传感器知识点

1、1.传感器狭义的定义为：能把外界非电信息转换成电信号或光信号输出的器件或装置2.传感器广义的定义为：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置3.传感器由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是构成传感器的核心（图0-1+测量电路）4.传感器的数学模型包括：静态模型和动态模型5.静态模型：在静态条件下（输入量对时间t的各阶导数为0）得到的传感器数学模型。若不考虑滞后和蠕变，可用代数方程表示（公式1-1）6.动态模型：输入量随时间（尤其快速）变化的状况而导致严重的动态误差，可以用线性常系数微分方程表示（公式1-3）7

2、.传递函数：表示了传感器本身的特性而与输入量无关8.静态特性：（1）线性度（2）回差（滞后）（3）重复性（4）灵敏度：是传感器输出量增量与被测输入量增量之比。K=y/x（5）分辨力：是指传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量（6）阈值(7)稳定性(8)漂移(9)静态误差（精度）：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离（逼近）程度，表示采用传感器进行静态测量时所得数值的不确定度9. 动态特性：是反应传感器对于时间变化的输入量的响应特性。10. 由于相频特性和幅频特性之间有一定的关系，因此传感器的频响特性及频域性能指标时主要用幅频特性11.改善传感器性能的技术途径：

3、结构、材料与参数的合理选择（最主要），差动技术，平均技术，稳定性处理，屏蔽、隔离与干扰抑制，零示法、微差法与闭环技术，补偿、校正与“有源化”，集成化、智能化与信息融合12合理选择传感器的基本原则与方法：依据测量对象和使用条件确定传感器的类型，线性范围与量程，灵敏度，精度，频率响应特性，稳定性13.通常，在明确输入-输出变换对应关系的前提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量值进行标度称之为标定。14.将传感器在使用中或储存后进行的性能复测称之为校准15.公式（2-9） 应变计轴向应变-16.横向效应：应变片的核心部分是敏感栅。将电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但其直线段和圆弧段的应变状态不

4、同，其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小17.由于横向效应的存在，会产生较大误差，要消除横向效应产生的误差，有效的办法就是减少H18.电阻应变计的温度效应：单纯由温度变化引起应变计电阻变化的现象19.热输出补偿方法：温度自补偿法和桥路补偿法，其中桥路补偿法包括：双丝半桥式，补偿块法20.目前，最广泛应用于电阻应变计的测量电路为应变电桥，因其灵敏度高，精度高，测量范围宽，电路结构简单，易于实现温度补偿等的特点21.电压输出桥的输出特性：（公式2-26）22.单臂工作输出的电压灵敏度（公式2-33）23.四臂差动工作，不仅消除了非线性误差，而且比单臂工作提高了4倍，（P50公式）24.半导体单

5、晶硅、锗等材料在外力作用下电阻率将发生变化，这种现象称为压阻效应25.变磁阻式传感器是一种利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电感（自感或互感）变化来检测非电量的机电转换装置。26.变阻式传感器：自感式和互感式、电涡流式以及压磁式、还有磁致伸缩执行器27.自感式传感器：变气隙式、变面积式与螺管式28.自感式传感器常用的交流电桥：输出端对称电桥（公式3-43） （公式3-47）电源端对称电桥29.差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上为0，但实际上总存在零位不平衡电压输出（零位电压），造成零位误差30.零位电压包含基波和高次谐波31.互感式和自感式传感器统称为电感式传感器32.互感式传

6、感器：（公式3-55） （公式3-64）33.电涡流式传感器工作原理：34.电涡流式传感器结构类型：反射式和投射式35.铁磁材料在磁场中磁化时，在磁场方向会伸长或缩短，这种现象称为磁致伸缩效应36.被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹特性，使磁化强度矢量重新取向，从而改变应力方向的磁导率的现象，称为逆磁致伸缩效应或称压磁效应与磁弹性效应37.压磁式传感器的工作原理：38.电容式传感器（公式4-1） 电容式传感器分为：变极距型、变面积型、变介质型39.差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减少，还能有效的补偿温度变化所造成的误差40.变面积型电容传感器其量程不受线性范围的限制，适合于测量

7、较大的直线位移和角位移41.为了消除边缘效应的影响，可以采用带有保护环的结构42.寄生电容:消灭寄生电容的影响，是电容式传感器实用的关键43.变压器电桥的空载输出电压：（公式4-31） 对变极距型电容传感器（公式4-31）44.磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度或磁量的变化变换成感应电势输出的传感器，通常的磁电式传感器不需要电源，是一种自源传感器45.磁电式传感器的基本原理：（公式5-1） 根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构46（图5-5）当被测体的振动频率w低语传感器的固有频率W0传感器的灵敏度随频率而明显地变化 当被测体振动频率高于传感器的固有频率时，一般取灵敏

8、度接近为一常数 当频率更高时，由于线圈阻抗的增加，灵敏度也随着频率的增加而下降47.霍尔效应：当电流通过一个位于磁场中的导体的时候测长会对导体中的电子产生一个横向作用力，从而在导体的两端产生电压差（物理书上的概念，不知道传感器考试算不算对）48.压电式传感器 正压电效应或简称压电效应：在电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷，当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之改变 逆压电效应或称电致伸缩：对电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产

9、生变形且应变与外电场强度成正比。49.具有压电性的电介质能实现机-电能量的相互转换50.压电材料可分为三大类：一 压电晶体（单晶） 二 压电陶瓷（多晶半陶瓷） 三是新型压电材料51.在讨论晶体机电特性时，采用xyz右手直角坐标系比较方便，并统一规定：x轴与a轴重合，谓之电轴，垂直于此轴上的压电效应最强；y轴垂直m面，谓之机轴，机械变形最明显；z轴与c轴重合，谓之光轴，也叫中性轴，沿z轴方向上没有压电效应。52.压电石英的机械强度和品质因数高53.压电陶瓷要使之具有压电性，必须做极化处理54.压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高，制造工艺成熟，成本低廉。55.会解释石英晶片的切型56.压电方程

10、：(公式6-4)压电矩阵（公式6-5）的含义和计算57.正压电效应和逆压电效应是对应存在的，哪个方向上有正压电效应，在此方向上必定存在逆压电效应58:纵向压电效应：对于压电效应材料来讲，沿X轴（电轴）方向的力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应。 横向压电效应：把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”59.热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。60.热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式，前者简称热电阻，后者简称

11、为热敏电阻61.铜铂镍铁的线性特性62.铂电阻阻值在0-660温度范围内Rt=Ro(1+At+Bt2)63.铜电阻阻值与温度变化近似为：Rt=Ro(1+At+Bt2+Ct3)64.负温度系数热敏电阻的电阻：（公式7-4）65.热电效应：将两种不同性质的导体A、B组合成闭合回路，若节点1和2处于不同的温度时，两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流（图7-8）66.热电势由接触电势和温差电势两部分组成67.接触电势的公式（公式7-7）68.学会利用温差电势的积分方向写出温度表达式69中间导体定律（推导）70.连接导体定律与中间温度定律（推导）71.参考电极定律72.热电偶的温度补偿：（

12、1）0C恒温法（2）补正系数修正法（3）延伸热点极法（4）补偿电桥法73.图8-1光电式传感器的组成形式74.常用的光源有：（1）热辐射光源：有较宽的光谱，适应性强（2）气体放电光源：原子辐射光谱呈现许多分离的线条，称为线光谱（3）发光二极管：特点体积小，无辐射，无污染，功耗低，寿命长（4）激光器75.外光电效应：在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。76.基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管77.内光电效应：光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过紧带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激光发出光生电子-空穴对，从而

13、使半导体材料产生光电效应78.内光电效应按其工作原理可分为:光电导效应和光生伏特效应79.光电导器件：（1）光敏电阻（2）光敏二极管（3光敏三极管80.光生伏特效应器件:光电池81.CCD的基本原理：光信号信号电荷，电荷耦合，电荷传输，时钟自扫描82.CMOS的基本原理：光信号模拟信号电压，将模拟信号电压串行扫描82.模拟式光电传感器由如下工作方式：透射式，反射式，遮光式，辐射式83.光纤波导原理：由折射率较大的纤芯和折射率较小的包层构成的双层同心圆柱结构，（后面还有请自己查看书本）84.数值孔径是衡量光纤集光性能的主要参数85.数值孔径的计算公式（公式9-3）86.V大的光纤传输的模数多，称

14、为多模光纤87.单模光纤，多用于功能型（FF）光纤传感器88.信号通过光纤时的损耗和色散是光纤的主要特性89.光纤的特性： （1）损耗 （2）色散：所谓光纤的色散就是输入脉冲在光纤传输的过程中由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象，光纤色散使传输的信号脉冲发生畸变90.光纤传感器是通过被测量队光纤内传输光进行调制，使传输光的强度，相位，频率或偏振等特性发生变化，再通过被调制过的光信号进行检测，从而得出相应被测量的传感器91.光纤传感器分为两大类：（1）功能型传感器（2）非功能型传感器 前者利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，后者利用其它敏感元件，光纤仅作为光的传输介质92.光的调制和解调可分为：强度、相位、偏振、频率和波长等方式93.几种干涉测量仪与光纤干涉传感器的原理（说出1种干涉仪的基本原理）94.光纤陀螺的基本原理95.光纤电流传感器，由电流所形成的磁场会引起光纤中线偏振光的偏转；检测偏转角的大小，就可以得到相应的电流值96.感应同步器是应用电磁感应原理把位移量转换成数字量的传感器97.物理光栅主要利用光的衍射现象；计量光栅主要利用光栅的莫尔条纹现象98.解释莫尔条纹99.旋转式编码器有两种增量编码器和绝对编码器100.超声波检