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几种新型传感器

第13章几种新型传感器

l随着技术的发展和新材料的出现，各种新型传

感器层出不穷。与传统传感器相比，新型传感

器的典型特征是微型化、数字化、智能化、网

络化。各种新型传感器被广泛应用于生物、医

学、环保化学、工业过程控制和汽车制造等领

域。

第13章几种新型传感器

一非晶态合金传感器

非晶态合金是一种新型功能材料，它具有丰富而明显的物理效应。

现在非晶态合金广泛应用于各种物理检测领域。

非晶态合金具有下面两种主要敏感功能：

1．非晶态合金的磁—机转换功能

非晶态合金的磁—机变换功能主要指其将机械量转换成磁学量的

功能，也包括磁场对非晶态合金力学性能的影响。磁弹性效应是

非晶态合金实现磁—机转换的核心。典型的磁弹性效应有磁致伸

缩效应与逆磁致伸缩效应等，前者多应用于超声波发生元件；后

者是众多机械量、力学量和磁场传感器敏感机理的基础。利用该

效应可以检测的物理量包括磁场、应力应变、扭矩、冲击、声音、

压力、加速度等等。

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2．非晶态合金的磁—电变换功能

非晶态合金的磁—电变换功能主要指它将磁场变化转

换成电量的功能。根据不同的转换途径，其中主要物

理效应包括电磁感应效应和磁阻效应等。前者可以制

成检测转速、微小交变电流等物理量的无源传感器

其中漏电保护器中的电流互感器是我国当前非晶态合

金材料应用的一个重点；后者可以用来制造磁泡存储

器中的磁场传感器，它具有电阻率温度系数小、耐辐

射等优点，因此比其他敏感材料更能胜任某些特殊环

境下的检测任务。

第13章几种新型传感器

脉冲感应型磁场传感器

脉冲感应型磁场传感器的基本组成单元有三部分，即脉冲电流源、带有非

晶态合金磁心的检测线圈和感应电压检出器，如图所示。

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脉冲电流源向检测线圈提供一个受控的窄脉冲

电流，对非晶态合金磁心进行周期性的磁化。

同时，非晶态合金磁心也是敏感元件，它感受

被测磁场的变化，将这种变化调制到磁化状态

上去。当检测线圈两端的激励电流为零时（即

窄脉冲的下降沿），利用电磁感应效应把被测

磁场变化转化成感应电压。感应电压检出器则

把线圈所产生的感应电压的峰值取出来，向外

输出。

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非晶态合金膜片式压力传感器

该传感器利用非晶态合金的磁致伸缩效应与逆磁致伸缩效应制成。

磁致伸缩效应既磁性体在外加磁场作用下发生机械形变；反之，外

力作用下的机械形变会改变该磁性体的磁化状态。图示为非晶态合

金膜片。膜片周围固定在方形框上。上面装有驱动磁头D1和检测磁

头D2。D1产生正弦交变磁场，使膜片产生同频率的机械形变。同

时，该机械形变在D2端表现为交变的磁化状态，D2通过

一定方法（例如将非晶态合金膜片作为电

感传感器的磁心）将此交变磁化状态转换

为正弦电压信号。若垂直于膜片加静态压

强p，则膜片弯曲，膜片的磁化状态因此

发生改变。D2所检测电压幅值Em与膜片

所受压强p有线性关系。

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二超导体传感器

1超导红外传感器

当红外辐射照射到超导体上时，其导电率发生变化。这样，根据

超导体导电率的变化，可以检测红外辐射能量。