／次，剩磁小于0.2mT（159A／M）；

4）運行方式：手動、自動；

4.使用條件：1.環境溫度：－10°C～40°C；2.相對濕度：不大于85%；

5.交貨時間：自中標之日起3個月內交付使用。

6.交貨地點：產品交付鄭州工務機械段，運雜費、安裝調試費、基礎費等所有費用由供方承擔。

7.質量保證：整機質保期1年。

8.售后服務：1年內免費修理，終身負責維修。

9.其它：免費培訓、隨機工具齊全，配備中文說明書3套。

二、投標人在開標時須攜帶資質證明材料原件，以備審查；

第四篇：《傳感器原理及應用》作業3

《傳感器原理及應用》作業三

一、填空題

1．當應變片主軸線與試件軸線方向一致且受一維應力時，應變片靈敏系數K是應變片的之比

2．閉磁路變隙式單線圈電感傳感器的3．電渦流式傳感器工作時，要求線圈距被測物無關的金屬物體至少有一個線圈的距離，否則會使降低和非線性誤差加大。

4．電容式傳感器中，變介電常數式多用于

5．電位器的種類繁多，按工作特性可分為性兩種。

6．差動螺線管式電感傳感器主要由兩個

7．電渦流傳感器的主體是。因而它的性能對整個測量系統的性能產生重要影響。

8．電容式傳感器中，變面積式常用于較大的9．光敏三極管可以看成普通三極管的集電結用替代的結果。通?；鶚O不引出，只有兩個電極。

10．光電管由一個光電陰極和一個陽極封裝在真空的玻璃殼內組成，其技術性能主要取決于。

11．振弦式傳感器是經被拉緊的鋼弦作為傳感元件，其與弦的張緊力的平方根成正比。

12．振筒式傳感器用薄壁圓筒將被測氣體或密度的變化轉換成頻率的變化。

13．所謂光柵，從它的功能上看，就是刻線間距很小的14．振弦式傳感器的原理結構中，振弦的一端用夾緊塊固定在上，另一端用夾緊塊固定在上。

15．對某種物體產生有一個的限制，稱為紅限。

16．光敏二極管的結構與普通二極管相似，其管芯是一個具有PN結。它是在電壓下工作的。

17．振筒式傳感器中，激勵器與拾振器通過加上放大器和反饋網絡組成一個振蕩系統，所以振筒是由材料制成的。

二、選擇題（5題為多選）

1．當一定波長入射光照射物體時，反映該物體光電靈敏度的物理量是（）。

A．紅限B．量子效率

C．逸出功D．普朗克常數

2．光敏三極管工作時（）。

A． 基極開路、集電結反偏、發射結正偏

B． 基極開路、集電結正偏、發射結反偏

C． 基極接電信號、集電結正偏、發射結反偏

3．在光線作用下，半導體電導率增加的現象屬于（）。

A．外光電效應B．內光電效應

D． 光電發射

4．振弦式傳感器中，把被測量轉換成頻率的關鍵部件是（）。

A．激勵器B．拾振器

C．永久磁鐵D．振弦

5．計量光柵上出現莫爾條紋的條件有（）。

A． 兩塊柵距相等的光柵疊在一起

B． 兩塊光柵的刻線之間有較大的夾角

C． 兩塊光柵的刻線之間有較小的夾角

D． 兩塊光柵的刻線之間必須平行

第五篇：傳感器大作業霍爾轉速器

傳感器大作業

題目：霍爾轉速器

姓名：

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學院：電子工程學院

班級：

學號：

日期：2013年X月X日

一、被測量分析

轉速是發動機重要的工作參數之一,也是其它參數計算的重要依據。在工農業生產和工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，例如在發動機、電動機、卷揚機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制中，常需要測量和顯示其轉速。要測速，首先要解決的是采樣問題。測量轉速的方法分為模擬式和數字式兩種。模擬式采用測速發電機為檢測元件，得到的信號是模擬量。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器，非線性集成電路以及少量的數字電路組成，控制系統的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統非常不靈活、調試困難。數字式通常采用光電編碼器、圓光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。隨著微型計算機的廣泛應用，單片機技術的日新月異，特別是高性能價格比的單片機的出現，轉速測量普遍采用以單片機為核心的數字式測量方法，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，智能化微電腦代替了一般機械式或模擬式結構，并使系統能達到更高的性能。采用單片機構成控制系統，可以節約人力資源和降低系統成本，從而有效的提高工作效率。

二、霍爾傳感器的發展歷史及其現狀

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。后來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象制成的各種霍爾元件，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

三、傳感器設計思路

系統由傳感器、信號預處理電路、處理器、顯示器和系統軟件等部分組成。傳感器部分采用霍爾傳感器，負責將電機的轉速轉化為脈沖信號。信號預處理電路包含待測信號放大、波形變換、波形整形電路等部分，其中放大器實現對待測信號的放大,降低對待測信號的幅度要求，實現對小信號的測量；波形變換和波形整形電路實現把正負交變的信號波形變換成可被單片機接受的TTL/CMOS兼容信號。

處理器采用STC89C51單片機，顯示器采用8位LED數碼管動態顯示。系統原理框圖如圖所示：

系統軟件主要包括測量初始化模塊、信號頻率測量模塊、浮點數算術運算模塊、浮點數到BCD碼轉換模塊、顯示模塊、按鍵功能模塊、定時器中斷服務模塊。系統軟件框圖如圖所示：

四、傳感器的結構及工作原理說明

霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，由磁鋼、霍耳元件等組成。測量系統的轉速傳感器選用SiKO的NJK-8002D的霍爾傳感器，其響應頻率為100KHz，額定電壓為5-30（V）、檢測距離為10（mm）。其在大電流磁場或磁鋼磁場的作用下，能測量高頻、工頻、直流等各種波形電流。該傳感器具有測量精度高、電壓范圍寬、功耗小、輸出功率大等優點，廣泛應用在高速計數、測頻率、測轉速等領域。輸出電壓4～25V，直流電源要有足夠的濾波電容，測量極性為N極。安裝時將一非磁性圓盤固定在電動機的轉軸上，將磁鋼粘貼在圓盤邊緣，磁鋼采用永久磁鐵，其磁力較強，霍爾元件固定在距圓盤1-10mm處。當磁鋼與霍爾元件相對位置發生變化時，通過霍爾元件感磁面的磁場強度就會發生變化。圓盤轉動，磁鋼靠近霍爾元件，穿過霍爾元件的磁場較強，霍爾元件輸出低電平；當磁場減弱時，輸出高電平，從而使得在圓盤轉動過程中，霍爾元件輸出連續脈沖信號。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業現場應用廣泛。

霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為

l、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度

ｄ）方向施加外磁場Ｂ，在沿ｌ方向的兩個端面加一外電場，則有一定的電流流過。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：

式中：f—洛侖磁力，ｑ—載流子電荷，Ｖ—載流子運動速度，Ｂ—磁感應強度。

這樣使電子的運動軌跡發生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側面分別產生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側面間的電位差稱為霍爾電壓。

霍爾電壓大小為：

(mV)

式中：—霍爾常數，ｄ—元件厚度，Ｂ—磁感應強度，Ｉ—控制電流

設,則=(mV)

為霍爾器件的靈敏系數(mV/mA/T)，它表示該霍爾元件在單位磁感應強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應注意，當電磁感應強度Ｂ反向時，霍爾電動勢也反向。圖2.3為霍耳元件的原理結構圖。

若控制電流保持不變，則霍爾感應電壓將隨外界磁場強度而變化，根據這一原理，可以將兩塊永久磁鋼固定在電動機轉軸上轉盤的邊沿，轉盤隨被測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，在轉盤附近安裝一個霍爾元件，轉盤隨軸旋轉時，霍爾元件受到磁鋼所產生的磁場影響，輸出脈沖信號。傳感器內置電路對該信號進行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號，測量頻率范圍更寬，輸出信號更精確穩定，已在工業，汽車，航空等測速領域中得到廣泛的應用。其頻率和轉速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉速。

五、檢測電路

系統硬件電路設計

5.1

單片機控制電路設計

系統選用

STC89C51

作為轉速信號的處理核心。STC89C51

包含

個16位定時/計數器、4K×8

位片內

FLASH

程序存儲器、4個8位并行I/O口。16

位定時/計數器用于實現待測信號的頻率測量。8位并行口P0、P2用于把測量結果送到顯示電路。4K×8

位片內FLASH程序存儲器用于放置系統軟件。STC89C51與具有更大程序存儲器的芯片管腳兼容,如:89C52(8K×8

位)或

89C55(32K×8

位),為系統軟件升級打下堅實的物質基礎。STC89C51最大的優點是：可直接通過計算機串口線下載程序,而無需專用下載線和編程器。

STC89C51單片機是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多功能I/O口等一臺計算機所需要的基本功能部件。其基本結構框圖如圖3.1，包括：

·一個8位CPU；

·4KB

ROM；

·128字節RAM數據存儲器；

·21個特殊功能寄存器SFR；

·

4個8位并行I/O口，其中P0、P2為地址/數據線，可尋址64KB

ROM或64KB

RAM；

·一個可編程全雙工串行口；

·具有5個中斷源，兩個優先級，嵌套中斷結構；

·兩個16位定時器/計數器；

·一個片內震蕩器及時鐘電路；

T0

T1

特殊功能寄存器SFR

128字節RAM

定時/計數器

T0、T1

時鐘源

CPU

串行接口

并行I/O接口

中斷系統

4K

ROM（EPROM）

（8031無）

P0

P1

P2

P3

TXD

RXD

中斷輸入

STC89C51單片機結構框圖

STC89C51系列單片機中HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插(DIP)方式封裝,有40個引腳。STC89C51單片機40條引腳說明如下:

(1)電源引腳。V正常運行和編程校驗(8051/8751)時為5V電源,V為接地端。

（2）I/O總線。P-

P（P0口），P-

P（P1口），P-

P（P2口），P-

P（P3口）為輸入/輸出引線。

（3）時鐘。

XTAL1：片內震蕩器反相放大器的輸入端。

XTAL2：片內震蕩器反相放器的輸出端，也是內部時鐘發生器的輸入端。

（4）控制總線。

由P3口的第二功能狀態和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。

值得強調的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。如表3.1所示。

P3口引腳及線號

引腳

第二功能

P3.0

(10)

RXD

串行輸入口

P3.1

(11)

TXD

串行輸出口

P3.2

(12)

INT0

外部中斷0

P3.3

(13)

INT1

外部中斷1

P3.4

(14)

T0

定時器0外部輸入

P3.5

(15)

T1

定時器1外部輸入

P3.6

(16)

WR

外部數據存儲器寫脈沖

P3.7

(17)

RD

外部數據存儲器讀脈沖

表3.1

P3口線的第二功能定義：

STC89C51單片機的片外總線結構：

①地址總線（AB）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節，16位地址總線由P0口經地址鎖存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。

②數據總線（DB）：數據總線寬度為8位，由P0提供。

③控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。

5.2

脈沖產生電路設計

LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。

LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。

特性:

·

內部頻率補償

·

直流電壓增益高(約100dB)

·

單位增益頻帶寬(約1MHz)

·

電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)

·

雙電源(±1.5一±15V)

·

低功耗電流，適合于電池供電

·

低輸入偏流

·

低輸入失調電壓和失調電流

·

共模輸入電壓范圍寬，包括接地

·

差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍

·

輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)

如圖3.2所示，信號預處理電路為系統的前級電路，其中霍爾傳感元件b,d為兩電源端，d接正極，b接負極；a,c兩端為輸出端，安裝時霍爾傳感器對準轉盤上的磁鋼,當轉盤旋轉時，從霍爾傳感器的輸出端獲得與轉速率成正比的脈沖信號，傳感器內置電路對該信號進行放大、整形，輸出良好的矩形脈沖信號，圖中LM358部分為過零整形電路使輸入的交變信號更精確的變換成規則穩定的矩形脈沖，便于單片機對其進行計數。

5.3

按鍵電路設計

通過軟件設置按鍵開關功能：

按

K0清零、復位

按K1顯示計時時間

按K2顯示計數脈沖數

此按鍵電路為低電平有效，當無按鍵按下時，單片機輸入引腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均為高電平。當其中任一按鍵按下時，其對應的P1端口變為低電平，在軟件中利用這個低電平設計其功能。軟件中還設置了按鍵防抖動誤觸發功能，軟件中設置定時器1

50ms中斷一次，每次中斷都對按鍵進行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲10ms，再次進行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從P1口讀取數據，低電平對應的即為有效按鍵，如圖3.3所示。

按鍵電路圖

5.4

數據顯示電路設計

5.4.1

數碼管結構和顯示原理

圖為數碼管的引腳接線圖，實驗板上以P0口作輸出口，經74LS244驅動，接8只共陽數碼管S0-S7。表3.2為驅動LED數碼管的段代碼表為低電平有效，1-代表對應的筆段不亮，0-代表對應的筆段亮。若需要在最右邊（S0）顯示“5”，只要將從表中查得的段代碼64H寫入P0口，再將P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。設計中采用動態顯示，所以其亮度只有一個LED數碼管靜態顯示亮度的八分之一。

驅動LED數碼管的段代碼

數字

d

p

e

c

g

b

f

a

十六進制

P0.7

P0.6

P0.5

P0.4

P0.3

P0.2

P0.1

P0.0

共陰

共陽

0

0

0

B7

0

0

0

0

0

0

EB

0

0

0

AD

0

0

0

9D

0

0

0

0

1E

E1

0

0

0

9B

0

0

BB

0

0

0

0

0

EA

0

BF

0

0

9F

數碼管的引腳接線圖

這里設計的系統先用

位LED數碼管動態顯示小型直流電機的轉速。當轉速高于六位所能顯示的值（999999）時就會自動向上進位顯示。

5.4.2

緩沖器74LS244

系統總線中的地址總線和控制總線是單向的,因此驅動器可以選用單向的,如74LS244。74LS244還帶有三態控制，能實現總線緩沖和隔離,74LS244是一種三態輸出的八緩沖器和線驅動器，該芯片的邏輯電路圖和引腳圖如圖3.5所示。

從圖可見，該緩沖器有8個輸入端，分為兩路——1A1～1A4，2A1～2A4。同時8個輸出端也分為兩路——1Y1～1Y4，2Y1～2Y4，分別由2個門控信號1G和2G控制，/1G,/2G三態允許端(低電平有效)。當1G為低電平時，1Y1～1Y4的電平與1A1～1A4的電平相同，即輸出反映輸入電平的高低；同樣，當2G為低電平時，2Y1～2Y4的電平與2A1～2A4的電平相同。而當1G（或2G）為高電平時，輸出1Y1～1Y4（或2Y1～2Y4）為高阻態。經74LS244緩沖后，輸入信號被驅動，輸出信號的驅動能力加大了。74LS244緩沖器主要用于三態輸出的存儲地址驅動器、時鐘驅動器和總線定向接收器和定向發送器等。常用的緩沖器還有74LS240，241等。

圖3.5

74LS244邏輯電路圖

74LS244的極限參數如下:

電源電壓：7V

輸入電壓：5.5V

輸出高阻態時高電平電壓：5.5V

利用上述器件設計的顯示電路如圖3.6所示。8個共陽的LED數碼管（S0-S7）同名的引腳連接在一起，由單片機P0口通過74LS244驅動（段控制），R12-R19

為限流電阻。單片機P2口的8個引腳分別通過三極管Q0-Q7控制8個LED數碼管的公共端（位控制）。單片機的主時鐘為12MHz。

P0口

和

P2口都是準雙向口，輸出時需要接上拉電阻。P0內部沒有上拉電阻，P2口內部有弱上拉。所以P0口外圍電路設計為低電平有效，高電平無效。要使數碼管S0-S7的其中一個亮，其對應的P2端口要置高，P2的其余端口置低。如要讓S0數碼管亮，則要將P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。

系統將定時把顯示緩沖區的數據送出，在數碼管LED上顯示。

5.5

總電路圖

六、補償的考慮

霍爾元件常采用鍺、硅、砷化鎵、砷化銦及銻化鋼等半導體制作。用銻化銦半導體制成的霍爾元件靈敏度最高，但受溫度的影響較大。用鍺半導體制成的霍爾元件，雖然靈敏度較低，但它的溫度特性及線性度較好。目前使用銻化銦霍爾元件的場合較多。

七、重要參數

1、霍爾元件

霍爾元件應用霍爾效應的半導體。

2、霍爾效應

置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢差，這種現象稱霍爾效應。

3、霍爾系數（又稱霍爾常數）RH

在磁場不太強時，霍爾電勢差UH與激勵電流I和磁感應強度B的乘積成正比，與霍爾片的厚度δ成反比，即UH?=RH*I*B/δ，式中的RH稱為霍爾系數，它表示霍爾效應的強弱。

另RH=μ*ρ即霍爾常數等于霍爾片材料的電阻率ρ與電子遷移率μ的乘積。

4、霍爾靈敏度KH（又稱霍爾乘積靈敏度）

霍爾靈敏度與霍爾系數成正比而與霍爾片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通?？梢员碚骰魻柍怠?/p>

5、霍爾額定激勵電流

當霍爾元件自身溫升10℃時所流過的激勵電流稱為額定激勵電流。

6、霍爾最大允許激勵電流

以霍爾元件允許最大溫升為限制所對應的激勵電流稱為最大允許激勵電流。

7、霍爾輸入電阻

霍爾激勵電極間的電阻值稱為輸入電阻。

8、霍爾輸出電阻

霍爾輸出電極間的電阻值稱為輸入電阻。

9、霍爾元件的電阻溫度系數

在不施加磁場的條件下，環境溫度每變化1℃時，電阻的相對變化率，用α表示，單位為%/℃。

10、霍爾不等位電勢（又稱霍爾偏移零點）

在沒有外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，在輸出端空載測得的霍爾電勢差稱為不等位電勢。

11、霍爾輸出電壓

在外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，在輸出端空載測得的霍爾電勢差稱為霍爾輸出電壓。

12、霍爾電壓輸出比率

霍爾不等位電勢與霍爾輸出電勢的比率

13、霍爾寄生直流電勢

在外加磁場為零、霍爾元件用交流激勵時，霍爾電極輸出除了交流不等位電勢外，還有一直流電勢，稱寄生直流電勢。

14、霍爾不等位電勢

在沒有外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，環境溫度每變化1℃時，不等位電勢的相對變化率。

15、霍爾電勢溫度系數

在外加磁場和霍爾激勵電流為I的情況下，環境溫度每變化1℃時，不等位電勢的相對變化率。它同時也是霍爾系數的溫度系數。

八、傳感器名稱：霍爾轉速器

九、應用描述

霍爾傳感器在實際應用中越來越廣泛，將永磁體按適當的方式固定在被測軸上，霍爾傳感器置于磁鐵的氣隙中，當軸轉動時，霍爾傳感器輸出的電壓則包含有轉速的信息。測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。將霍爾傳感器輸出電壓經后續電路處理，便可得到轉速的數據。隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現，轉速測量控制普遍采用了以單片機為核心的數字化、智能化的系統。本文介紹了一種由單片機c8051f060作為主控制器，使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉速測量系統。

霍爾傳感器具有不怕灰塵、油污，安裝簡易，不易損壞等優點，在工業現場得到了廣泛應用。利用霍爾傳感器設計的轉速測量系統以單片機STC89C51為數據處理核心，采用定時器定時中斷的方法實現計數，對測量數據進行計算得到轉速數據，并將結果送數碼管顯示。整個測量系統硬件電路簡單，容易調試，軟件部分編程采用C51，有較高的編程效率。測試結果表明對電動機轉速的測量精度較高，基本能夠滿足實際的測試需要，有一定的實際應用價值。

十、需要說明的問題

用霍爾元件測量轉速時，每當磁感應強度發生變化時霍爾元件就輸出一個脈沖，如果轉速過慢，磁感應強度發生變化的周期過長，大于讀取脈沖信號的電路的工作周期，就會導致計數錯誤。

北京郵電大學