传感器期末复习.docx

1、传感器 定义 ： 传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需要的有用信息的装置。 组成： 敏感元件 ：传感器的核心部件，是用来感知外界信息和转换成有用信息的元件 转换元件 ： 它把敏感元件的输出转换成电路参数量 转换电路 ： 上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出 输入量： 静态输出量：不随时间的变化或变化很慢的输入信号 动态输入量：是指随时间变化的输入信号 传感器的一般特性 传感器的静态特性 （时域条件） ：在被测量的各个值处于稳定状态时，输入量与输出量之间的关系 通常要求传感器在静态状况下的输出 -输入关系保持线性 灵敏度 ：到达稳定工作状态时输出变化量与引起该变化的输入变

2、化量之比 线性度（非线性误差） ： 是指传感器的输入和输出成线性关系的程度 分辨率 ：是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力或定义为区分两个相邻量的能力 最小检测量 ： 是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。最小检测量愈小，表示传感器检测微量的能力愈高。 精度 ： 表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分比。 测量误差包括系统误差和随机误差 迟滞 ：反映了传感器正、反行程期间输入输出特性曲线 不重合的程度。 重复性 ：是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。 漂移 ：是传感器在输入量不变的情况下，由于外界的干扰（

3、例如温度、噪声等），传感器的输出量发生了变化。 传感器的动态特性（频域条件） ：指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性 传感器的动态特性可以用基于 时域的瞬态响应法 和基于 频域的频率响应法 来分析 一阶传感器的瞬态响应按指数规律上升，最终达到稳态值；二阶传感器的瞬态响应分为 欠阻尼、过阻尼和临界阻尼 几种情况。 动态特性的主要指标有：时间常数、过冲、阻尼系数、振荡频率、上升时间。 电桥 直流电桥：采用直流电源的电桥 交流电桥：采用交流电源的电桥 直流电桥的四个桥臂一般为纯电阻 交流电桥一般四个桥臂中含有储能元件 电桥的平衡条件 电阻式应变传感器 定义： 由于某些物理量的变化引起应变，应变引

4、起电阻变化的一种传感器。 组成： 主要是由 弹性敏感元件 和 电阻应变片 组成。 电阻应变效应： 根据电阻定律，金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 电阻应变片的工作原理就是基于金属的 应变效应 设计而成的。 典型应用： 检测力重量压力加速度。 半差动电桥的电压灵敏度比单一工作应变片的电压灵敏度提高了一倍。 全差动电桥的电压灵敏度比单一工作应变片的电压灵敏度提高了三倍。 电容式传感器 定义： 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 电容式传感器工作方式可分为 变极距式、变面积式和变介质式 3种类型。 变极

5、距式 （电容量与移动距离不成线性关系灵敏度的计算方法） 变面积式 （电容量与改变的量成线性关系） 变介质式 （电容量与改变的量成线性关系） 电容式传感器信号调节电路有哪四种？ 运算放大器信号调节电路、电桥测量电路、谐振电路、脉冲宽度调制电路 都是通过电容量的变化调节转换成电信号的变化。 脉冲宽度调制电路 脉冲宽度调制电路（ PWM）是利用传感器的电容充放电使电路输出脉冲的占空比随电容式传感器的电容量变化而变化，然后通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。 电感式传感器 定义： 利用电磁感应原理，将被测的机械性的非电量变化转换成线圈电感 (或互感 )的变化，这种机电转换装置称为电感式传感器

6、。 主要类型： 自感式、互感式、电涡流式 感应电动势的大小与气隙的大小有着一一对应的关系。 电感式传感器按转换原理的不同可分为自感式 (电感式 )和互感式 (差动变压器式 )两大类。 电感式传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用。 什么是电涡流效应？ 电涡流传感器是利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行电磁能量传递的， 因此必须有一 个交变磁场的激励源（传感器线圈）。被测对象则以某种方式调制磁场。 电涡流传感器特点：主动测量技术，非接触式传感器 电涡流主要有两个部件：交变磁场的激励源和金属导 体 电涡流传感器的应用：转速、计件、测厚、金属探伤等 压电式传

7、感器 压电式传感器是一种典型的有源传感器，它以某些电介质的压电效应为基础， 其基本工作原理是在外力作用下，电介质的表面上产生电荷，即压电效应 ；压电传感器的两表面所形成的极板相当于电容器的两个极板，输出量是电荷，从而实现非电量的电测目的，所显示的电压取决于压电传感器的电容。 什么是压电效应？什么是逆压电效应？ 自然界有许多晶体，它们是由极性分子构成的，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。相反，在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生

8、变形，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 （ 1） 无论是正或逆压电效应，其作用力（或应变）与电荷（或电场强度）之间呈线性关系； （ 2） 晶体在哪个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应； （ 3） 石英晶体不是在任 何方向都存在压电效应的。 压电式传感器的前置放大器的两个作用： 一是将压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出；二是放大压电式传感器输出的弱信号。根据压电式传感器的工作原理及其等效电路，它的输出可以是电信号也可以是电荷信号。 设计前置放大器也有两种形式： 一种是电压放大器，其输出电压和输入电压（传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷

9、成正比。 电荷放大器 电荷放大器是压电式传感器的另一种专用前置放大器，它能将高内阻的电荷源转换成低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷，同样具有阻抗变换作用。 电荷放大器最突出的优点是：在一定的条件下，传感器的 灵敏度 与 电缆长度 无关。 热电式传感器 定义：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特性来达到测量的目的。 将温度转换为电势大小的热电式传感器叫做热电偶，将温度转换为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻。 当两种不同材料的金属导体 A 和 B 组成闭合回路，且两个结点温度不同时，回路中将产生电动势，这种现象称为热电效应。利用热电效应

10、制成的将温度信号转换为电信号的器件称为热电偶。 热电偶的基本定律 1、中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 2、标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成热电偶，并且热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。 3、中间温度定律：热电偶在两接点温度 t、 t0 时的热电动势等于该热电偶在接点温度为 t、tn和 tn、 t0时的相应热电动势 的代数和。 4、均质导体定律：由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料及两接点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。 什么是霍尔

11、效应？ 霍尔电场产生一定大小的静电力与洛伦兹力相平衡，使得半导体内的电子仍能平行地沿正面向前运动，在半导体横面上存在一个电压，称为霍尔电压，这种的现象就是霍尔效应。 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。 霍尔开关集成传感器 光电传感器 光电式传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，其理论基础是光电效应。对非电量进行测量时，只要将被测非电量的变化转化成光信号的变化，通过光电传感器，就可以将该非电量的变化转换成电量的变化。 通常将光电效应分为 外光电效应 ： 在光线的作用下，物体

12、内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。 内光电效应（光电导效应和光电伏特效应） ： 在光照下，物体的电导率发生变化或产生一定方向光生电动势的现象，称为内光电效应（光敏电阻、光敏三极管、光电池等）。 条形码、二维码扫描原理： 扫描笔前部主要有发光二极管和光敏三极管组成。当在条形码和二维码前移动，发射的光若遇黑色线条，吸收光，没有反射，光敏三极管呈高阻抗，截止状态。没有黑色线条的，反之，三极管导通。条形码就使得三极管的输出一个脉冲信号。放大整形后就形成了与条形码对应的宽度的脉冲列。再处理后，就完成了对条形码的识读。 光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件，光电池在有光线作用

13、时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。 光电池的主要特性 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 光照特性 在不同光照度下， 其光电流和光生电动势是不同的。 频率特性 在不同频率的光照射下，不同材质的光电池有不同的特性。 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。 光纤传感器 光纤传感器传输模式可分为：单模和多模 光纤传感器特点具有抗电磁干扰能力强、安全性能高、灵巧轻便、使用方便等特点。 按工作原理可以将光纤传感器分为功能型（ FF）及非功能型（ NFF）两大类。 这两类光纤传感器的基本组成十分相似，都由光源、入射光纤、解调器、出射光纤

14、和光敏器件组成，但两者的光纤所起的作用是不同的（也就是调制器不同）。 工作原理： 光纤的传光的条件是入射角大于纤维包层间的临界角，光纤在接口上发生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐级反射，直到传递到另一面 传光型光纤传感器 又称作非功能型光纤传感器（ None Function Filter-NFF），光纤仅作为传播光的介质，在传感器中仅起传光的作用。对外界信息的“感觉”功能是依靠对光的性质加以调制的调制器来完成的。 传感性光纤传感器 又称 作功能型光纤传感器（ Function Filter-FF），它利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤作为传感元件，是将“传光”和“感知”合为一体

15、的传感器。 光纤传感器的典型应用： 包括检测位移、速度、加速度、压力、波面、流量、振动、温度、电流、电场、磁场、核辐射等物理量。 超声波和红外传感器 机械振动在空气中的传播称为声波，人耳可听的声波频率范围是 20Hz 20kHz， 20kHz 以上的频率，人的耳朵就听不到了。 通常把超过可听声频率的声波（即大于 20kHz）称为超声波，超声波具有很好的定向性和穿透能力。 频率低于 20Hz的信号称为次声波。 压电式超声波传感器 是利用电致伸缩现象制成的，在压电材料上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动而产生超声波。常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷、钴钛酸铅等。 磁致伸缩式超声波传感器 铁磁物质

16、在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，叫做磁致伸缩效应。 磁致伸缩式传感器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。 超声波应用 ：测距、探伤、高效清洗等。 洗衣机中的传感器有哪些？分别有什么作用？ 全自动洗衣机已实现了利用传感器和微处理器对洗涤过程进行监控，使用的传感器有水位传感器、重量传感器和光电传感器等，使洗衣机能够自动进水、控制洗涤时间、判断洗净度和脱水时间，并将洗涤控制于最佳状态。光电传感器可以检测洗涤液的清浊程度，从而判断衣服是否洗净或者漂净。 电冰箱中的传感器有哪些？主要有哪些作用？ 电冰箱常用的温度传感器有压力式温度传感器、热敏电阻

17、式温控电路、热敏电阻除霜温度控制、双金属除霜温度传感器、双金属热保护器。 温度传感器 本书中学的可以测温度的传感器有：热电偶（热电效应）、热敏电阻（半导体电阻 随温度变化）。市场上还有一些集成温度传感器 18B20（感温 PN 结的电压电流特性与温度关系）等。 热电偶具有种类多、结构简单、感温部小、广泛用于高温测量的特点 热敏电阻具有种类多、精度高、感温部较大、体积小、响应快、灵敏度高等特点 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等特点 . 检测技术 根据误差出现的规律，误差主要分为哪三个（系统误差、随机误差和粗大误差）： 绝对误差用来评价相同被测量精度的高低。 相对误差用来评价不同被测量精度的高低。 测量误差包括系统误差和随机误差。