传感器系列实验讲义 - 图文 下载本文

注意事项

1)直流电源应控制在5V左右,不能过大,以免烧坏三极管、传感器及发光二极管。

2)刚开始接通电源时,气敏传感器模拟信号输出较大为正常现象,过一段时间后,待气敏传感器模拟信号输出降至稳定值时,方可进行第2步实验。 二、气敏传感器的乙醇浓度标定实验

1、按图所示连接电路,用量筒量取200ml水并加入实验用容器中,将MQ-3传感器接入电路,再安装在容器顶部,检查无误后接通电源。

图9 实验用电路图

2、待万用表直流电压档示数几乎稳定后,记录下该示数,作为加入乙醇为0时传感器输出电压。再按下表依次用注射器取少量乙醇,从容器小孔中注入容器,轻微振动容器,使乙醇溶解均匀,待电压表示数几乎稳定后,记录下电压表示数,直至总共加入1.5ml乙醇。

加入乙醇体积V/ml 0 传感器输出电压 URL/V 3、 画出传感器输出电压URL与容器内乙醇溶液浓度n的关系曲线 4、实验总结 注意事项

0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1) 用注射器时,不要将针头对人,注射酒精时,最好将针头注入水面以下。 2) 加过乙醇后,电压表示数会激增,随后持续缓降。缓降时,若数字电压表以

V为单位时,第二位小数上示数10秒内不变,可认为电压表示数稳定。 3) 直流电源应控制在5V左右,不能过大,以免烧坏传感器。 4) 切勿将实验用容器打翻,让液体接触传感器,使之损坏。

热释电红外传感器

实验目的

1、了解压力传感器的组成、结构 2、了解传感器测量压力的原理 3、DIY压力报警器和指示灯 引言 热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。早在1938年,有人就提出利用热释电效应探测红外辐射,但并未受到重视。直到六十年代,随着激光、红外技术的迅速发展,才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。近年来,伴随着集成电路技术的飞速发展,以及对该传感器的特性的深入研究,相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。 实验原理 当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷,这种由于热变化产生的电极化现象,被称为热释电效应。通常,晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和,其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时,晶体结构中的正负电荷重心相对移位,自发极化发生变化,晶体表面就会产生电荷耗尽,电荷耗尽的状况正比于极化程度,图1表示了热释电效应形成的原理。 图1 热释电效应原理图 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标,其工作原理是利用热释电效应,即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极,在上表面覆以黑色膜,若有红外线间歇地照射,其表面温度上升△T,其晶体内部的原子排列将产生变化,引起自发极化电荷,在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体,如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成,其内部电路框如图2所示。

图2、热释电红外传感器内部结构图

光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过,而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉,以抑制外界的干扰。 红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成,这两个热释电元件的电极相反,环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用,使其产生的热释电效应相互抵消,输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元件接收,由于角度不同,两片热释电元件接收到的热量不 同,热释电能量也不同,不能完全抵消,经处理电路处理后输出控制信号。 热释电效应同压电效应类似,是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,在元件两个表面做成电极,在传感器监测范围内温度有△T的变化时,热释电效应会在两个电极上产生电荷△Q,即在两电极之间产生一微弱的电压△V。由于它的输出阻抗极高,在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷△Q会被空气

中的离子所结合而消失,即当环境温度稳定不变时,△T=O,传感器无输出。 在自然界,任何高于绝对温度(-273℃)时物体都将产生红外光谱,不同温度的物体,其释放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低有关。 人体或者体积较大的动物都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上,红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,进而产生△T并将△T向外围电路输出,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 若人体进入检测区后不动,则温度没有变化,传感器也没有信号输出,所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。 热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装,各引脚分别为电源供电端(内部开关管D极,DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极,SOURCE)、接地端(GROUND)。各引脚功能如图3.1所示,热释电传感器实物图如图3.2。 图3.1、各引脚功能 图3.2、热释电传感器实物图