传感器复习知识点

第1章传感与检测技术的理论根底测量的概念:测量是以确定被测量的值或猎取测量结果为目的的一系列操作。测量也就是将被测量与xnu测量结果完整表述包括估量值，测量单位及测量不确定度关于误差: 分为系统误差、随机误差和粗大误差。随机误差的数字特征xnnx1,x2,…,xn，它们的算术平均值为x1(xx

x

)1n xn 1 2

n n i11n1n1n〔xx2ii1s＝0.5＝1＝1.5〔2〕标准偏差 (＝0.5＝1＝1.5y不同的正态分布曲线粗大误差o3σ准则 x)1n x120.404对于正态分布的随机误差，落在±)1n x120.404例题：P27 １－１０x1(xx

xn 1 2

n n i11n1n〔1n1n〔xx2ii1sss

120.4043*0.0327120.5021120.4043*0.0327120.3059思考其测量结果应当是多少〔包括真值的最正确估量值，测量单位及不确定度〕1x3s2传感器的静态特性传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。 y=a0+a1x+a2x2+…+anxn灵敏度Δy与引起输出量增量yΔy的相应输入量增量ΔxSSx灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。 y线性度 YFS传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。L max100%L YFS ox迟滞H传感器在输入量由小到大〔正行程〕及输入量由大到小〔反行程〕变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。传感器在全量程范围内最大的迟滞差值ΔHmax与满量程输出值YFS之比称为迟滞误差，用γHHHFS max100% 〔2-4〕 YFSH YFS4.重复性 o xRRRyYFS传感器的动态特性

x(t)

ox重复性a d2y(t)a

dy(t)a

y(t)b

x(t)2 dt2

1 dt 0 0 1时间常数η越小，频率响应特性越好20 2

y(t)x(t)y(ty(t)x(t)y(t)6 . . 05 89. 000一阶传感器的频率响应dy(t)y(t)kx(t)dt

一阶传感器单位阶跃响应H(s)

Y(s) 1X(s) s1dy(t)

Y(s) 1

y(t)0.70.70.10.30.512一阶系统

y(t)kx(t) H(s)dt

X(s)s1 11()2幅频特性: 1()2

0 tn相频特性：()arctan(t) 二阶传感器单位阶跃响应传感器的频率响应特性好坏主要取决于传感器的固有频率ωn和阻尼比ξ。当ξ取n0.6—0.7，ωn>>ω时，A〔ω〕≈1，Φ〔ω〕y(t)再现了输入x(t)的波形，通常固有频率ωn至少应为被测信号频率ω的〔3～5〕倍，即ωn≥〔3～5〕ω。ωn在固有频率ωn四周会引起共振,故要避开.第3章 应变式传感器“应变效应”。F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而转变了dρ，从而引起电阻值相对变化量为Rl

dR

dldAd 〔3-2〕A R l A 式中：dl/l——长度相对变化量，用应变ε表示为dl 〔3-3〕ldR(12E)R对于金属应变片

dR12) μ为电阻丝材料的泊松R对于半导体应变片

dRE π——材料的压阻系数; E——材料的弹性模量;R2.电阻应变片的温度补偿方法 线路补偿法FRFR1FRBR1RBUoR 3 4UR1RBUoR 3 4U~1 B(a) (b)电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为： Uo=A(R1R4-RBR3)应当指出，假设要实现完全补偿，上述分析过程必需满足以下4个条件：R3=R4。②R1RB两个应变片应具有一样的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏KR0。③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必需一样系数一样。④两应变片应处于同一温度场。直流电桥平衡条件 A

IBoBR R1 2 ＋C R UL oR1R4=R2R3 或

R R1 3R R2 4

－3R R34DE电桥平衡条件，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。ERU 1o 4 R1K EU 4ERU 1o 2 R1差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。假设ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4R1=R2=R3=R4，则RU E o R1K EU44温度补偿作用。变磁阻式传感器W2 W2S

4章电感式传感器00L 00R 2m

1—线圈；2—(定铁)；3—(动铁)l11LS21Wll11LS21Wl2S32±目前使用最广泛的是变气隙厚度式电感传感器〔测量范围为几个毫米〕LL 1灵敏度为 K0

0 0用于测量微小位移的场合。为了减小非线性误差，实际测量中广泛承受差动变隙式电感传感器(灵敏度提高一倍)。差动变压器式传感器δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。4.3.1 工作原理

4.3 电涡流式传感器

传感器鼓励电流 1I1～

传感器鼓励线圈(a)225(b)L1L112L2〔a〕传感器鼓励线圈; 〔b〕被测金属导体4.3.4涡流式传感器的应用1低频透射式涡流厚度传感器

被测金属板2. 高频反射式涡流厚度传感器厚度给定系统

厚度不变时Ｘ１＋Ｘ２为常数Sx1 1 x x2 S2

检波＋ －比较电压 －

加法器 指示仪表检波图4-31 高频反射式涡流测厚仪测试系统图5章电容式传感器5.1电容式传感器的工作原理和构造由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板A

容器，假设不考虑边缘效应，其电容量为CS dd r电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。一般变极板间距离电容式传感器极板间距离在5~200μm1/10，故在微位移测量中应用最广。6章压电式传感器某些电介质，当沿着肯定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个外表上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重恢复到不带电状态。这种现象称压电效应。当作用力方向转变时，电荷的极性也随之转变。有时人们把这种“正压电效应”。当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，这种现象称为“逆压电效应”〔电致伸缩效应〕6.1.3 压电式传感器压电式传感器的根本原理就是利用压电材料的压电效应这个特性压电材料上时，传感器就有电荷〔或电压〕输出。CaCa由于外力作用而在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的状况下才能保存CaCa压电传感器可以等效为一个与电容相串联的电压源。压电传感器也可以等效为一个电荷源。6

u qa) (b)因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。

压电元件的等效电路〔a〕;〔b〕图〔a〕是两个压电片的负端粘结在一起，中间插入的金属电极成为压电片的负极，正电极在两边的电极上。从电路上看，这是并联接法，类似两个电容的并联。所以，外力作用下11倍，输出电压与单片时一样。图〔b〕负电荷中和，上、下极板的电荷量与单片时一样，总电容量为单片的一半，输出电压增大1倍。＋＋＋＋＋＋—－－－＋＋＋＋＋＋＋＋— ＋磁电感应式传感器:有源传感器

－(b)7章磁电式传感器霍尔式传感器ddt磁电感应式传感器变磁通式 ddt恒磁通式 e

ddtdxBtdt

Blv霍尔式传感器霍尔效应行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势R IBU H K IBH d H霍尔常数要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。RH=μρ一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低半导体材料才适于制造霍尔片。应用:7霍尔式微位移传感器霍尔式转速传感器霍尔计数装置8章光电式传感器光电器件是将光信号的变化转换为电信号的一种传感器件.工作原理：光电效应〔外光电效应，内光电效应〕在光线作用下，物体内的电子逸出物体外表对外放射的现象称为外光电效应。基于外光.包括光电导效应和光生伏特效应(光敏电阻,光电池)光敏电阻光敏电阻的构造与工作原理光敏电阻又称光导管，无光照时，光敏电阻值〔暗电阻〕很大，电路中电流〔暗电流〕很小。当光敏电阻受到肯定波长范围的光照时，它的阻值〔亮电阻〕急剧减小，电路中电流快速增大。8光敏二极管工作原理光敏二极管的构造与一般二极管相像,光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照耀时，反向电阻很大，反向电流很小，当光照耀在PN结上，形成光电流。光导通状态。光电耦合器件光电耦合器件是由发光元件(如发光二极管)和光电接收元件合并使用，以光作为媒和用于检测有无物体的光电开关。包层n包层nn022ici纤芯n1光纤传感器原理实际上是争论光在调制区内，外界信号〔温度、压力、应变、位移、振动、电场等波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。910超声波的波型及其传播速度声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同①纵波：质点振动方向与波的传播方向全都的波，它能在固体、液体和气体介质中传播；②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播；③外表波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质外表传播，其振幅随深度增加而快速衰减的波，外表波只在固体的外表传播。声波在介质中传播时，能量衰减的程度与声波的集中、散射及吸取等因素有关在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以放射超声波又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离为L,。如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间t2，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流淌速度为v，则t L1 cvt L2 cv

超声波传1器

超声波传2器B1B2LB1B2L电路管道W光栅传感器编码器感应同步器光栅测量原理

dfdfd光栅2

光栅1dBHfBHfdW把两块栅距相等的光栅〔光栅1、光栅2〕面对对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使θ间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。在d-d成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图案构成的；在f-f线上，两块光栅的栅线错开，形W莫尔条纹具有以下三个方面的特点:d

1dfBH位移的放大作用 B W W fBHH sin2

d dfd d2〔2〕莫尔条纹移动方向 依据莫尔条纹移动方向就可以对光栅的运动进展辨向(如何辩向?)(3)误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程度上消退短周期误差的影响。光栅传感器的组成10读数头利用光栅原理把输入量〔位移量〕转换成响应的电信号；光栅数显表是实现细分、辨向和显示功能的电子系统。3124B3124BH4BuuuB142光栅辨向0WW4 2WxAu1u2AY1Y21AAAuA2光电式编码器

A(A)—B()—()A光电式编码器主要由安装在旋转轴上的编码圆盘〔码盘、窄缝以及安装在圆盘两边的光源和光敏元件等组成。码盘由光学玻璃制成，其上刻有很多同心码道，每位码道上都有按肯定规律排列的透光和不透光局部，即亮区和暗区。2452451348C01632