传感器原理及应用复习（9）---压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器

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1. 压电式传感器

 1. 压电效应：某些电介质，当沿一定方向对其施力而使它变形后，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电的状态。

• 正压电效应：机械能转换为电能的现象，称为正压电效应。
• 逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场时，这些电介质也会发生几何变形，这种现象称为逆压电效应。

 2. 压电式传感器的基本原理：利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷(或电压)输出。
 压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。

 3. 压电元件的两种连接方式如下所示：(1) 并联接法：外力作用下正负电极上的电荷量增加了 $1$ 倍，电容量也增加了 $1$ 倍。 (2) 串联接法：上、下极板的电荷量与单片相同时，总电容量为单片的一半，输出电压增大了 $1$ 倍。

 4. 压电传感器与电压放大器之间的连接电缆不能随意更换，否则将引入测量误差。电荷放大器的输出电压 $u_0$ 只取决于输入电荷与反馈电容 $C_f$。

2. 霍尔式传感器

关于霍尔效应和霍尔传感器测量转速，看往期文章：https://blog.csdn.net/m0_62881487/article/details/135226150

 1. 霍尔元件结构简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的。
 如下图(a)所示：霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线；$1$、$1’$ 两根引线加激励电压或电流，称激励电极(控制电极)；$2$、$2’$ 引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。
 在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示，如下图(b)所示。

 2. 霍尔计数装置如下图所示。
 当钢球通过霍尔传感器时，传感器可输出峰值 $20mV$ 的脉冲电压，该电压经运算放大器($uA741$)放大后，驱动半导体三极管 $V(2N5812)$ 工作，$V$ 输出端便可接计数器进行计数，并由显示器显示检测数值。

3. 光电式传感器

 1. 常见的光电器件：

• 光敏电阻：无光照时，光敏电阻阻值很大；当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值会急剧减小。
• 光敏二极管：在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。
• 光敏晶体管：受到光照射时对电流有放大作用。
• 光电池：有光线作用时相当于电源。
• 光电耦合器：实际上是一个电量隔离转换器，具有抗干扰性能和单向输出信号传输等功能。

 2. 光纤传感器能用于温度、压力、应变、位移、速度、加速度、磁、电、声和 $PH$ 值等 $70$ 多个物理量的测量。