1、集美大学传感器复习材料传感器复习材料 表示应该比较重要老师最后一节课复习时提到的，。第0章1. 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。2.传感器的输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等。3.传感器的组成方框图： 4. 常见的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。 5.传感器的分类（表0-1）自己书上看看。传感器的分类：按输入量分类：位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等按工作原理分类：电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式等按物理现象分类：结构型传感器、特性型传感器
2、按能量关系分类：能量转换型传感器、能量控制传感器按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器6. 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首。7.当前传感器技术的主要发展动向：开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺，实现传感器的集成化与智能化。8. 检测技术属于信息科学的范畴,与计算机技术、自动控制技术和通信技术构成完整的信息技术学科。第一章（传感器特性、各特性的含义） 1.传感器的输入-输出特性有静态特性和动态特性之分。 2. 传感器的静态特性的主要指标：线性度 、迟滞 、重复性 、灵敏度与灵敏度误差 、分辨率与阈值 、稳定性 、温度稳定性 、多种抗干扰能力 、
3、静态误差3、常用拟合方法：理论拟合、过零旋转拟合、端点拟合、端的平移拟合、最小二乘法拟合。 4.迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合时称为迟滞。 5.重复性：传感器在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 6.静态灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。灵敏度误差： 7.分辨率：传感器能检测到的最小的输入增量。 8.稳定性：传感器在长时间工作情况是输出量发生的变化。有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。9. 研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。经常采用的输入信号为单位阶跃输入量和正弦输
4、入量。 10. 动态响应特性一般并不能直接给出其微分方程，而是通过实验给出传感器与阶跃响应曲线和幅频特性曲线上的某些特征值来表示仪器的动态响应特性。与阶跃响应有关的指标：时间常数、上升时间Tr、建立时间Ts、过冲量a1、衰减率、衰减比、对数减缩。（具体看书）与频率响应特性有关的指标：公差带（一般规定3dB）、下截止频率（L）、上截止频率（H）、通频带或频带或传感器的频响范围（L-H）。第二章（结合课后习题有考计算题，电阻式传感器原理，温度补偿方式） 1. 电阻式传感器基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。2.电阻式传感器与相应的测量电路组成
5、的测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等测试系统。3.线性电位器：Rx=(x/xmax)Rmax (Rmax电阻总值、Xmax电位器全长)4.负载特性与负载误差（P27 公式2-8、 2-9自己看）5.电阻应变片的工作原理（P31 公式2-24、2-25、2-27）金属丝伸长后几何尺寸变化6. 电阻应变片主要特性：1.灵敏系数、2.横向效应 、3. 机械滞后，零漂及蠕变、4.温度效应 、5.应变极限、疲劳寿命、6.动态响应特性7.温度误差及其补偿：一、自补偿法：1.单丝自补偿法、2组合式自补偿法。二、线路补偿法（最常用的最好的方法是电桥补偿法）。8.课本P39（懂计算） 课本P4
6、0 桥臂比N=R2/R1,当n=1时，Uo=(U/4)*( R1/R1) （单臂可变）为了减少和克服非线性误差，常用的方法是采用差动电桥（图2-29c）Uo=(U/2)*( R1/R1) （双臂可变）这时输出电压Uo与R1/R1成严格线性关系，没有非线性误差，而且电桥灵敏度比单臂时提高一倍，还具有温度补偿作用。Uo=U*( R1/R1) （四臂可变）9.课本P42看看图 第三章（电感式传感器种类、每种的原理） 1.电感式传感器种类（各类工作原理）：自感式传感器、变压式传感器、涡流式传感器、压磁式传感器（1）自感式传感器： （电感值与线圈匝数的平方成正比，与空气隙有效截面积S0成正比，与空气隙长
7、度l0成反比）分类：气隙型自感式传感器、截面型自感式传感器、差分自感式传感器（2）变压式传感器：变压器式传感器，将非电量转为线圈间互感M的一种磁电机构。像变压器的工作原理，因此称变压器式传感器。这种传感器多采用差分形式。 等效电路及其特性P54（公式3-23、3-24）差分式变压器的测量电路差分变压器随衔铁的移位输出一个调幅波，因而用电压表来测量存在下述问题：总有电压输出因而零位附近的小移量测量困难；交流电压表无法判别衔铁移动方向，为此用必要的测量电路来解决。P59（自己看对应相应的图3-19加对于总结、图3-20）P61页的图3-23知道对应4、5位置的名称，3-24知道对应1、2位置的名称
8、.3-25、3-26都 看看。（3）涡流式传感器：金属导体置于变化的磁场中，导体内产生感应电流，称为电涡流（或涡流）。这种现象称为涡流效应。涡流式传感器，就是在这种涡流效应的基础上建立起来的。 P63公式3-36。被测参数变化，既能引起线圈阻抗Z变化，也能引起线圈电感L和线圈品质因数Q值变化。电路转换：被测量数变化可以装换成传感器线圈的品质因数Q、等效阻抗Z和等效电感L的变化。利用Q值的转换电路较少。利用z的转换电路一般用电桥，它属于调幅电路。利用L的转换电路一般用谐振电路，根据输出是电压幅值还是电压频率，谐振电路又分为调幅和调频两种。涡流式传感器的应用：P64-65字多自己看。（4）压磁式传
9、感器：某些铁磁物质，在机械力的作用下，产生机械应力，引起磁导率的改变，这种现象称为“压磁效应”。相反，某些铁磁物质，在磁场的作用下，产生变形，有些伸长有些则压缩，这种现象称为“磁致伸缩”。 压磁应变灵敏度：单位应变引起的磁导率相对变化 = /磁导率的相对变化l = l/l 在机械力的作用下材料的相对变形压磁应力灵敏度：单位应力引起的磁导率相对变化 压磁式传感器输出电参量为电阻抗或二次绕组的感生电动势，即有如下变换链：PRmZ或e图a、b为测压力P用的传感器，关系如下：L=K1K2P维捷曼效应:所谓维捷曼效应是指在卷捻棒状铁磁物质时，在其上将出现一个按照螺旋形分布的区域中磁导率沿螺旋方向增加。第
10、四章（重点：电容式传感器的种类、原理，可测哪些参数，计算） 1.电容式传感器已在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。2.电容式传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，是很有发展前途的。 3. 电容式传感器的工作原理：两个平行金属极板组成的电容器，不考虑其边缘效应，其电容为： S C = d介电常数，S 面积，d 距离 4. 电容式传感器的类型：变极距(或称变间隙）型、变面积型、变介电常数型电极形状有三种：平板形、圆柱形、球平面形 5.计算P71-72 ：图4-1结合公式4-2，图4-2结合公式4-3以及图4-3对应的算式。相应会考计算
11、题。6.差分式电容传感器灵敏度P73公式4-5.其灵敏度比单极性式提高一倍，而且非线性也大为减小。7、 电容式传感器的特点：优点：（1）温度稳定性好，（2）结构简单、适应性强，（3）动态响应好，（4）可以实现非接触测量，具有平均效应 缺点：（1）输出阻抗高，负载能力差，（2）寄生电容影响大，（3）输出特性非线性 8.电容式传感器等效电路：9.选用50kHz至几兆赫兹作为电容式传感器的电源频率，可以降低对传感器绝缘部分的绝缘要求。10. 带有等位环的平板电容传感器结构原理图（注意3-等位环）11.一般电容值变化在10-3103pF范围内，相对值C/C变化则在10-61的范围内。12.“驱动电缆“
12、技术（也称”双重屏蔽等位传输“技术），其内屏蔽层与信号传输导线（即电缆芯线）通过1:1放大器成为等位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。P78图4-9看看。13. 转换电路种类很多，一般归结为两大类型调制型、脉冲型（或称为电容充放电器） 14.交流电桥法：P81图4-13（主要看b，d,e）结合文字说明，自己看。 15. 电容式传感器可测量直线位移、角位移，振动振幅(可测至0.05m的微小振幅)，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。第五章（重点：磁电式传感器
13、可测哪些东西）1.磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的传感器；霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电动势的传感器。 2.磁电感应式传感器也称为电动势传感器。它利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势。具有一定的频响范围（一般为10-1000Hz），适用于振动、转速、扭转等测量。3. 磁电感应式传感器工作原理P88-89看一下（公式和图）4. 磁电感应式传感器动态分析主要看图P90 图5-3、5-4，P91 图5-65. 磁电感应式传感器直接输出感应电动势。6.磁电感应传感器是速度传感器，如果要获取位移或加速度信号，就需要配用积分电路或
14、微分电路。7.P94-98页的图基本都有划，所以看看吧。8.霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。9.霍尔效应相关原理P99-100自己看。10.霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片（一般为4mm*2mm*0.1mm）11. 霍尔元件的主要技术指标（6项）：（1）额定激励电流IH，（2）输入电阻Ri （3）输出电阻Rs ，（4）不等位电势及零位电阻r0，（5）寄生直流电动势，（6）热阻RQ12.了解霍尔元件的接法。13图5-26.霍尔式位移传感器。霍尔电式变化为：UH=kx (k位移传感器灵敏度)这种位移传感器可用来测量0.5m
15、m的小位移，特别适用于微位移、机械振动等测量。第六章（重点：正压电效应、逆压电效应可测什么、原理、特点；压电效应、现象可做哪些东西）1.压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。它的工作原理是基于压电材料的压电效应压力冲击和振动等动态参数测试中，是主要的传感器品种3.在电声和超声工程中也有利用逆压电效应制作的传感器4.图6-2 石英晶体的外形和晶轴 Z轴为光轴，X轴为电轴，Y为机械轴5.图6-8压电式传感器测试系统的等效电路 （p116）6.压电元件配套的测量电路的前置放大器有两种形式：一种是电压放大器；另一种是电荷放大器7.电压放大器的作用是将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，
16、并将微弱的电压信号进行适当放大8.便于远距离测量的电荷放大器，是一种较好的冲击测量放大器（p118）9.压电式传感器，在检测技术中，常用来测量力和加速度第七章1.光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。2.光电效应即是由于物体吸收了能量为E的光后产生的电效应。3、从传感器的角度看光电效应可分为两大类：外光电效应和内光电效应。4、内光电效应是指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。5、光生伏特效应利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电压。6、光电管及光电倍增管的工作原理是基于外光电效应。7、若每级
17、的倍增率为，若有n级，则光电倍增管的光电流倍增率为n。光电倍增极一般采用Sb-Cs涂料或Mg合金涂料，倍增极数可在414之间，值的范围是36。8、图7-4 光电管特性（p127）9、光敏电阻是用具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。10、图7-6光敏二极管（p128） 图7-7光敏三极管（p129）11、光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。12、硅光电池也称为硅太阳能电池，它是用单晶硅制成的，在一块N型硅片上用扩散的方法渗入一些P型杂质而形成的一个大面积的PN结，P层做的很薄，从而
18、使光线能穿透到PN结上。13、图7-9 半导体光电元件的光电特性（p130） 图7-10半导体光电元件的伏安特性 （p131）14、光源：发光二极管、钨丝灯泡、电弧灯或石英灯、激光15、图7-14 真空光电管的插接测量电路（p135） 图7-15 光电倍增管的测量电路（p135）16、图7-16所示为光敏电阻开关电路，三极管T1、T2构成斯密特触发电路。17、图7-17 光敏三极管的开关电路 图7-18具有温度补偿的光敏二极管测量电路 （p136）18、图7-19为光电池的开光电路，由光电池控制斯密特电路。该电路在输入信号变化十分缓慢的时候，也能确保迅速转换。由于光电池即使在强光照射下最大输出
19、电压仅为0.6V19、模拟式光电传感器的工作原理是基于光电元件的光电特性，其光通量是随被测量而变，光电流就成为被测量，故称为光电传感器的函数运用状态。吸收式光电传感器常用来作混浊度计。利用反射式原理可制成表面粗糙度测试仪。利用遮光式原理可以制成测量位移的位移计。利用辐射式原理制成WDS型光电比色高温计。20、图7-20光电元件的测量方式（p137）21、光纤传感器和常规传感器相比具有许多优点：抗电磁干扰能力强；灵敏度较高；几何形状具有很多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感器各种不同物理信息的器件；光纤传感器可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其他的恶劣环境；而且具有与光纤
20、遥测技术的内在相容性。22、被测量遍及位移、速度、加速度、液位、压力、流量、振动、水声、温度、电流、电压、磁场和核辐射等。23、纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n224、光纤工作的基础是光的全内反射25、7-8、7-9公式（p140）26、单模光导纤维通常是指跃变型光纤芯尺寸小（通常仅几微米），多模光导纤维通常是指跃变型光纤芯尺寸较大（大部分为几十微米）27、光纤传感器按其工作原理来分有功能型（或物性型、传感型）、与非功能型（或结构型、传光型）28、功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能29、功能型光纤传感器可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型30、检测位移分辨力
21、为0.01（p142）31、光纤测温传感器就是利用光纤内传输的相位随温度参数的改变而改变的原理制成的32、光纤位移传感器是利用光纤传输光信号的功能，根据探测到的反射光的强度来测量被测量与反射表面的距离33、光纤测温传感器是利用被测表面辐射能量随温度变化而变化的特点，利用光纤将辐射能量传输到热敏元件上，经过转换，再变成可供记录和显示的电信号34、光频率调制是基于被测物体的入射光频率与其反射光的多普勒效应，所以主要用来测量运动物体的速度35、电荷耦合器件（CCD）是典型的固体图像传感器36、CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强
22、弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用37、CCD有线阵和面阵两种38、在圆分度和角位移测量方面，一般认为光栅式传感器是精度最高的一种39、图7-35 光栅栅线放大图 图7-36光栅传感器的构成原理图（p149）40、光栅按工作原理分为：有物理光栅和计量光栅41、长光栅主要用于测量长度，条纹密度有每毫米25条、50条、100条、250条等42、相邻的两明暗条纹之间的距离B称为莫尔条纹间距 7-14公式（p151）43、图7-41 长光栅横向莫尔条纹（p152）44、激光式传感器按工作原理不同可分为三类：激光干涉传感器、激光衍射传感器和激光扫描传感器45、利用干涉条纹随
23、被测长度的变化而变化的原理可实现长度计量46、在实际应用中，一般都是测量几米以内的工件长度，精度可达0.1um（p158）第八章重点：热电耦、分度表；热电耦基本定律、含义作用、冷端补偿的方式有哪些含义；热电阻分类、测量范围，三线、四线接法。后两次实验电路要看，考小题，看电路。整理完发现。重点就是整本书！课后答案1.1解：1.2解：1.8答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。2.22.9答：（1）在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数t及栅丝与试件膨胀系数（g与s）之差异性而产生虚假应变输
24、出有时会产生与真实一边同数量级误差。（2）方法：自补偿法，线路补偿法2.102.113.1答：种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器 原理：自感、互感、涡流、压磁3.5 4.2答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=S/D 式中为两个极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，D为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C的方法有三： 其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的输出为电容值的增量 这就组成了电容式传感器。类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型
25、电容传感器。电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。4.3答：可选用差分式电容压力传感器，通过测量筒内水的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径传感器。4.5解：4.6略5.1答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。 磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较
26、慢，也不宜做快速动态测量。 磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。6.2答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。7.3答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。优点： a具有优良的传旋光性能，传导损耗小 b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好 c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界
27、物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。8.1答：热电阻传感器分为以下几种类型： 铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。 铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍低、电阻率小。 铁电阻和镍电阻：铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小、灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧
28、化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多8.2答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。 接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。 温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的热电效应。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两
29、个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。 两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。 热电偶三定律： a 中间导体定律： 热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。 b 中间温度定律： 任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T，冷端为T 时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为Tn时的热电势与同一热电偶热端为Tn，冷端为T0 时热电势的代数和。 应用：对热电偶冷端不为0度时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时，可
30、根据中间温度定律选用适当的补偿线路。 c参考电极定律： 如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，T0 ）时分别为 和 ，那么受相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。 误差因素：参考端温度受周围环境的影响减小误差的措施有： a 0oC恒温法 b 计算修正法（冷端温度修正法） c 仪表机械零点调整法 d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法 8.5答：在不平衡电桥中，检流计改称为电流计，其作用而不是检查有无电流而是测量电流的大小。可见，不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上的 区别。利用电桥除可精确测量电阻外，还可测量一些非电学量。例如，为了测量温度变化，只需用一种热敏组件把它转化为电阻的变化，然后用电桥测量。不平衡电桥往往用于测量非电学量，此外还可用于自动控制和远距离联动机构中。
