传感器概念整理).doc

绪论1. 传感器：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用的输出信号的器件或装置。（含义：它是某种测量装置或测量装置的一部分能完成部分检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，化学量等；他的输出量是某种物理量，这种物理量便于转换、处理等；输出输入有对应关系，且有一定的精确程度） 2.组成：敏感元件、转换元件和基本转换电路。3.分类：按工作机理，物理型、化学型、生物型等；按构成原理，结构型和物性型；按能量转换，能量控制型和能量转换型4.发展展望：扩展检测范围、提高检测性能、集成化功能化、新领域新原理 第一章 一般特性1.传感器特性：输出与输入之间的关系。2.常用的拟合方法：理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点连线平移、最小二乘法、最小包容拟合。3.迟滞：传感器在正反兴城中输出与输入曲线不重合的现象。4.重复性：传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。5.分辨力：传感器能检测到的最小输入增量。分辨力用绝对值表示，用于满量程的百分数表示时叫做分辨率。6.阈值：在传感器的零输入附近的分辨力。7、静态误差：传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的可能偏离程度。8.传感器的标定：通过实验确立其输入量与输出量之间的关系。9.标定步骤：将其全量程分成若干等间距点；根据分点情况，由小到大，逐点递增输入标准量值，并记录与其对应的输出值；.由大到小，逐点递减；循环多次画出曲线；对数据必要的处理，得到校正曲线，进而确定出参数10.动特性确定法：阶跃信号相应法、正弦信号相应法和其他方法 第二章 电阻式传感器1. 电阻应变效应：当金属丝在外界作用力发生机械形变时，其电阻值将发生变化。2.电阻应变片分类：金属丝式、金属箔式和金属薄膜式。3.横向效应：将直的金属丝绕成敏感栅之后，虽然长度不变，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。4.机械滞后：应变片安装在试件上以后，在一定温度下，加载特性与卸载特性不重合。5.零漂：粘贴在试件上的应变片在温度保持恒定，不承受机械应变时，其电阻值随时间而变化的特性。6.蠕变：如果在一定温度下，使其承受恒定的机械应变，其电阻值随时间而变化的特性。7.减小非线性误差：采用差动电桥和采用恒流源电桥8.温度误差：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差。9.温度补偿：应变片自补偿和线路补偿法10.压阻效应：固体收到作用力后，电阻率就要放生变化。 第三章 电感式传感器1.核心部分：可变自感或可变互感。互感式的转换电路：反串电路和桥路。2.零点残余电压：若画出衔铁位移与电桥输出电压有效值的关系曲线，在零点总有一个最小的输出电压，一般把这个最小的输出电压交。3.原因：总的来说是两个电感线圈的等效参数不对称。具体就是：两个副线圈结构不对称，材料不均匀，损耗的存在；分布电容的存在。4.措施：采用相敏整流电路5.涡流效应：金属导体至于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流就像水中漩涡那样在到体内转圈，所以叫电涡流。5.涡流形成的条件：存在交变磁场、导体处于交变磁场中或在磁场中运动。6.测量电路：电桥电路、谐振电路和正反馈电路7.感应同步器：利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成，用来测量直线或转角位移 第四章 电容式传感器1. 优点：结构简单、动态响应快、以实现非接触测量。 缺点：易受干扰、分布电容2.分类：变极距、变面积、变介电常数。3、参数 静态灵敏度：被测量缓慢变化时传感器电容量变化量与引起其变化的被测量变化之比。改善：可以在极距间加一层云母片或塑料膜。4.特点：优：温度稳定请好、结构简单适应性强、动态响应好、可以非接触测量有平均效应 缺：输出阻抗高负载能力差、寄生电容影响大、5、设计要点：保证绝缘材料的绝缘性能、消除和减小边缘效应、减小和消除寄生电容、集成化、采用驱动电缆技术（传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆通过1:1放大器而为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容，由于屏蔽线上有随传感器输出信号变化的电压，因此成为）、采用运算放大器、整体屏蔽、防止外界干扰 第五章 磁电式传感器1.有三个：磁电感应式传感器、霍尔式传感器、磁栅式传感器。2.磁电式分：恒定磁通式、变磁通式。3.设计要点：工作气隙、永久磁铁、线圈组件4、霍尔效应：金属或半导体薄片至于磁场中，当有电流流过时，在垂直与电流与磁场的方向上将产生电动势。5.霍尔元件：多用N型半导体，由于电子迁移率大于空穴迁移率6.磁阻效应：试验得出，霍尔元件的内阻随磁场绝对值的增加而增加。7.误差：零位误差（不等位电动势、寄生直流电动势）温度误差（采用恒流源供电和输入回路并联电阻、合理选取负载电阻、采用温度补偿原件、不等位电动势的温度补偿8.优点：结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成电路化。9.磁栅式传感器组成：磁栅和磁头。10.磁栅分类：长磁栅和圆磁栅。11.长磁栅：尺型、带型和同轴型。12.静态磁头信号处理方式：鉴幅和鉴相13.特点：录制方便，成本低廉、使用方便、可以方便地录制任何节距的磁栅14.误差：零位误差和细分误差。影响零位误差：磁栅的节距、慈善的安装于变形误差、磁栅剩磁变化引起的零位漂移、外界电磁场干扰。影响细分误差：磁膜不均匀或录磁不完善引起的慈善上信号幅度不等、两个磁头间距偏离较大、两个磁头参数不对称 第六章 压电式传感器1.压电效应：当沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态2.逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械形变或机械压力，当外加电场去掉时，这些变形或应力也随之消失。3.压电材料：单晶体（石英晶体和铌酸锂晶体）、多晶体、压电聚合物4.变形方式：厚度变形、长度变形、面剪切变形、厚度剪切变形、弯曲变形、体积变形 第七章 光电式传感器1、组成：辐射源、光学通路和光电器件。2.人造光源：热辐射光源、气体放电光源、电致发光光源和激光光源。3.卤钨丝与白炽灯：体积小、光通量稳定、紫外线丰富、发光效率高、寿命长3、激光优点：单色性好、方向性强、亮度高、相干性好。4.最常见激光器:氦氖激光器。5.光电器件：热探测性和光子探测性6.外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面。7.光导效应：半导体材料在光线作用下，起电阻值往往变小。7.光纤传感器优点：抗电磁干扰能力强、柔软性好、光纤集传感与信号传输与一体。8.光栅式传感器特点：精度高、大量程测量和高分辨力、可实现动态测量、较强的抗干扰能力 第八章 热电式传感器1.热电效应：将两种不同性质的导体串接成一个闭合回路，如果两个结合点处的温度不等，则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流。2.形成热电偶的3个条件：必须采用两种不同的材料作为热电极、热电偶两结点必须具有温度差、热电偶的电动势只与结点温度有关。3.基本定律：（1）中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要其两端的温度相等，第三种导线的引入不会影响其电动势。（2）参考电极定律：导体C接AB在之间，形成3个热电偶组成的回路，当热电偶两结点的温度为T T1时，用导体A B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电偶电动势的代数和。(3)中间温度定律：当热电偶的两个结点温度为T T1时，热电动势为E(T,T1)当热电偶的两个结点温度为T T0时，热电动势为E(T,T0)，当热电偶的两个结点温度为T T0时，热电动势为E(T,T0)=E(T,T1)+E(T1,T0) 4.温度补偿原因：为了使输出的电动势是被测温度的单一函数，一般讲T作为被测温度端，T0作为参比温度端，通常要求保持为0度，但在实际中很难做到，于是就产生了冷端补偿问题5.常用：电位补偿法，其次有：0度恒温法、冷端恒温法、补偿线路发6.热电偶的校订：定点校订、比较法 、自动校订 第九章 气电式传感器1.气动测量原理：把被测尺寸量的变化压力的变化转换为气室中压力的变化或是管路中流量的变化。2.分类：压力式（最常用的是：浮子式）和流量式。 第十章 谐振式传感器1.分类：电的、机械的和原子的。2.连续激励方式：电流法、电磁法和电荷法。 第十二章 半导体式物性传感器1 优点:结构简单 微型化、灵敏度高动态性能好、容易实现集成化和智能化、功耗低 缺点：线性范