空燃比分析仪与氧传感器的工作原理
随着汽车市场的不断壮大，有越来越多的人从事汽车改装和维修工作。空燃比分析仪作为一款测试混合气空燃比（AFR：Air Fuel Ratio）的专业工具，在汽车改装领域发挥着重要作用，市场上也出现多种类似产品。接下来我将以市场上比较有代表性的空燃比分析仪为例，来介绍一下此款产品的工作原理，广大汽车爱好者和改装维修人员可以参考一下，更好的选择适合自己的那款产品。
介绍空燃比分析仪，就不得不从氧传感器说起。
1、氧传感器的功能
测定发动机排气中氧气含量，确定混合气（燃料+空气）是否完全燃烧。
2、氧传感器的分类以及原理
按材料分，分为能够产生电动势变化的氧化锆型（ZrO2）和能够产生电阻变化的氧化钛（TiO2）型。
氧化锆（ZrO2）型氧传感器的工作原理
将ZrO2烧结成试管装并在内测和外侧镀有白金电极，其内测注入大气并使氧浓度保持一定，而外侧则处于接触排气的状态。当内外层产生浓度差时，氧离子从氧浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势。
氧化钛（TiO2）型氧传感器工作原理
氧化钛（TiO2）在大气中具有绝缘性，而在某一温度以上时，钛和氧之家的结合性减弱，在氧气极少的状态下出现脱氧，变成低电阻的氧化半导体。脱氧的氧化钛的电阻迅速下降。但是，在存在氧气的环境汇总，它又能重新获取氧气，所以，电阻值又可以恢复到原来的值。
按工作测量范围分，分为宽域型氧传感器和窄域型氧传感器
窄域型氧传感器能够测量过量空气系数（λ）大于1或小于1，即混合气是浓还是稀，但是浓多少货稀多少，窄域氧传感器是检测不出来。宽域氧传感器能够测量混合气λ=0.5-∞，接下来我会重点介绍一下宽域型氧传感器的工作原理。
3、宽域型氧传感器的工作原理
这里之所以要重点介绍宽域型氧传感器，是因为这种氧传感器是空燃比分析仪的核心部件，空燃比分析仪输出的空燃比信号都是通过宽域氧传感器获取的。本文基于BOSCH公司的LSU宽域氧传感器为例，介绍其工作原理。
宽域型氧传感器是在窄域型的基础上增加了可改变排气中氧含量的氧泵改进而成，它能够测出精确的空燃比信号，其结构示意图如下：
图1 宽域氧传感器LSU4.2结构示意图
模块1：加热器（Heater）
LSU系列氧传感器是属于氧化锆型，这种材料在自身温度高于300℃才能开始工作，以LSU4.2型氧传感器为例，当温度在750℃时处于最佳工作状态。所以一般的氧传感器都会内置加热器，以维持氧传感器工作所需的温度。
模块2：参考室（Reference air duct）
参考室中冲入的是自然空气。
模块3：监测室，又叫扩散室（Diffusion gap）
监测室中的空燃比始终在理论空燃比（λ=1）附近。
模块4：泵电池（Pumping cell）
从监测室中泵入或泵出氧，以维持感应单元（ZrO2管）内外的电动势在0.45 V 左右。模块5：感应单元（Sensing cell）
也就是我们通常所说的锆管，内外表面均覆盖着一层多孔性的铂膜，铂既可以作为电极又具有催化作用。其内表面与参考气体（Reference air）接触，外表面与废气（Exhaust gas）接触。
模块6：外围控制单元（Closed loop controller）
外围控制单元可以自己搭建模拟电路实现，为了达到更高的测量精度，BOSCH公司设计出专用驱动芯片CJ125，实现对氧传感器的加热控制、信号采集、故障诊断等功能。
LSU4.2工作原理：
废气由扩散孔进入监测室，感应单元能够感知废气中的浓稀状况，并产生高于或低于参考电压Uref的电压Vs。2个电压信号输入到OTA运放（跨到运放输入是电压信号，输出是电流信号），输出的泵电流Ip信号用于泵入或泵出监测室中的氧。
当废气中的氧浓度为0时（此时为理论空燃比），废气进入监测室，此时感应单元产生等于参考电压Uref的电压，经过运放后输出Ip为0，说明此时为理论空燃比，不需要泵入或泵出氧。
当废气为稀混合气时，废气进入监测室后CO与废气中的多余的氧产生反应，感应单元表面的氧变化微小，所以产生低于参考电压Uref 电压，最终的输出Ip将使泵电池从监测室中泵出多余的氧，以维持监测室中的空燃比为理论空燃比。
当废气为浓混合气时，废气进入监测室后，由于废气中没有多余的氧，感应单元表面附着的
氧与废气中CO产生反应，最终感应单元表面的氧为0的状态，产生的电压高于参考电压Uref，最终的输出Ip将使泵电池向监测室中泵入氧，以维持监测室中的空燃比为理论空燃比。
因为不同浓度的混合气需要泵入或泵出的氧不同，所以泵电流Ip与废气中的氧浓度一一对应，也与混合气的空燃比一一对应。
经过上面的详细介绍，想必大家已经知道了BOSCH的宽域型氧传感器LSU系列的工作原理了吧，如果还有疑问，请加QQ 2364172431。
以美国ECOTRONS（https://www.doczj.com/doc/e811083868.html,）公司推出的第一代空燃比分析仪ALM为例，它使用的就是LSU4.2氧传感器，包括美国Innovate生产的LM-2和LC-1产品都是使用的LSU4.2。
在我们上面介绍LSU4.2的原理时，可以知道，LSU4.2输出信号是否精确，与参考室中参考空气息息相关。如果参考空气不是理论中的空气，那么我们最终得出空燃比将有误差。而这也是实际生活中我们常遇到的情况，因为安装氧传感器的发动机周围，空气质量一般会很差，参考空气很容易被发动机尾气或其他其他污染源污染。一旦参考空气被污染了，传感器整体的特性曲线都会产生偏移，这种偏移在英文里叫做“Characteristic Shifted Down”，或者CSD，字面翻译为特性曲线下移。这就是早期LSU4.2氧传感器在使用中遇到的最大问题。BOSCH公司也因此需要承担很大的保修成本。
为了解决这个问题（参考文章https://www.doczj.com/doc/e811083868.html,/News/lsu49_vs_lsu42_1），BOSCH公司重新设计了氧传感器，也就是LSU4.9。它的使用完全脱离了参考空气，在氧传感器内部不再设计任何自然界气体。现在的技术中，实际的泵电流会与一个参考泵电流保持平衡。泵电流同样反映了真实的空燃比，但是他的参考标准不再是参考空气了，而是一个标定好的电信号曲线，这条曲线在任何环境都会一直保持不变。
美国ECOTRONS公司跟上了LSU系列氧传感器的更新步伐，及时推出了第二代空燃比分析仪ALM-S（单通道），ALM-II（多通道，最高支持12通道）。二代空燃比分析仪ALM-S 使用BOSCH最新推出LSU4.9氧传感器。
接下来我们将重点介绍空燃比分析仪。
对于普通客户来说，他选择空燃比分析
仪只是看一下发动机大概的空燃比，对分析
仪的测量精度和响应时间没有太高的要求，
所以市场上有一种叫做空燃比计（或空燃比
表）的设备，这种设备原理简单，价格便宜，
是普通客户的首选。
但是，一旦你要做发动机标定，对信号
的准确性和响应时间要求极严。而LM-2和
LC-1等以LSU4.2氧传感器为主体的测试设备，显然不能满足我们的要求，原因很简单，LSU4.9从信号精度和响应时间上，都比LSU4.2要强，详细的资料请参考文章“从技术角度分析为什么LSU4.9优于LSU4.2”，（https://www.doczj.com/doc/e811083868.html,/view/301bfc2c4b35eefdc8d333d6.html），所以我们必须选择配备LSU4.9的空燃比分析仪，相关厂家如ETAS和美国ECOTRONS，BOSCH是ETAS的最大股东，他们的产品在市场上被普遍接受，但是价格过于昂贵。对于一般汽车改装和汽车科研机构来
说，美国ECOTRONS生产的ALM-S可以满足大多数用户的需求。
在前面我们已经说过了，空燃比分析仪的本质就是氧传感器的外围控制电路。控制电路又包括1）加热驱动和温度感知电路2）Vs反馈Ip控制及驱动电路3）Ip感知和电压V out 输出电路4）稳压电源、参考电压和虚拟地电路5）氧传感器故障诊断电路，之后我们逐一分析每块电路的构成。
1）加热驱动和温度感知电路
这块电路设计是否合理，直接影响到氧传感器的正常使用和寿命。对于氧传感器，他只有在特定温度下才可以正常工作，测得的信号才更准确，以LSU4.9为例，它的工作温度是780摄氏度，温度高或低，都直接影响了测量精度。所以加热驱动电路必须是闭环的反馈控制电路，也就是说一边测量氧传感器的温度一边加热，如果温度低于780℃，就加大加热占空比，反之亦然。
氧传感器的天敌就是水滴，因为氧传感器的加热内阻是由陶瓷构成的，如果在上面有水滴的情况下盲目给LSU4.9加热，会极大的缩短氧传感器的寿命，严重的会直接损坏氧传感器。所以只有达到露点温度时才可以给氧传感器加热。
2）Vs反馈Ip控制及驱动电路
泵电流Ip直接反应了实际的空燃比信号，Ip的大小和方向是受Vs电压控制的，实际控制电路中Vs电压与参考电压Vref（0.45v）进行比较，通过一个OTA运放后直接输出电流Ip，Ip的方向指示了空燃比是浓还是稀，Ip大小指示了空燃比浓多少和稀多少。
3）Ip感知和电压Vout输出电路
一般空燃比分析仪的输出信号都是电压信号，所以我们需要将泵电流Ip经过一个电阻后输出电压，直接指示空燃比信号。
4）稳压电源、参考电压和虚拟地电路
这里我们重点说一下虚拟地电路，对应LSU管脚是VM，这个虚拟地电路一般为参考电压的0.5倍。是专门提供给LSU内部的泵单元的（Pumping Cell），当Vun-VM=450mv时，此时空燃比为理论空燃比。
5）氧传感器故障诊断电路
主要针对氧传感器的信号采集电路和加热电路是否有故障，例如加热器对GND或电源短路，加热器电压过低或过高，VM对GND或电源短路等。
有了以上部分电路，一个空燃比分析仪的雏形就出来了。因为我们已经成功的对氧传感器进行了控制，而且采集到了我们需要的空燃比信号。接下来就是想办法将信号输出，让一些外围显示设备或者ECU能够获取空燃比信号。
宽带氧传感器的工作原理和常见故障的检查方法 发布时间: 2010-4-29 15:52 | 编辑: 汽车乐https://www.doczj.com/doc/e811083868.html, | 查看: 1067次来源: 网络 随着汽车尾气排放限值要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足需要，取而代之的是控制精度更高的线性宽带氧传感器(Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，简称UEGO)。氧传感器闭环控制调节发动机燃烧室内的混合汽，以实现最佳的三元催化转换器运行，从而满足排放限值的要求。为此，氧传感器闭环控制的任务是确保废气空燃比始终处于催化转换器的最佳工作点。氧传感器闭环控制只改变所要喷射的燃油质量、燃烧室内的空气质量，也就是说汽缸充气和点火正时均不受影响，因此氧传感器是用来帮助确定废气中氧含量而反映实际工况中的空燃比。控制单元内的氧传感器闭环控制必须通过所提供的信号来对混合汽的成分做出相应调整，控制过程很大程度上取决于氧传感器的属性。 宽带氧传感器能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU，从而ECU精确地控制喷油时间，使汽缸内混合汽浓度始终保持理论空燃比值。宽带氧传感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地发挥了三元催化器的作用，优化了发动机的性能，并可节省大约15％的燃油消耗，更加有效地降低了有害气体的排放。 宽带氧传感器通过检测发动机尾气排放中的氧含量，并向电子控制单元(ECU)输送相应的电压信号，反映空气燃油混合比的稀浓。ECU根据氧传感器传送的实际混合汽浓稀反馈信号而相应调节喷油脉宽，使发动机运行在最佳空燃比(λ=1)状态，从而为催化转换器的尾气处理创造理想的条件。如果混合汽太浓(λ<1)，必须减少喷油量，如果混合汽太稀(λ>1)，则要增加喷油量。 现代汽车发动机管理系统中，安装在催化转换器前的宽带氧传感器，称作控制氧传感器，安装在三元催化器的上游位置，监测尾气中氧的浓度，并将信息反馈给控制单元，用于调节喷油量，从而实现发动机的闭环控制，改善发动机的燃烧性能并减少有害气体的排放。根据OBD-Ⅱ规定，现代汽车必须对三元催化转换器效率进行持续监控，为此配有诊断氧传感器，安装在催化转换器的下游端。通过比较催化转换器上游和下游的传感器信号，可以确定催化转换器的效率。主要原因是由于控制氧传感器因老化，其向ECU输送的电压信号曲线会发生偏移，诊断氧传感器会检测控制氧传感器是否仍然处于最佳工作状态，然后ECU 就可计算出矫正偏移所需的补偿量。 由于老化而造成工作性能变差的氧传感器，也会影响燃油经济性的指标。老化的氧传感器提供给DME的混合汽浓度信号存在误差，将使DME控制单元在可燃混合汽形成的控制产生偏差，而造成燃油消耗的增加。表1是博世公司所做的氧传感器对燃油经济性影响的明细表。 一、宽带型氧传感器的分类及基本构造 根据氧传感器的制造材料不同，宽带型氧传感器可分为以ZrO2为基体的固化电解质型和利用氧化物半导体电阻变化型两大类；根据传感器的结构不同，宽带型氧传感又可分为电池型、临界电流型及泵电池型。 宽带型氧传感器的基本控制原理就是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。氧化锆型氧传感器有一特性，即当氧离子移动时会产生电动势。反之，若将电动势加在氧化锆组件上，即会造成氧离子的移动。根据此原理即可由发动机控制单元控制所想要的比例值。 构成宽带型氧传感器的组件有两个部分：一部分为感应室，另一部分是泵氧元。 感应室的一面与大气接触，而另一面是测试腔，通过扩散孔与排气接触，与普通氧化锆传感器一样，由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势。一般的氧化锆传感器将
传感器及其工作原理 【三维目标】 1．知识与技能： （1）、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义； （2）、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。 （3）、了解传感器的应用。 2．过程与方法： 通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践 能力和创新思维能力。 3．情感、态度与价值观 （1）、体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。 （2）、通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。【教学重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。 【教学难点】：分析并设计传感器的应用电路。 【教学方法】：实验、探究、讨论 【教学用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。 【教学过程】 一、引入新课 准备知识：从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。 今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。 二、新课教学 1．什么是传感器 演示实验1：如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。
氧传感器的功能及工作原理 氧传感器的功能 测定发动机排气中氧气含量，确定汽油与空气是否完全燃烧。电子控制器根据这一信息实现以过量空气系数λ=1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中HC、CO和NOX三种污染物都有最大的转化效率。 工作原理 氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 特点 抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。 氧传感器的常见故障 氧传感器中毒 氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的 汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使 用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于 过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时 就只能更换了。 积碳 由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或 尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。 氧传感器陶瓷碎裂 氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。 加热器电阻丝烧断
光纤式传感器 传感技术与计算机技术、通讯技术被称为信息产业三大支柱技术, 是组成现代信息化技术的基础。世界各大强国均将传感器技术视为国家科技发展战略中的重要组成部分, 作为国家重点发展的领域之一。光纤传感器主要有传感型和传光型两大类, 两类传感器在传感原理上均可分为光强调制、相位调制、偏振态调制及波长调制不同形式, 由此构成不同的传感器。迄今业已证实, 被光纤传感器敏感的物理量有 70多种, 与传统的传感器相比, 光纤传感器有灵敏度高、重量轻和体积小、多用途、对介质影响小、抗电磁干扰和耐腐蚀且本质安全、易于组网等特点, 使其近年来在航天航空、国防、能源电力、医疗和环保、石油化工、食品加工、土木工程等领域的应用得到了迅速发展。表 1 为光纤传感器对参数测定的原理及主要方式。 一、光纤传感器的基本原理及组成 光纤传感器由光源、敏感元件、光探测器、信号处理器系统以及光纤等组成。光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测量参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长频率、相位偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调器解调后，获得被测参数。 1．1强度调制光纤传感器 强度调制光纤传感器的基本原理是：待测物理量引起光纤中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。待测量作用于光纤敏感元件，使通过光纤的光强发生变化。设输入光强为恒量Iin，输出光强为Iout，即待测量对光纤中的光强度产生调制。可
直接连接光探测器变成电信号（即调制的强度包括电信号）。 1.2相位调制光纤传感器 相位调制光纤传感器的基本原理是：通过被测能量场的作用，使光纤内传输的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。所有能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力应变温度和磁场等外界物理量。但是，目前的各类光探测器都不能探测敏感光的相位变化，必须采用干涉测量技术，才能实现对外界物理量的检测。与其他调制方式相比，相位调制技术由于采用干涉技术而具有很高的检测灵敏度。常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特、法布里-珀罗和萨格耐克。它们的共同点是：光源发出的光都要分成两束或更多束的光，沿不同的路径传播后，分离的光束又重新汇合，产生干涉现象。
氧传感器的功能及工作原理 来源：一大把汽车电子圈 氧传感器的功能 测定发动机排气中氧气含量，确定汽油与空气是否完全燃烧。电子控制器根据这一 信息实现以过量空气系数入=1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中H C、CO 和NOX 三种污染物都有最大的转化效率。 工作原理 氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21% ，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 特点 抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。 氧传感器的常见故障 氧传感器中毒 氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。 积碳 由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU 不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。 氧传感器陶瓷碎裂 氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。 加热器电阻丝烧断 对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。 氧传感器内部线路断脱
第二章光电式传感器 一、学习本课程所需的预备知识。 物理、电工基础、电子测量技术、电子线路。 二、教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指导。 重点掌握光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管以及光电池的原理和应用。 光电式传感器的核心部件是光电器件，它是将光能转换为电能的一种传感器件。光电器件的理论基础是光电效应，即金属、半导体等材料在光照下释放出电子的现象。根据释放出的电子的分布的不同，光电效应可分为以下三种情况： 利用外光电效应工作的器件有光电管、光电倍增管等。 利用内光电效应（光电导效应）工作的器件有光敏电阻等。 利用光生伏特效应（阻挡层光电效应）工作的器件有光电晶体管、光电池等。 光纤传感器以及CCD可以作为了解内容。授课时可以拿鼠标作为一个光敏二极管、三极管的应用实例，有实验设备的应开设本实验。 三、教学建议。 由于光电元件在日常生活中用的较多，所以授课时可以拿身边的一些设备来讲解，比如照相机、摄像机、光控照明等。 四、典型例题 1、磁栅式传感器由哪几部分组成？简述工作原理？ 答：磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。磁栅是检测位置的基准尺，尺身的磁性薄膜上预先录有相同间距的栅状磁信号，此偷渡去磁信号。当磁栅与磁头的相对位置发生变化时，磁头的输出发生相应变化，将位移量转换为电信号，然后通过检测电路转换成脉冲，并以数字形式显示出来。磁栅传感器有长磁栅式和圆磁栅式两种，分别用来测量线位移和角位移。 2、光电式传感器的原理是什么？ 答：光电式传感器是以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的传感器。 3、光码盘的工作原理是什么？ 答：码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、光电式和电磁式三种，后两种为非接触式测量。光电式编码器由光源、光学系统、码盘、光电接收元件、处理电路等组成。由光源发出的光线经透镜变成一束平行光照射在码盘上，通过透光部分的光线经狭缝照射到光电元件上，光电元件的排列与码道一一对应，这样几个光电元件输出的电信号组合就反映了角度信息，经
氧传感器到什么温度才工作分几种文字版氧传感器到什么温度才工作,分几种 氧传感器的作用 在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。 电喷车为获得高排气净化率，降低排气中(CO)一氧化碳、(HC)碳氢化合物和(NOx)氮氧化合物成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比(14.7：1)附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态(小电动势：O伏)通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态(大电动势：1伏)通知(ECU)电脑。 ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，(ECU)电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有"智能"的传感器。 [编辑本段]氧传感器的组成 主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受(ECU)电脑控制，当空气进量小(排气温度低)电流流向加热棒加热传感器，使能精确检测氧气浓度。 在试管状态化锆元素(ZRO2)的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电机外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。 应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合
光电传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。
江苏省淮阴中学06－07年度优秀教学案例 《传感器及其工作原理》的创新教学设计 王刚 教学依据 ①物理（新人教版）选修3－2第六章第1节《传感器及其工作原理》（P56－P60）； ②新物理课程标准（实验）. 教学流程图
教学目标1.知识与技能：①知道非电学量转换成电学量的技术意义；②通过实验，知道常见传感器的工作原理；③初步探究利用和设计简单的传感器. 2.过程与方法：①通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；②让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣. 重、难点 1.几种常见传感器的工作原理（演示实验）；2.学生自己设计简单的传感器. 教学策略 用几个有趣的传感器实验引入课题，激发学生探究传感器原理的兴趣.给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后，重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻.安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用.结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器，进一步深化传感器的工作原理.最后在对本节课总结的基础上，结合《思考与讨论》进行教学反馈. 教学程序 教学环节教学内容及师生互动设计情感与方法 一．课题的引入 二．什么是传感器？【演示实验1】干簧管控制电路的通断 如图，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开 关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移 走，灯泡熄灭. 师问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？ 生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答） 师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路 图，了解元件“干簧管”的结构。探明原因：玻璃管内封入 两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时，两个簧 片被磁化而接通，电路导通。所以，干簧管能起到开关的作 用。 师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发 光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。 【演示实验2】声光控开关控制电路的通断 ①先在普通光照条件下， ②在把开关置于黑暗环境中。 师生总结：声光控开关 师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够 感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有 一个专门的名称：传感器。什么是传感器呢？它能够感受诸 如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按 照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的 通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学 量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处 理和控制了。 其实，传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感 器。请大家相互说说看，你家里，或者在你的生活当中，都 （演示实验1： 干簧管传感器） （干簧管的实 物及原理图） 学生对干簧 管并不熟悉，因 此才有了好奇。 声光控开关在 生活中很普及， 所以又有亲切 感
氧探头工作原理 氧探头又称氧化锆浓差电池，它的工作原理(见示意图)是：以高温氧化锆作固体电解质，在高温下若电解质两侧氧浓度不同时，便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。 氧化锆固体电解质是在氧化锆（ZrO2）中掺入一定数量的氧化钙（CaO）,经高温焙烧而成。在氧化锆电介质的内外壁上用高温烧结(或压紧)的方法附上不易氧化的多孔性（网状）白金电极和电极（丝）引线。经过上述掺杂和焙烧而成的氧化锆，其晶型为稳定的立方晶体，晶体中部分四价锆离子被二价钙离子所取代而形成氧离子空穴。由于氧离子空穴的存在，在600-1200℃高温下，这种氧化锆材料就成为对氧离子有良好的传导性的固体电解质。在氧化锆两侧氧浓度不等时，浓度大的一侧的氧原子在该侧的表面电极上结合两个电子形成氧离子（1/2 O2+2e- - O-）,然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子空穴向氧浓度低的一侧运动，当到达低浓度一侧时，便在该侧电极上释放两个电子并结合成氧分子放出（O- -1/2 O2+2e-）,于是在高氧侧和低氧侧电极上分别造成正负电荷积累，产生电势，此电势阻碍这种迁移的进一步进行，直至达到平衡为止，从而形成氧浓差电池。 氧探头在可空气氛加热炉中使用的药店及常见故障 1.在可控气氛加热炉中氧探头的使用要点 （1）氧探头属于一种高精度、高灵敏的传感器，其核心元件氧化锆头是球状或管状结构陶瓷件，很容易受冲击破碎。在新的氧探头使用前，应仔细检查氧探头是否受过碰撞，氧探头是否有弯曲，氧探头外管有无裂纹，探头部位氧化锆是否有裂纹或破裂、或有陶瓷装碎片；轻轻摇动氧探头，听听氧探头内部是否有响声。如有响声，可能是氧探头的氧化锆已经破裂。 （2）氧探头在安装时要注意安装位置插入炉膛50-100mm，安装在炉气较稳定的区域内。不要靠近各种渗剂的滴注口、分扇附近；不要安装在炉内口、角落、震动大的部位。如安装在井式炉炉盖等处时，应在氧探头前端家保护套并注意气氛流通良好。 （3）注意氧探头安装座与炉壳保持良好的密封性，不要漏气。氧探头联线使用屏蔽信号线，防止信号干扰。 （4）氧探头最好在室温装入炉内，随炉升温到使用温度，避免急冷、急热。安装时注意轻拿轻放。如遇特殊情况，在高温状态下需要拔出或插入氧探头时，拔出或插入速度控制在30mm/min以内，并且在氧探头拔出加热炉时，应停供可燃气氛，降低炉压，以避免高温氧探头拔出引燃气氛被火苗烫伤。 （5）初次使用氧探头，需对氧探头进行预渗碳8-24h,建议不要在新炉刚开始预渗碳时就安装氧探头。因为在新炉预渗碳时，炉中可能还存在较多水分等杂质，气氛不稳定，会对氧探头的使用造成不良影响；一般在新加热炉烘炉结束，用甲醇预渗碳24h以上再安装氧探
工作原理 摘要： 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温和气体成分等；也可用来检测能转换成光量的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度，以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触，响应快，性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字：光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值(相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用 E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。 如
《汽车微电脑控制系统与故障检测》王忠良人民邮电出版社 氧浓度传感器 氧浓度传感器(又称氧传感器)是发动机电子控制系统中一个重要的传感器，其作用就是把排气中氧的浓度转换为电压信号，微电脑根据氧浓度传感器输入的信号判断混合气的浓度，进而修正喷油量，最终将缸内混合气的浓度控制在理想空燃比14．7附近。 现代汽车为了降低发动机排气中的有害成分(CO、HC、NO X等)的含量，在排气管中安装了三元催化转换装置。三元催化转换装置内有三元催化剂(常用的是铂、钯、铑)，三元催化剂能促使排气中的有害成分进行化学反应，可使CO氧化为CO2，使HC氧化为CO2和H2O，将NOx还原为N2。但是，只有当发动机在14．7空燃比附近的一个很小范围内运转时，三元催化剂才能同时促进氧化、还原反应，三元催化转换装置的转换效率才最高，排气中有害物质的含量才最低。因此，现代汽车中均安装了氧传感器。 氧传感器的数量因车而异，有的发动机只有一个氧传感器：有的双排气管发动机在左、右排气管上各安装一个氧传感器，这样该系统就有两个氧传感器，即左氧传感器和右氧传感器；也有的双排气管发动机在每个排气管的三元催化转换装置前、后各安装一个氧传感器(分别叫主、副氧传感器)，这样该系统共有4个氧传感器，即左主氧传感器、左副氧传感器、右主氧传感器以及右副氧传感器。氧传感器安装在排气管中排气消音器的前面。 一、氧传感器的结构与工作原理 氧传感器根据内部敏感材料的不同分为氧化锆式(也称锆管式)和氧化钛式两种。 1．氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器是目前应用最多的氧传感器，它主要由锆管、电极等组成，如图1—42 图l—42 氧化锆式氧传感器的结构 氧化锆式氧传感器内部的敏感元件是二氧化锆(ZrO2)固体电解质。在二氧化锆固体电解质粉末中添加少量的添加剂并烧制成管状，便称为锆管。紧贴锆管内、外表面的是作为锆管内、外电极的铂膜，内、外电极通过电极引线与传感器的线束插接器相连。锆管的内电极与外界大气相通，外电极与排气管内的排气相通。为防止发动机排出的废气腐蚀外层的铂电极，在外层铂电极表面都覆盖着一层多孔性的陶瓷层。 作为锆管外电极的金属铂的另一个重要作用是催化作用，对排气中(尤其是外电极铂膜附近)的一氧化碳(CO)和氧气(O2)起催化作用，使其反应生成二氧化碳(CO2)，其化学反应式为： 2CO+O2? ?→ ?催化剂2CO2 这种催化作用尽可能多地使浓混合气燃烧后排放废气中的低浓度氧气(O2)和高浓度一氧化碳(CO)发生化学反应(甚至可使氧气全部参加反应)。这样既减少了废气中一氧化碳
光电传感器工作原理 电子电路 2008-05-31 22:27 阅读6004 评论3 字号：大中小 本文来源网络 光电传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成 它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装
置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找
空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。 为使废气催化率达到最佳(90％以上)，必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度，转换成电信号后发送给ECU，使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(14．7：1)，若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率略有提高，但NOx的转化率急剧下降为20％，因此必须保证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会使催化转化器的使用寿命降低。 空燃比氧传感器（二） 范道钢 共2页 [1][2] 感器输出信号电流在发动机电脑内部对应出同废气中氧气含量对应的电压值，此电压值只能用专用检测仪测出。
当实际空燃比数值等于理论空燃比时，尾气中的氧气和未燃烧气体碳氢化合物、一氧化碳气也很少，全范围空燃比传感器空气腔侧铂电极同尾气侧铂电极之间的氧化锆固态电解质中没有氧离子流，故空燃比传感器在实际空燃比数值等于理论空燃比时不产生电流。因无电流输入，发动机电脑内检测电路对应出3．3伏特电压。当实际空燃比数值小于理论空燃比时，混合气浓，废气中氧气很少，但未燃烧干净碳氢化合物和一氧化碳较多。在实际空燃比数值小于理论空燃比时，混合气浓工况时，空燃比传感器参考空气腔内的氧气被空气腔侧铂电极电离后生成氧离子，生成的氧离子流过空气腔侧铂电极和尾气侧铂电极之间的氧化锆固态电解质，到达尾气侧铂电极，同穿过空燃比传感器扩散阻力层到达空燃比传感器尾气侧铂电极的未燃烧净的碳氢化合物和一氧 化碳发生化学反应，失去电子，产生方向为负的电流。此方向为负电流输入发动机电脑后，发动机电脑内部的检测电路对应小于3．3伏特电压。 实际空燃比数值大于理论空燃比时，混合气稀时，废气中氧气较多，废气中的氧气穿过扩散阻力层到达尾气侧铂电极被电离成氧离子，氧离子流过尾气侧铂电极和空气腔侧铂电极之间的氧化锆固态电解质，到达空气腔侧铂电极失去电子，产生方向为正的电流。此方向为正电流输入到发动机电脑内部的检测电路后，对应出大于3．3伏特的电压。实际空燃比数值越小、混合气越稀，对应的空燃比传感器电压值越高。实际空燃比数值越小、混合气越浓，对应出空燃比传感器的电压值越低。 从图9可以看出，传统氧传感器在怠速启动暖车后或发动机转速稳定后很长时间，才能进入实际空燃比闭环控制状态。而在怠速暖车和急加速状态等复杂工况下，无法控制实际空燃比，实际空燃比处于开环控制状态，所以在怠速暖车和急加速等复杂工况，尾气中碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物三种有害气体的排放量较多。 从图10可以看出发动机转速升高后，氧传感器波形变得很窄。这表明发动机转速升高后，氧传感器的反应速度加快，这需要发动机电脑以更快的速度调整喷油量，以便将实际空燃比控制在理论空燃比，所以在发动机高速运转时，为将实际空燃比控制在理论空燃比，需要氧传感器有很快的氧气响应速度，也需要有高速度高性能的发动机电脑。这大大增加了空燃比控制系统的难度，而且实际空燃比的控制效果也不佳。 从图11可以看出，全范围空燃比传感器电压值始终随发动机的工作状态而改变，而且反应极其灵敏，并且大部分时间都固定在3．3伏特附近(理论空燃比)。也就是说实际空燃比大部分时间都在理论空燃比位置，所以发动机电脑在大部分时间内不需要过多地反复调整喷油量来控制实际空燃比，使实际空燃比控制变得简单而高效。 由于全范围空燃比传感器的信号既准确又快速，所以发动机电脑可随时精确快速判断出各种工况下的空燃比，快速调整喷油量，使空燃比始终保持在理论空燃比附近，从而不需要传统氧传感器的浓稀、浓稀的混合比控制循环。使用全范围空燃比传感器可在车辆冷启动或急加速等复杂
氧传感器的工作原理与检测方法!!! 氧传感器安装在发动机的排气管上，位于三效催化转化器之前，用于测量废气中的氧含 量。如果废气中的氧含量高，说明混合气偏稀，氧传感器将这一信息输入发动机电控单元 （ECU），ECU 指令喷油器增加喷油量；如果废气中的氧含量低，说明混合气偏浓，ECU 指 令喷油器减少喷油量，从而帮助ECU 把混合气的空燃比控制在理论值（14.7）附近。因此， 氧传感器相当于一个混合气的浓度开关，它是电喷发动机实行闭环控制不可缺少的重要部 件。 1 氧传感器是一种热敏电压型传感器 氧传感器间接地反映进入气缸中混合气的浓度，这种信息是以波动的电压传递给电控单 元（ECU）的，因此判断氧传感器性能的主要方法是检测氧传感器输出的信号电压值及其波 动的范围和波动的频率。另一方面，发动机只有达到一定的温度才能激活氧传感器。因此， 检测氧传感器前，必须对发动机充分预热，在氧传感器达到正常工作温度300℃~350℃以后
才能进行检测，在此之前，氧传感器的电阻大，如同开路，氧传感器不产生任何电压信号； 若发动机的排气温度超过800℃，氧传感器的控制也将中断。 目前有的车型采用主、副2 个氧传感器，主氧传感器（在前）通常带有加热器，副氧传 感器不带加热器，要依*废气预热，温度超过300℃才能正常工作。对于加热型氧传感器， 其加热电阻的阻值一般为5Ω~7Ω。如果加热电阻被烧蚀（电阻为无穷大），氧传感器很难快 速达到正常的工作温度，此时应当更换氧传感器。 2 氧传感器的故障确认采取“时域判定法” 所谓“时域判定法”，是指某传感器的输出信号是否在一定的时间内发生变化以及变化的 范围、频率是否符合标准值，如果不发生这种变化，自诊断系统即确认其有故障。 氧传感器提供的信号电压标准为0.1 V ~1.0V，并且在这个范围内快速波动，其波动频率 标准为30 次/min。当氧传感器输出的信号电压在0.1 V ~0.3V 之间波动时，ECU 判定为混合 气偏稀；当氧传感器的信号电压在0.6 V ~0.9V 之间波动时，ECU 判定为混合气偏浓；当信 号电压为0.45V 左右时属最佳。如果氧传感器在一定的时间内没有
光纤传感器的位移特性实验报告 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。 四、实验步骤 1、根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图1-6光纤传感器安装示意图
2、将光纤实验模板输出端V O1与数显单元相连，见图1-7。 图1-7光纤传感器位移实验接线图 2、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 3、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调R W、使 数显表显示为零。 4、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值， 将其填入表1-4。 表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据 X（mm） V(v) 5、根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量 程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、实验数据处理 1、实验数据： X(mm) 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 V（v）0.00 0.08 0.19 0.32 0.45 0.59 0.76 0.92 1.13 1.27 X(mm) 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 V（v） 1.39 1.50 1.59 1.65 1.70 1.78 1.84 1.88 1.91 1.91
光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器工作原理（红外线光电传感器原理） 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 分类和工作方式 ⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。 ⑵对射型光电传感器 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 ⑶反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为
２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031） 摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２ （１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆ ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ 收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.doczj.com/doc/e811083868.html, 。 846--