傳感器復習材料

1、傳感器復習材料u 表示老師最后一節(jié)課復習時提到的，應該比較重要。第0章1. 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉換元件組成。2.傳感器的輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等。3.傳感器的組成方框圖： 4. 常見的信號調節(jié)與轉換電路有放大器、電橋、振蕩器、電荷放大器等，它們分別與相應的傳感器相配合。 5.傳感器的分類（表0-1）自己書上看看。傳感器的分類：按輸入量分類：位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等按工作原理分類：電阻式、電容式、電感式、壓電式、熱電式等按物理現(xiàn)象分類：結構型傳感器、特性型傳感器按能量關系分類：能量

2、轉換型傳感器、能量控制傳感器按輸出信號分類：模擬式傳感器、數(shù)字式傳感器6. 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置,即檢測與控制系統(tǒng)之首。7.當前傳感器技術的主要發(fā)展動向：開展基礎研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工藝，實現(xiàn)傳感器的集成化與智能化。8. 檢測技術屬于信息科學的范疇,與計算機技術、自動控制技術和通信技術構成完整的信息技術學科。第一章（傳感器特性、各特性的含義）u 1.傳感器的輸入-輸出特性有靜態(tài)特性和動態(tài)特性之分。u 2. 傳感器的靜態(tài)特性的主要指標：線性度 、遲滯 、重復性 、靈敏度與靈敏度誤差 、分辨率與閾值 、穩(wěn)定性 、溫度穩(wěn)定性 、多種抗干擾能力 、靜態(tài)誤差3、常用

3、擬合方法：理論擬合、過零旋轉擬合、端點擬合、端的平移擬合、最小二乘法擬合。u 4.遲滯：傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨休敵雠c輸入曲線不重合時稱為遲滯。u 5.重復性：傳感器在輸入按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。u 6.靜態(tài)靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比。靈敏度誤差：u 7.分辨率：傳感器能檢測到的最小的輸入增量。u 8.穩(wěn)定性：傳感器在長時間工作情況是輸出量發(fā)生的變化。有時稱為長時間工作穩(wěn)定性或零點漂移。9. 研究動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應法和頻率響應法來分析。經(jīng)常采用的輸入信號為單位階躍輸入量和正弦輸入量。

4、u 10. 動態(tài)響應特性一般并不能直接給出其微分方程，而是通過實驗給出傳感器與階躍響應曲線和幅頻特性曲線上的某些特征值來表示儀器的動態(tài)響應特性。與階躍響應有關的指標：時間常數(shù)、上升時間Tr、建立時間Ts、過沖量a1、衰減率、衰減比、對數(shù)減縮。（具體看書）與頻率響應特性有關的指標：公差帶（一般規(guī)定±3dB）、下截止頻率（L）、上截止頻率（H）、通頻帶或頻帶或傳感器的頻響范圍（L-H）。第二章（結合課后習題有考計算題，電阻式傳感器原理，溫度補償方式）u 1. 電阻式傳感器基本原理是將被測物理量的變化轉換成電阻值的變化，再經(jīng)相應的測量電路而最后顯示被測量值的變化。2.電阻式傳感器與相應的測

5、量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、測加速度、測扭矩、測溫度等測試系統(tǒng)。3.線性電位器：Rx=(x/xmax)Rmax (Rmax電阻總值、Xmax電位器全長)4.負載特性與負載誤差（P27 公式2-8、 2-9自己看）5.電阻應變片的工作原理（P31 公式2-24、2-25、2-27）金屬絲伸長后幾何尺寸變化6. 電阻應變片主要特性：1.靈敏系數(shù)、2.橫向效應 、3. 機械滯后，零漂及蠕變、4.溫度效應 、5.應變極限、疲勞壽命、6.動態(tài)響應特性7.溫度誤差及其補償：一、自補償法：1.單絲自補償法、2組合式自補償法。二、線路補償法（最常用的最好的方法是電橋補償法）。8.課本P39（懂計算）

6、 課本P40 橋臂比N=R2/R1,當n=1時，Uo=(U/4)*( R1/R1) （單臂可變）為了減少和克服非線性誤差，常用的方法是采用差動電橋（圖2-29c）Uo=(U/2)*( R1/R1) （雙臂可變）這時輸出電壓Uo與R1/R1成嚴格線性關系，沒有非線性誤差，而且電橋靈敏度比單臂時提高一倍，還具有溫度補償作用。Uo=U*( R1/R1) （四臂可變）9.課本P42看看圖 第三章（電感式傳感器種類、每種的原理）u 1.電感式傳感器種類（各類工作原理）：自感式傳感器、變壓式傳感器、渦流式傳感器、壓磁式傳感器（1）自感式傳感器： （電感值與線圈匝數(shù)的平方成正比，與空氣隙有效截面積S0成正比

7、，與空氣隙長度l0成反比）分類：氣隙型自感式傳感器、截面型自感式傳感器、差分自感式傳感器（2）變壓式傳感器：變壓器式傳感器，將非電量轉為線圈間互感M的一種磁電機構。像變壓器的工作原理，因此稱變壓器式傳感器。這種傳感器多采用差分形式。 等效電路及其特性P54（公式3-23、3-24）差分式變壓器的測量電路差分變壓器隨銜鐵的移位輸出一個調幅波，因而用電壓表來測量存在下述問題：總有電壓輸出因而零位附近的小移量測量困難；交流電壓表無法判別銜鐵移動方向，為此用必要的測量電路來解決。P59（自己看對應相應的圖3-19加對于總結、圖3-20）P61頁的圖3-23知道對應4、5位置的名稱，3-24知道對應1、

8、2位置的名稱.3-25、3-26都 看看。（3）渦流式傳感器：金屬導體置于變化的磁場中，導體內(nèi)產(chǎn)生感應電流，稱為電渦流（或渦流）。這種現(xiàn)象稱為渦流效應。渦流式傳感器，就是在這種渦流效應的基礎上建立起來的。 P63公式3-36。被測參數(shù)變化，既能引起線圈阻抗Z變化，也能引起線圈電感L和線圈品質因數(shù)Q值變化。電路轉換：被測量數(shù)變化可以裝換成傳感器線圈的品質因數(shù)Q、等效阻抗Z和等效電感L的變化。利用Q值的轉換電路較少。利用z的轉換電路一般用電橋，它屬于調幅電路。利用L的轉換電路一般用諧振電路，根據(jù)輸出是電壓幅值還是電壓頻率，諧振電路又分為調幅和調頻兩種。渦流式傳感器的應用：P64-65字多自己看。（

9、4）壓磁式傳感器：某些鐵磁物質，在機械力的作用下，產(chǎn)生機械應力，引起磁導率的改變，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應”。相反，某些鐵磁物質，在磁場的作用下，產(chǎn)生變形，有些伸長有些則壓縮，這種現(xiàn)象稱為“磁致伸縮”。 壓磁應變靈敏度：單位應變引起的磁導率相對變化 = /磁導率的相對變化l = l/l 在機械力的作用下材料的相對變形壓磁應力靈敏度：單位應力引起的磁導率相對變化壓磁式傳感器輸出電參量為電阻抗或二次繞組的感生電動勢，即有如下變換鏈：PRmZ或e圖a、b為測壓力P用的傳感器，關系如下：L=K1·K2·P維捷曼效應:所謂維捷曼效應是指在卷捻棒狀鐵磁物質時，在其上將出現(xiàn)一個按照螺旋形分

10、布的區(qū)域中磁導率沿螺旋方向增加。第四章（重點：電容式傳感器的種類、原理，可測哪些參數(shù)，計算）u 1.電容式傳感器已在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應用。2.電容式傳感器作為頻響寬、應用廣、非接觸測量的一種傳感器，是很有發(fā)展前途的。u 3. 電容式傳感器的工作原理：兩個平行金屬極板組成的電容器，不考慮其邊緣效應，其電容為： eS C = d介電常數(shù)，S 面積，d 距離u 4. 電容式傳感器的類型：變極距(或稱變間隙）型、變面積型、變介電常數(shù)型電極形狀有三種：平板形、圓柱形、球平面形 u 5.計算P71-72：圖4-1結合公式4-2，圖4-2結合公

11、式4-3以及圖4-3對應的算式。相應會考計算題。6.差分式電容傳感器靈敏度P73公式4-5.其靈敏度比單極性式提高一倍，而且非線性也大為減小。7、 電容式傳感器的特點：優(yōu)點：（1）溫度穩(wěn)定性好，（2）結構簡單、適應性強，（3）動態(tài)響應好，（4）可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應 缺點：（1）輸出阻抗高，負載能力差，（2）寄生電容影響大，（3）輸出特性非線性 8.電容式傳感器等效電路：9.選用50kHz至幾兆赫茲作為電容式傳感器的電源頻率，可以降低對傳感器絕緣部分的絕緣要求。10. 帶有等位環(huán)的平板電容傳感器結構原理圖（注意3-等位環(huán)）11.一般電容值變化在10-3103pF范圍內(nèi)，相對值C/C變

12、化則在10-61的范圍內(nèi)。12.“驅動電纜“技術（也稱”雙重屏蔽等位傳輸“技術），其內(nèi)屏蔽層與信號傳輸導線（即電纜芯線）通過1:1放大器成為等位，從而消除了芯線與內(nèi)屏蔽層之間的電容。P78圖4-9看看。13. 轉換電路種類很多，一般歸結為兩大類型調制型、脈沖型（或稱為電容充放電器） 14.交流電橋法：P81圖4-13（主要看b，d,e）結合文字說明，自己看。u 15. 電容式傳感器可測量直線位移、角位移，振動振幅(可測至0.05m的微小振幅)，尤其適合測量高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量，還可測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質的

13、濕度、密度、厚度等。第五章（重點：磁電式傳感器可測哪些東西）1.磁電感應式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生感應電動勢的傳感器；霍爾式傳感器為載流半導體在磁場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電動勢的傳感器。u 2.磁電感應式傳感器也稱為電動勢傳感器。它利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電動勢。具有一定的頻響范圍（一般為10-1000Hz），適用于振動、轉速、扭轉等測量。3. 磁電感應式傳感器工作原理P88-89看一下（公式和圖）4. 磁電感應式傳感器動態(tài)分析主要看圖P90 圖5-3、5-4，P91 圖5-65. 磁電感應式傳感器直接輸出感應電動勢。6.磁電感應傳感器是速度傳感器，

14、如果要獲取位移或加速度信號，就需要配用積分電路或微分電路。7.P94-98頁的圖基本都有劃，所以看看吧。8.霍爾式傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量，如電流、磁場、位移、壓力等轉換成電動勢輸出的一種傳感器。9.霍爾效應相關原理P99-100自己看。10.霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片（一般為4mm*2mm*0.1mm）11. 霍爾元件的主要技術指標（6項）：（1）額定激勵電流IH，（2）輸入電阻Ri （3）輸出電阻Rs ，（4）不等位電勢及零位電阻r0，（5）寄生直流電動勢，（6）熱阻RQ12.了解霍爾元件的接法。13圖5-26.霍爾式位移傳感器?；魻栯娛阶兓癁椋篣H=kx (k位

15、移傳感器靈敏度)這種位移傳感器可用來測量±0.5mm的小位移，特別適用于微位移、機械振動等測量。第六章（重點：正壓電效應、逆壓電效應可測什么、原理、特點；壓電效應、現(xiàn)象可做哪些東西）1.壓電式傳感器是一種有源的雙向機電傳感器。它的工作原理是基于壓電材料的壓電效應壓力沖擊和振動等動態(tài)參數(shù)測試中，是主要的傳感器品種3.在電聲和超聲工程中也有利用逆壓電效應制作的傳感器4.圖6-2 石英晶體的外形和晶軸 Z軸為光軸，X軸為電軸，Y為機械軸5.圖6-8壓電式傳感器測試系統(tǒng)的等效電路 （p116）6.壓電元件配套的測量電路的前置放大器有兩種形式：一種是電壓放大器；另一種是電荷放大器7.電壓放大器

16、的作用是將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當放大8.便于遠距離測量的電荷放大器，是一種較好的沖擊測量放大器（p118）9.壓電式傳感器，在檢測技術中，常用來測量力和加速度第七章1.光電式傳感器是將光通量轉換為電量的一種傳感器。光電式傳感器的基礎是光電轉換元件的光電效應。2.光電效應即是由于物體吸收了能量為E的光后產(chǎn)生的電效應。3、從傳感器的角度看光電效應可分為兩大類：外光電效應和內(nèi)光電效應。4、內(nèi)光電效應是指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。5、光生伏特效應利用光勢壘效應，光勢壘效應指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電壓。

17、6、光電管及光電倍增管的工作原理是基于外光電效應。7、若每級的倍增率為，若有n級，則光電倍增管的光電流倍增率為n。光電倍增極一般采用Sb-Cs涂料或Mg合金涂料，倍增極數(shù)可在414之間，值的范圍是36。8、圖7-4 光電管特性（p127）9、光敏電阻是用具有內(nèi)光電效應的光導材料制成的，為純電阻元件，其阻值隨光照增強而減小。10、圖7-6光敏二極管（p128） 圖7-7光敏三極管（p129）11、光電池是基于光生伏特效應制成的，是自發(fā)電式有源器件。它有較大面積的PN結，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現(xiàn)電動勢。12、硅光電池也稱為硅太陽能電池，它是用單晶硅制成的，在一塊N型硅片上用擴散的方法滲

18、入一些P型雜質而形成的一個大面積的PN結，P層做的很薄，從而使光線能穿透到PN結上。13、圖7-9 半導體光電元件的光電特性（p130） 圖7-10半導體光電元件的伏安特性 （p131）14、光源：發(fā)光二極管、鎢絲燈泡、電弧燈或石英燈、激光15、圖7-14 真空光電管的插接測量電路（p135） 圖7-15 光電倍增管的測量電路（p135）16、圖7-16所示為光敏電阻開關電路，三極管T1、T2構成斯密特觸發(fā)電路。17、圖7-17 光敏三極管的開關電路 圖7-18具有溫度補償?shù)墓饷舳O管測量電路 （p136）18、圖7-19為光電池的開光電路，由光電池控制斯密特電路。該電路在輸入信號變化十分緩慢

19、的時候，也能確保迅速轉換。由于光電池即使在強光照射下最大輸出電壓僅為0.6V19、模擬式光電傳感器的工作原理是基于光電元件的光電特性，其光通量是隨被測量而變，光電流就成為被測量，故稱為光電傳感器的函數(shù)運用狀態(tài)。吸收式光電傳感器常用來作混濁度計。利用反射式原理可制成表面粗糙度測試儀。利用遮光式原理可以制成測量位移的位移計。利用輻射式原理制成WDS型光電比色高溫計。20、圖7-20光電元件的測量方式（p137）21、光纖傳感器和常規(guī)傳感器相比具有許多優(yōu)點：抗電磁干擾能力強；靈敏度較高；幾何形狀具有很多方面的適應性，可以制成任意形狀的光纖傳感器；可以制造傳感器各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可以用

20、于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕或其他的惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測技術的內(nèi)在相容性。22、被測量遍及位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動、水聲、溫度、電流、電壓、磁場和核輻射等。23、纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n224、光纖工作的基礎是光的全內(nèi)反射25、7-8、7-9公式（p140）26、單模光導纖維通常是指躍變型光纖芯尺寸?。ㄍǔH幾微米），多模光導纖維通常是指躍變型光纖芯尺寸較大（大部分為幾十微米）27、光纖傳感器按其工作原理來分有功能型（或物性型、傳感型）、與非功能型（或結構型、傳光型）28、功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導而且具有測量的功能29、功能型光纖傳感器可

21、分為振幅調制型、相位調制型及偏振態(tài)調制型30、檢測位移分辨力為0.01（p142）31、光纖測溫傳感器就是利用光纖內(nèi)傳輸?shù)南辔浑S溫度參數(shù)的改變而改變的原理制成的32、光纖位移傳感器是利用光纖傳輸光信號的功能，根據(jù)探測到的反射光的強度來測量被測量與反射表面的距離33、光纖測溫傳感器是利用被測表面輻射能量隨溫度變化而變化的特點，利用光纖將輻射能量傳輸?shù)綗崦粼希?jīng)過轉換，再變成可供記錄和顯示的電信號34、光頻率調制是基于被測物體的入射光頻率與其反射光的多普勒效應，所以主要用來測量運動物體的速度35、電荷耦合器件（CCD）是典型的固體圖像傳感器36、CCD可以把光信號轉換成電脈沖信號。每一個脈沖只

22、反映一個光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用37、CCD有線陣和面陣兩種38、在圓分度和角位移測量方面，一般認為光柵式傳感器是精度最高的一種39、圖7-35 光柵柵線放大圖 圖7-36光柵傳感器的構成原理圖（p149）40、光柵按工作原理分為：有物理光柵和計量光柵41、長光柵主要用于測量長度，條紋密度有每毫米25條、50條、100條、250條等42、相鄰的兩明暗條紋之間的距離B稱為莫爾條紋間距 7-14公式（p151）43、圖7-41 長光柵橫向莫爾條紋（p152）44、激光式傳感器按工作原理不同可分為三類：激光干

23、涉?zhèn)鞲衅?、激光衍射傳感器和激光掃描傳感?5、利用干涉條紋隨被測長度的變化而變化的原理可實現(xiàn)長度計量46、在實際應用中，一般都是測量幾米以內(nèi)的工件長度，精度可達0.1um（p158）第八章重點：熱電耦、分度表；熱電耦基本定律、含義作用、冷端補償?shù)姆绞接心男┖x；熱電阻分類、測量范圍，三線、四線接法。后兩次實驗電路要看，考小題，看電路。整理完發(fā)現(xiàn)。重點就是整本書！課后答案1.1解：1.2解：1.8答：靜特性是當輸入量為常數(shù)或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標有線性度、遲滯、重復性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。2.22.9答：（1）在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度

24、系數(shù)t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（g與s）之差異性而產(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實一邊同數(shù)量級誤差。（2）方法：自補償法，線路補償法2.102.113.1答：種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁3.5 4.2答：原理：由物理學知，兩個平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應，其電容為C=S/D 式中為兩個極板間介質的介電常數(shù)，S為兩個極板對有效面積，D為兩個極板間的距離。由此式知，改變電容C的方法有三： 其一為改變介質的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數(shù)的輸出為電容值的增量 這就組成了電容式傳感器

25、。類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質的濕度、密度、厚度等。4.3答：可選用差分式電容壓力傳感器，通過測量筒內(nèi)水的重力，來控制注水數(shù)量。或者選用應變片式液徑傳感器。4.5解：4.6略5.1答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉換為電信號的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。 磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。而電感式

26、傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。 磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速。6.2答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。7.3答：光導纖維工作的基礎是光的全內(nèi)反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復逐次反射，直至傳遞到另一端面。優(yōu)點： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導損耗小 b頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環(huán)境下工作，能進行遠距離信號的傳送功能型光纖傳感器其

27、光纖不僅作為光傳播的波導，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。8.1答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型： 鉑電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應用于溫度的基準、標準的傳遞，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種。 銅電阻傳感器：價錢較鉑金屬便宜。在測溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關系。材料容易提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉑電阻稍低、電阻率小。 鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學穩(wěn)定性差，不易提純，復制性差，而且電阻值與溫度的線性關系差。目前應用不多8.2答：熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。有電流產(chǎn)生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩