傳感器與檢測技術(shù)總結(jié)Word版

1、傳感器與檢測技術(shù)總結(jié) 姓名：王婷婷學(xué)號：14032329班級：14-11傳感器與檢測技術(shù)這學(xué)期通過學(xué)習(xí)傳感器與檢測技術(shù)，懂得了很多，以下是我對這本書的總結(jié)。第一章 概 述傳感器的作用是：傳感器是各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的組成：被測量量-敏感元件-轉(zhuǎn)換元件-基本轉(zhuǎn)換電路-電量輸出傳感器的分類：按被測量對象分類（內(nèi)部系統(tǒng)狀態(tài)的內(nèi)部信息傳感器位置、速度、力、力矩、溫度、導(dǎo)演變化、外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器接觸式觸覺、滑動覺、壓覺、非接觸式視覺、超聲測距、激光測距）

2、；按工作機理分類（結(jié)構(gòu)型電容式、電感式、物性型霍爾式、壓電式）；按是否有能量轉(zhuǎn)換分類（能量控制型有源型、能量轉(zhuǎn)換型無源型）；按輸出信號的性質(zhì)分類（開關(guān)型二值型接觸型微動、行程、接觸開關(guān)、非接觸式光電、接近開關(guān)、模擬型電阻型電位器、電阻應(yīng)變片，電壓、電流型熱電偶、光電電池，電感、電容型電感、電容式位置傳感器、數(shù)字型計數(shù)型脈沖或方波信號+計數(shù)器、代碼型回轉(zhuǎn)編碼器、磁尺）。傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。當輸入量為常量，或變化極慢時，稱為靜態(tài)特性；輸出量對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性，這一關(guān)系稱為動態(tài)特性，這一特性取決于傳感器本身及輸入信號的形式。可以分為接觸式環(huán)節(jié)（以剛性接觸形式傳遞信

3、息）、模擬環(huán)節(jié)（多數(shù)是非剛性傳遞信息）、數(shù)字環(huán)節(jié)。動態(tài)測量輸入信號的形式通常采用正弦周期（在頻域內(nèi)）信號和階躍信號(在時域內(nèi))。傳感器的靜態(tài)特性：線性度（以一定的擬合直線作基準與校準曲線比較）、遲滯、重復(fù)性、靈敏度（K0=Y/X=輸出變化量/輸入變化量=k1k2···kn）和靈敏度誤差（rs=K0/K0×100%、穩(wěn)定性、靜態(tài)測量不確定性、其他性能參數(shù)：溫度穩(wěn)定性、抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的動態(tài)特性：傳遞函數(shù)、頻率特性（幅頻特性、相頻特性）、過渡函數(shù)。0階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度；一階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時間常數(shù)；二階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時間常數(shù)，阻尼比。傳感器的標定：

4、通過各種試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關(guān)系。國家標準測力機允許誤差±0.001%，省、部一級計量站允許誤差±0.01%，市、企業(yè)計量站允許誤差±0.1%，三等標準測力機、傳感器允許誤差±（0.30.5）%，工程測試、試驗裝置、測試用力傳感器允許誤差±1%。分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定。第二章 位 移 檢 測 傳 感 器測量位移常用的傳感器有電阻式、電容式、渦流式、壓電式、感應(yīng)同步器式、磁柵式、光電式。參量位移傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，即電阻、電容或電感等。發(fā)電型位移傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電源性參

5、量，如電動勢、電荷等。屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器，這類傳感器有磁電型、壓電型等。電位計的電阻元件通常有線繞電阻、薄膜電阻、導(dǎo)塑料（即有機實心電位計）等。電位計結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，性能穩(wěn)定，并容易實現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系。其缺點是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。線性電位計的空載特性： ，KR-電位計的電阻靈敏度（/m）。電位計輸出空載電壓為 ，Ku-電位計的電壓靈敏度（V/m）。電容式傳感器的基本原理：、S和r中的某一項或幾項有變化時，就改變了電容C0，或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；r的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。

6、0=8.85×10-12F/m 。 a.變極距型電容位移傳感器的靈敏度為，；b.變極板面積型電容位移傳感器, ； c.變介質(zhì)型電容式位移傳感器 ，其中0為真空介電常數(shù)（空氣介電常數(shù)1=0）r為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，為介質(zhì)的介電常數(shù)； d.容柵式電容位移傳感器 ，其中n為可動容柵的柵極數(shù)，a、b分別為柵極的寬度寬度和長度，為每條柵極所對應(yīng)的圓心角，R、r分別為柵極外半徑和內(nèi)半徑。特點分辨力高、精度高、量程大，刻劃精度和安裝精度要求有所降低。電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：電橋電路、二極管雙T形電路、差動脈沖調(diào)寬電路、運算放大器式電路、調(diào)頻電路。電容式傳感器的特點：優(yōu)點：溫度特性好，結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)

7、性強，動態(tài)響應(yīng)好，可以實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。缺點：輸出阻抗高、負載能力差，寄生電容影響大。電感式位移傳感器：是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。感測量：位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重。種類有：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：分自感式和互感式兩種；根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，分氣隙型、面積型和螺管型。電感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：調(diào)幅電路；調(diào)頻電路；調(diào)相電路。自感式電感受位移傳感器： ； ； ；其中l(wèi)-鐵心與銜鐵中的導(dǎo)磁長度；-鐵心與銜鐵的磁導(dǎo)率（H/m）；S-鐵心與銜鐵中的導(dǎo)磁面積；-氣隙厚度；0-真空磁導(dǎo)率；S0-氣隙導(dǎo)磁橫截面積。互感式位移傳感器：將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。常接成差動形

8、式，故也稱差動變壓器式位移傳感器，屬于螺管型。則總輸出電動勢互感式位移傳感器的誤差因素：零點殘余電壓（當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值（從零點幾mV到數(shù)十mV）存在，稱為零點殘余電壓。電渦流式傳感器：電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導(dǎo)體時，金屬導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線，類似水渦形狀，稱之為電渦流。電渦流式傳感器是以電渦流效應(yīng)為基礎(chǔ)，由一個線圈和與線圈鄰近的金屬體組成，當線圈通入交變電流I時，在線圈的周圍產(chǎn)生一交變磁場H1，處于該磁場中的金屬體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并形成渦流。金屬體上流動的電渦流也將產(chǎn)

9、生相應(yīng)的磁場H2，H2與H1方向相反，對線圈磁場H1起抵消作用，從而引起線圈等效阻抗Z或等效電感L或品質(zhì)因素相應(yīng)變化。金屬體上的電渦流越大，這些參數(shù)的變化亦越大。如圖如式：渦流位移傳感器主要分為高頻反射和低頻透射兩類。電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：電橋電路法、諧振電路法、正反饋法。其特點是渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于進行非接觸測量，靈敏度高，應(yīng)用廣泛，可測位移、厚度、振動等?；魻栃?yīng)的定義：磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢，霍爾效應(yīng)的大?。夯魻柺絺鞲衅鞯恼`差因素：元件幾何誤差以及電極焊

10、點的大小造成的影響；不等位電勢的影響；寄生直流電勢的影響；感應(yīng)電勢的影響；溫度誤差的影響（恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻；合理選取負載電阻；恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻；采用溫度襝元件。）光柵式位移傳感器：長光柵（測量線位移）、圓光柵（測量角位移）。長光柵：是根據(jù)莫爾條紋效應(yīng)設(shè)計的。兩個莫爾條紋的間距。光柵條紋密度有25條/mm，50條/mm，100條/mm或更密，柵線長度一般為612mm。其測長精度可達0.53m(3000mm范圍內(nèi)），分辨力可達0.1m。圓光柵：圓光柵同心放置時，條紋間距；偏心放置時，測量精度可達到0.15"，分辨力可達0.1"。W：光柵柵距。R：圓的半徑。R

11、1、R2:分別為切線圓半徑。e :偏心量。光柵可以制成透射光柵和反射光柵,透射光柵的柵線刻制在透明村料上,要求較高時,可以采用光學(xué)玻璃；而指示光柵最好采用光學(xué)玻璃，反射光柵的柵線刻制在具有反射率很高的金屬或鍍以金屬膜的玻璃上。感應(yīng)同步器：利用電磁感應(yīng)原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。根據(jù)用途可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測量線位移和角位移。激光式位移傳感器：由激光器、光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的將測位移量轉(zhuǎn)換成電信號。常用的激光干涉測長傳感器分為單頻激光干涉?zhèn)鞲衅骱碗p頻激光干涉?zhèn)鞲衅鳌?第三章 力、扭矩和壓力傳感器測力傳感器：用于測力的傳感器多為電氣式。電氣式測力傳感

12、器根據(jù)轉(zhuǎn)換方式不同又分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應(yīng)變式、電容式、電感式等。發(fā)電測力傳感器有壓電式、壓磁式等。電阻應(yīng)變式測力傳感器:將力作用在彈性元件上,彈性元件在力作用下產(chǎn)生應(yīng)變,利用貼在彈性元件上的應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。然后利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換成電壓（或電流）的變化，再送入測量放大電路測量。最后利用標定的電壓（或電流）和力之間的對應(yīng)關(guān)系，可測出力的大小或經(jīng)換算得到被測力。應(yīng)變片：；其中：電阻絲的泊松系數(shù)；：電阻絲受到的應(yīng)力（Pa)；E：電阻絲的彈性模量；L：電阻絲材料的縱向壓阻系數(shù)。對于金屬絲，（1+2）»LE，則；其中K：金屬電阻絲靈敏系數(shù)，K約在1.73

13、.6之間。常用金屬絲材料在200300以下工作可選用康銅絲應(yīng)變絲，在300以上工作可選用鎳鉻合金應(yīng)變片、鉑銥合金應(yīng)變片等。半導(dǎo)體應(yīng)變片：其工作原理是基于壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：是指當半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時，由于截流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。表達電阻絲電阻應(yīng)變效應(yīng)的公式也適用于半導(dǎo)體電阻材料。其應(yīng)變靈敏系數(shù)為：，半導(dǎo)體應(yīng)變片的缺點是應(yīng)變靈敏系數(shù)的離散性大，機械強度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大。應(yīng)變片的布置和接橋方式：則電橋的輸出電壓為： ，當R1=R2=R3=R4=R ， ，應(yīng)變儀電橋式作方式有：單臂、雙臂、四臂。應(yīng)變片在彈性元件上典型的布片和接橋方式有：柱型、環(huán)形、懸臂梁式、兩端固定

14、梁、軸。壓電式力傳感器：是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。正壓電效應(yīng)：當某些晶體沿一定方向受到外力作用而變形時，在其相應(yīng)的兩個相對表面產(chǎn)生極性相反的電荷，當外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，電荷的極性取決于變形的形式。逆壓電效應(yīng)：在某些晶體的極化方向（受力能產(chǎn)生電荷的方向）施加外電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，當外電場撤去后，變形也隨之消失。壓電元件及其晶片連接方式有：單片式、兩片串聯(lián)式、兩片并聯(lián)式、剪切式、扭轉(zhuǎn)式。壓磁式力傳感器：在機械力作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)力變化，使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁阻相應(yīng)也發(fā)生變化的現(xiàn)象。外力是拉力時，在作用方向鐵磁材料磁

15、導(dǎo)率提高，垂直作用力方向磁導(dǎo)率降低；作用力為壓力時，則反之。常用的鐵磁材料有硅鋼片和坡莫合金。 第四章 速度、加速度傳感器直流測速發(fā)電機：按定子磁極的勵磁方式不同，可分為電磁式、永磁式兩類；若按電樞的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為無槽電樞、有槽電樞、空心杯電樞、圓盤印刷繞組等。電樞感應(yīng)電動勢為，其中Ke：感應(yīng)系數(shù)；：磁通；n：轉(zhuǎn)速；Ce:感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)。空載時：Is=0 ,則有直流測速發(fā)電機的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動勢相等，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。有負載時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為，rS：電樞回路的總電阻。電樞電流為，RL：測速發(fā)電機的負載電阻。則可得直流測速發(fā)電機在工作中，其輸出電壓與轉(zhuǎn)

16、速之間不能保持比例關(guān)系，原因和改進方法：一是有負載時，電樞反映去磁作用的影響，使輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比（在定子磁極上安裝補償繞組，或使負載電阻大于規(guī)定值）。二是電刷接觸壓降的影響（應(yīng)采用接觸壓降較小的銅-石墨電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀）。三是溫度的影響（在直流測速發(fā)電機的繞組回路中串聯(lián)一個電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上）。交流測速發(fā)電機：可分為永磁式、感應(yīng)式、脈沖式三種。永磁式并流測速發(fā)電機實質(zhì)上是單向永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機,定子繞組感應(yīng)的交變電動勢的大小和頻率都隨輸入信號而變化: ； ；其中K：常系數(shù)， ；p：電機極對數(shù)；N：定子繞組每相匝數(shù)；KW：定子繞組基波繞組

17、系數(shù)；m：電機每極基波磁通的幅值。通常此電機只做指示式轉(zhuǎn)速計使用。感應(yīng)式測速發(fā)電機與脈沖式測速發(fā)電機的工作原理基本相同，都是利用定子、轉(zhuǎn)子齒槽相互位置的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈動，從而感應(yīng)出電動勢，也稱為感應(yīng)子式發(fā)電機原理。輸出電動勢的頻率為 ，其中Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)；n：電動機轉(zhuǎn)速（r/min)線振動速度傳感器：當一個繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相對運動時，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其中B：線圈所在磁場的磁感應(yīng)強度（T）；l：每匝線圈的平均長度；v：線圈磁場的運動速度。變磁通式：開磁路式：測量時，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變

18、化一次，磁通亦變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。閉磁路式：測量轉(zhuǎn)速時，磁能周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。 ； 陀螺式角速度傳感器：包括轉(zhuǎn)子陀螺、壓電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺。半導(dǎo)體硅流速傳感器是一種可測流速、流動方向的傳感器。其工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率與流體流速相關(guān)原理制成的。 ，Q：流體介質(zhì)從溫度T1流向溫度T2的熱量；：熱導(dǎo)率；vt:流體介質(zhì)流速；B：常數(shù)，A為vt=0時的熱導(dǎo)率，A與B均由由流體介質(zhì)性質(zhì)和發(fā)熱體性質(zhì)決定。加速度傳感器：常用的有壓電式、應(yīng)變式、磁致伸縮式等。壓電式加速度傳感器包括：壓縮型(為了區(qū)

19、分異常振動與其它噪聲振動，傳感器的固有頻率設(shè)計成與異常振動頻率相同，從而提高了信噪比）、剪切型（可忽略橫向加速度的影響，還能在高溫環(huán)境中使用）、彎曲型（結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、靈敏度高，但壓電材料有阻抗高、脆性大、難于與金屬粘結(jié)）。因為其本身內(nèi)阻抗很高，輸出微弱，則必須接高輸入阻抗的前置放大器。這類放大器有電壓放大器（第一級采用場效應(yīng)管構(gòu)成源極輸出器，第二級晶體管構(gòu)成對輸入端的負反饋，以提高輸入阻抗）和電荷放大器（輸出電壓 ，Q：傳感器輸出電荷，Cf:反饋電容，即輸出電壓與電纜分布、長短無關(guān)）。壓電加速度傳感器屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度輸出電壓（mV）與所

20、承受加速度之比、電荷靈敏度輸出電荷（Q）與所承受加速度之比）。對給定的壓電材料，靈敏度隨質(zhì)量的增大或壓電片的增多而增大。一般加速度傳感器尺寸越大，其固有頻率越低。因此在選用加速度傳感器時應(yīng)當權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。 第五章 視覺、觸覺傳感器視覺傳感器：以光電變換為基礎(chǔ)，由四個部分組成，照明部（鎢絲燈、閃光燈等）、接收部（由透鏡和濾光片組成，具有聚成光學(xué)圖像或抽出有效信息的功能）、光電轉(zhuǎn)換部（將光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號）、掃描部（將二維圖像的電信號轉(zhuǎn)換成時間序列的一維信號）。在機電一體化系統(tǒng)中的作用有三：進行位置檢測；進行圖像識別；進行物體形狀、尺寸缺陷的檢測

21、。視覺傳感器分為:光電式攝像機（即工業(yè)電視攝像機）其光導(dǎo)攝像管是一種兼有光電轉(zhuǎn)換功能和掃描功能的真空管、固體半導(dǎo)體攝像機由許多光電二極管組成陣列代替光導(dǎo)攝像管。其攝像元件為CCD即電荷耦合器件,它是一種MOS型晶體管開關(guān)集成電路，它的構(gòu)成主要有隔行傳送方式、幀傳送方式、激光式視覺傳感器利用激光作為定向性高密度光源，由光電轉(zhuǎn)換及放大元件、高速回轉(zhuǎn)多面棱鏡、激光器組成、紅外圖像傳感器由紅外敏感元件、電子掃描電路組成。人工視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：圖像輸入、圖像處理、圖像存儲、圖像輸出四個子系統(tǒng)組成。圖像輸出裝置分為兩類：一類是只要求瞬時知道處理結(jié)果，以及計算機用對話形式進行處理的顯示終端，稱為軟拷貝；另

22、一類可長時間保存結(jié)果，如寬行打印機、繪圖機、X-Y繪圖儀以及顯示器圖面照像裝置等，稱為硬拷貝。圖像信息的處理技術(shù)中，區(qū)域法與微分法不同，它不直接檢測灰度的變化點，而是以灰度大致相同的像素集合作為區(qū)域而匯集的方法。觸覺傳感器：接觸覺、壓覺的閾值單位為104Pa，人的壓覺閾值約為1.28×104Pa，人的手指接觸覺閾值約為3×104Pa。接觸覺傳感器的代表是用硅橡膠制成的矩陣式觸覺傳感器。硅橡膠與金屬電極對置、接觸。由于硅橡膠受壓其電阻值就改變，所以輸出電壓相應(yīng)變化?；瑒佑X傳感器：被用于工業(yè)機器人手指把持面與操作對象之間的相對運動，以實現(xiàn)實時控制指部的夾緊力。它是檢測指部與操作

23、物體在切向的相對位移。 第六章 溫度傳感器熱電偶式溫度傳感器：屬于接觸式熱電動勢型傳感器，基于熱電效應(yīng)（當兩種不同金屬導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起組成一個閉合電路時，由于兩個端點溫度不同，回路中將產(chǎn)生熱電動勢，并有電流通過，即將熱能轉(zhuǎn)換成電能。）它由熱電偶（閉合回路）、熱電極（兩導(dǎo)體）、熱端、冷端組成。熱電動勢由接觸電動勢、溫差電動勢兩部分組成。熱電偶的分類:普通熱電偶(主要用于測量液體和氣體的溫度)、鎧裝熱電偶（也稱纜式熱電偶，可分為有碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。特點是測量結(jié)熱容量小、熱慣性小、動態(tài)響應(yīng)快、撓性好、強度高、抗震性好，適用于普通熱電偶不能測量的空間溫度）、薄膜熱電偶（可分為

24、片狀、針狀，主要用于測量固體表面小面積瞬時變化的溫度。特點是熱容量小、時間常數(shù)小、反應(yīng)速度快）、并聯(lián)熱電偶（它是把幾個同一型號的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起，而各個熱電偶的測量結(jié)處于不同溫度下，其輸出電動勢為各熱電偶熱電動勢的平均值，所以這種熱電偶可用于測量平均溫度）、串聯(lián)熱電偶（又稱熱電堆，它是把若干個同一型號的熱電偶串聯(lián)在一起，所有測量端處于同一溫度T之下，所有連接點處于另一溫度TO之下，則輸出電動勢是每個熱電動勢之和。為保證測量值的真實性，常用的方法有恒溫法、溫度修正法、電橋補償法、冷端補償法、電位補償法。）電阻式溫度傳感器：分為金屬熱電阻式、熱敏電阻式兩大類。金屬熱電阻式溫度傳感器

25、：其基理是在金屬導(dǎo)體兩端加電壓后，使其內(nèi)部雜亂無章運動的自由電子形成有規(guī)律的定向運動，而使導(dǎo)體導(dǎo)電。對于大多數(shù)金屬導(dǎo)體而言 ；鉑電阻物理化學(xué)性能穩(wěn)定，搞氧化能力強，測溫精度高，在（-2000）范圍內(nèi)的阻溫特性是： ，在（0850）內(nèi)的阻溫特性是： ，一般在RO=100或RO=50時，1=3.96847×10-3/,2=-5.847×10-7/2，3=-4.22×10-12/4。銅價格低，在（-50150），其電化學(xué)性和物理性能穩(wěn)定，則有。為了避免通過交流電時產(chǎn)生感抗，或有交變磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在繞制時要采用雙線無感繞制法。熱敏電阻式溫度傳感器：所用材料是陶瓷半

26、導(dǎo)體，其導(dǎo)電性取決于電子-空穴的濃度。其阻溫特性為RT=ROeB(1/T-1/TO) ；正溫度系數(shù)熱敏電阻，隨溫度增加而增加，高溫不得超過140，臨界溫度系數(shù)熱敏電阻，不適于較寬溫度范圍內(nèi)的測量；負溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值隨溫度增加而下降，一般用于（-50300）之間的溫度測量。硅熱敏電阻即可具有正溫度系數(shù)也可具有負溫度系數(shù)，采用線性化措施后，可在（-30150）內(nèi)實現(xiàn)近似線性化。鍺熱敏電阻廣泛應(yīng)用于低溫測量；硼熱敏電阻在工作中700高溫時仍能滿足要求。非接觸式溫度傳感器：可分為全輻射式溫度傳感器、亮度式溫度傳感器、比色式溫度傳感器。全輻射式溫度傳感器：利用物體在全光譜范圍內(nèi)總輻射能量與溫度的

27、關(guān)系測量溫度。全輻射式溫度傳感器測得的溫度總是低于物體的真實溫度。測量溫度： ；Tr:輻射溫度；T：溫度T時物體的全輻射發(fā)射系數(shù)。這種傳感器適用于遠距離、不能直接接觸的高溫物體，其測量范圍為（1002000）。亮度式溫度傳感器：利用物體的單色輻射亮度隨溫度變化的原理。傳感器測得的溫度值小于被測物體的真實溫度T： ，T：單色輻射發(fā)射系數(shù)；C2：第二輻射常數(shù)，C2=0.014388(m·K）；：波長（m)。 比色溫度傳感器：通常，將波長選在光譜的紅色和藍色區(qū)域內(nèi)。真實溫度T： ；其量程（8002000），測量精度為0.5% 。如果兩個波長的單色發(fā)射系數(shù)相等，則真實溫度與比色溫度相同。一般

28、灰體的發(fā)射系數(shù)不隨波長而變，故比色溫度等于真實溫度。通常1：對應(yīng)藍色，2：對應(yīng)為紅色。對于很多金屬，由于單色發(fā)射系數(shù)隨波長的增加而減小，故比色溫度高于真實溫度。半導(dǎo)體溫度傳感器：以半導(dǎo)體P-N結(jié)的溫度特性為理論基礎(chǔ)，利用晶體二極管與晶體三極管作為感溫元件。采用晶體二極管，測溫范圍在（050）；采用晶體三極管，測溫范圍在（-50150）。 第七章 氣敏、溫度、水份傳感器氣敏傳感器（N型半導(dǎo)體）：是一種將檢測到的氣體成份和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。具有代表性的是SnO2系和ZnO系氣敏元件。這些金屬氧化物都是利用陶瓷工藝制成的具有半導(dǎo)體特性的材料，簡稱半導(dǎo)瓷。材料吸收吸附分子，為正離子吸附（O2和

29、氮氧化合物，為氧化型氣體）；材料釋放電子，為負離子吸附（H2、CO碳氫化合物和酒類傾向，為還原型氣體）。SnO2氣敏半導(dǎo)瓷摻加Pd、Mo、Ga等雜質(zhì)，可供制造常溫工作的煙霧報警器。濕度傳感器：分為絕對溫度（一定大小空間中水蒸氣的絕對含量，kg/m3，又稱為水氣濃度或水氣密度。它可以用水的蒸氣壓表示，空氣水氣密度，其中M：水氣摩爾質(zhì)量；R：摩爾氣體常數(shù)；Pv：蒸氣壓力；T：熱力學(xué)溫度）、相對溫度（為某一被測蒸氣壓與相同溫度下飽和蒸氣壓比值的百分數(shù)，常用%RH表示。是無量綱值。表示為潮濕程度。）濕敏元件有：氯化鋰濕敏元件、半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、高分子膜濕敏元件。氯化鋰濕敏元件：利用

30、吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。是典型的離子晶體。熱敏電阻式濕敏元件：特點有靈敏度高且響應(yīng)速度快；無滯后現(xiàn)象；不像干濕球溫度計需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)；可連續(xù)測量（不需要加熱清洗）；抗受風(fēng)、油、塵埃能力強?？芍圃炀艿暮銤癫?，精度達±0.2g/m3。高分子膜濕敏元件：它是以隨高分子膜吸收或放出水份而引起電導(dǎo)率或電容變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。根據(jù)電容器的容量值，再測得相對溫度。電子溫度計由檢測部分（有攜帶型、墻袋型、凸緣型）、數(shù)字顯示器、變換器構(gòu)成。常用于工業(yè)溫度監(jiān)視、記錄和控制，尤可用于濕度小于20%RH的測量。在超過90%RH的高濕區(qū)域會出現(xiàn)結(jié)露。結(jié)露時濕度

31、傳感器在沾濕間歇不能測量，一旦沾濕消失，恢復(fù)原來特性。水份傳感器：水份是存在于物質(zhì)中水的數(shù)量，以百分比表示。種類有:直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質(zhì)型、近紅外型、中子型、核磁共振型。 第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成傳感檢測系統(tǒng)的組成：傳感器（信息獲?。?、中間轉(zhuǎn)換（信號調(diào)理）電路（信號轉(zhuǎn)換調(diào)理）、微機接口電路（信息傳輸）、分析處理及控制顯示電路（信息分析處理、顯示記錄）等部分組成。目前常用的有模擬顯示（精度受標尺最小分度限制，易引入主觀誤差）、數(shù)字顯示（有利于消除讀數(shù)主觀誤差）、圖像顯示（常用的自動記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀）三種。電橋：是把電阻、電感、電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換

32、成電壓或電流的一種測量電路。直流電橋：在電橋的輸入端加入直流電源ES。當輸出端與高輸入阻抗裝置相接時，電橋相當于工作在輸出端開路狀態(tài)，其輸出電壓 。當R2R3=R1R4時，輸出電壓UO為0，稱這種狀態(tài)為平衡狀態(tài)。若將電橋輸出端與內(nèi)阻為Rg的檢流計相連接，由戴維南定理知，AB端的等效電阻 ，AB端的開路電壓 ，則電橋輸出端的電壓為 。如下圖。交流電橋：采用交流電源供電的電橋。如果交流電源是頻率為f的正弦交流信號，則有當電橋輸出端開路時，其輸出電壓 ，當Z1Z4=Z2Z3 ，則有。如下圖電橋的分類：按電橋采用電源的不同分為：直流電橋、交流電橋。按電橋的工作方式可分為：平衡電橋、不平衡電橋。按電橋被

33、測電阻的接入方式：單臂電橋、差動電橋。電橋的工作特性指標分別為：電橋的靈敏度、電橋的非線性誤差。電橋的靈敏度是單位輸入量時的輸出變化量，對于不平衡電橋： 。電橋的非線性誤差：若線性化后的輸出電壓為UOS，則有。各類電橋的靈敏度與非線性誤差：單臂電橋：當R2=R1、R3=R4時，則有，化簡可得，非線性誤差?？梢娸斎胱兓吭酱?，非線性誤差越大，若要求電橋的誤差小于3%，允許的最大值為0.06。對于單臂電橋，其輸出電壓靈敏度。差動電橋：當R2=R1，R2R3=R1R4時，化簡得，得差動電橋靈敏度，非線性誤差。如下圖。有源電橋：裝有一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗及高增益等特點的運算放大器A，當R=0時

34、，電橋平衡，當R變化到R+R時，則有，即，則輸出靈敏度及非線性誤差分別為 ，。如下圖電橋調(diào)零：測量前電橋的輸出應(yīng)調(diào)為零，通常采用的有串聯(lián)調(diào)零法（多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調(diào)零電位器的阻值RW « RO）和并聯(lián)調(diào)零法（并聯(lián)在電橋輸出端，多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調(diào)零電位器的阻值RW » RO）。無源濾波器：特點是電路簡單，但是帶負載能力差。有源濾波器：由運算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成。特點是1）有源濾波器不用電感線圈，因而在體積、重量、價格、線性度等方面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。2）由于運算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。3）可以使低

35、頻截止頻率達到很低的范圍。低通濾波器：具有低頻信號容易通過并抑制高頻信號的作用。高通濾波器：RC電路具有高頻信號容易通過并抑制低頻信號的作用。帶通濾波器：RLC電路用于通過某一頻段的信號，而將此頻段外的信號加以抑制或衰減。品質(zhì)因素，帶阻濾波器：用于抑制某一頻段的信號，而讓此頻段外的信號通過。品質(zhì)因素。一階RC低通濾波器的幅頻及相頻特性如圖。一階高通濾波器的幅頻及相頻特性如圖所示：數(shù)字濾波：利用程序來實現(xiàn)，因而不需增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。常用的方法有：限定最大偏差法：當，則令。如果，則。算術(shù)平均值法：，適用于壓力測量、流量測量等。加權(quán)平均濾波法：，其中滿足。數(shù)/模轉(zhuǎn)換：它是把

36、數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件，它由四個部分組成：電阻網(wǎng)絡(luò)、運算放大器、基準電源、模擬開關(guān)。目前用得較多的是T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）。D/A集成電路芯片分為八位、十位、十二位、十六位等。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖器的八位D/A芯片。其分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如八位D/A的分辨率。其精度的誤差由參考電壓的波動、運算放大器的零點漂移、模擬開關(guān)的壓降以及電阻阻值的偏差。通常用非線性誤差的大小表示D/A的線性度。多路模擬開關(guān)環(huán)節(jié)：采用分時法切換信號，完成多路切換的器件稱為多路模擬開關(guān)。常用的模擬開關(guān)有晶體管開關(guān)、光耦合器開關(guān)、結(jié)型場效應(yīng)管開關(guān)、CMOS場效應(yīng)開關(guān)。其

37、中應(yīng)用最多的是CMOS場效應(yīng)開關(guān)。多路模擬開關(guān)電路由地址譯碼器和多路雙向模擬開關(guān)組成。采樣保持環(huán)節(jié)：其作用是在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化，而在保持狀態(tài)能使其輸出值保持不變。采樣理論表明，連續(xù)模擬信號可以表示為一組等間隔離散化瞬時采樣序列，反之也可由這組離散采樣脈沖序列恢復(fù)為原連續(xù)信號。但其中必有采樣頻率采樣信號頻譜中的最高頻率分量，如不滿足，將會出現(xiàn)信息丟失或信號失真。LF398采樣保持器具有采樣速度高、保持電壓下降速率慢、精度高等特點。傳感檢測信號的細分：為了提高檢測系統(tǒng)的分辨力，需要對傳感檢測信號進行細分。如幾何量測量中采用機械式細分（如游標卡尺）、光學(xué)式細分和電子式細分等。四

38、倍細分原理：莫爾條紋的間距為。傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題：產(chǎn)生內(nèi)部干擾的因素有：信號通過公共電源、地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾；元件之間、導(dǎo)線之間通過寄生電容或互感耦合造成的干擾；大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場；電子開關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾源；工作電源，交叉走線等。外部干擾的因素有：外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播電視、高頻感應(yīng)加熱等；空間電磁波的輻射；周圍機械振動和沖擊的影響。信噪比是指信號通路中，有用信號功率Ps與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，。形成干擾的三個條件有：干擾源、干擾的耦合通道電容性耦合，互感性耦合，公共地線的耦合，漏電耦合，輻射電磁場耦合、干擾

39、的接收電路。抑制干擾的方法：主要是采取單點接地、屏蔽隔離（靜電屏蔽、低頻磁感應(yīng)屏蔽、高頻磁感應(yīng)屏蔽）、濾波（電源濾波、退耦濾波器、有源濾波、數(shù)字濾波）等。接地在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地（強電應(yīng)用設(shè)備）、信號源地、數(shù)字信號地、模擬信號地（此三地是為了防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦合）。典型噪聲干擾的抑制：設(shè)備啟、停時產(chǎn)生的電火花干擾：消除這種干擾的方法通常是RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點或電源開關(guān)兩端。共模噪聲：抑制這種干擾可采用差分放大器，差分放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強。串擾：克服串擾的有效方法是將不同信號線分開，并且留有最大可能的空間隔離。ADC

40、與CPU的時間協(xié)調(diào)：其控制方式有延時等待、中斷式、查詢式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的典型結(jié)構(gòu)有：高電平單路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（性能一般，成本低，全部輸入通道共用一路信號調(diào)理電路）、低電平多路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（最常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，性能較高，每個通道均有各自的信號調(diào)理電路）、多路信號調(diào)理多ADC系統(tǒng)（通過多路ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號由一個多路數(shù)字開關(guān)送入微機，其成本雖高，但性能較高）。A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口示例：8位8通道A/D轉(zhuǎn)換電路：由模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（LF13508）、采樣/保持器（LF398）、A/D轉(zhuǎn)換（ADC0804：逐次逼近式8位轉(zhuǎn)換芯片，屬于脈沖啟動轉(zhuǎn)換芯片）和并行接口PIO組成。AD

41、C574是12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，很容易與8031單片機的接口相連。傳感器信號的溫度補償：在計算機能力允許時，可采用計算機軟件（常用公式法、表格法）進行，也可采用硬件電路實現(xiàn)。溫度補償公式法的步驟：1。給定m+1個溫度值，測出每一個溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距；2。將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項式，用最小二乘曲線擬合法確定a0，在測得每一個y值對應(yīng)的T值，計算出Y，再求傳感器的輸入值。溫度補償表格法的步驟：，若T<T0或T>Tm，則做線性外推，再按以上公司計算x。線性化處理方法：可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)線性化處理。常用的方法有公式法、表格法。公式

42、法也稱曲線擬合法，（求完） 第九章 信號分析及其在測試中的應(yīng)用信號的分類：信號有靜態(tài)信號、動態(tài)信號。按能否用明確的時間函數(shù)關(guān)系描述，可將信號分為確定性信號與非確定性信號。確定信號是指能用明確的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式或圖表描述的信號，如簡諧波、方波、矩形波等信號。確定性信號又可分為周期信號和非周期信號。非確定性信號也稱隨機信號，是指時域波形不確定，無法用確切的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述，也不能準確預(yù)測未來的結(jié)果。只能用概率統(tǒng)計方法描述它的規(guī)律。模擬信號：在某一自變量連續(xù)變化的間隔內(nèi)，信號的數(shù)值連續(xù)。離散信號：自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時，輸出信號才具有確定值。如果將其各離散點的幅值也作離散化，以二進制編碼表示，則稱為數(shù)

43、字信號。信號的均值，它表示信號中常值分量或直流分量。信號的方差，它描述信號的波動范圍，其正平方根為信號的標準差。信號的均方值，它描述信號的強度，表示信號的平均功率。則有。信號的概率密度函數(shù)，它描述了信號x(t)對指定幅值的取值機會。信號的相關(guān)描述：它又稱為信號的時差描述。信號的自相關(guān)函數(shù)，其中-時延量，自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：1）當時延，信號的自相關(guān)函數(shù)就是信號的均方值,2）當時，即在=0處取峰值；3）；4）周期信號的自相關(guān)函數(shù)必呈周期性，這是因為有，故。信號的互相關(guān)函數(shù)，互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)有：1）Rxy()通常不在=0處取峰值，其峰值偏離原點的位置為d，圖反映兩信號相互有d時移時，相關(guān)程度最高；2）Rxy()與Ryx()是兩個不同的函數(shù)。根據(jù)定義；，不難證明；3）均值為零的兩個統(tǒng)計獨立的隨機信號x(t)和y(t)，其中。信號的互相關(guān)系數(shù)，由于，一般有：說明x(t)和y(t)完全相關(guān)；說明x(t)和y(t)完全不相關(guān)；，說明x(t)和y(t)部分相關(guān)。自相關(guān)系數(shù)。周期信號與離散頻譜：傅里葉級數(shù)，其中，如果周期信號x(t)為奇函數(shù)時，此時；如果周期信號x(t)為