传感器概念总结

概念总结1.2.传感器定义：能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或置。组成：一般由敏感元件、转换元件、其他辅助元件组成。1敏感元件感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。2. 转换元件一一直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量。3信号调理与转换电路一一能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。组成框图：1.4静态特性、性能指标静态检测：测量时，检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化很慢。静态检测时系统所表现出的响应特性称为静态响应特性。一般用标定曲线来评定静态特性；用最小二乘法原理求出标定曲线的拟合直线。2灵敏度：指输出增量与输入增量的比值，即性能指标：1测量范围：最小输入量和最大输入量之间的范围。,，B为最大fl3非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度。非线性度偏差，A为全量程4回程误差：输入量增大或减小时，对于同一输入量得到的两个输出量的差值与全量程的比值。5稳定度和漂移：稳定度指规定的条件下保持其测量特性不变的能力。漂移指输出量发生于输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移、灵敏度漂移。二者又可分为时间漂移、温度漂移6重复性：输入量按同一方向多次测量时所得特性曲线不一致的程度。7.分辨力：表示检测系统或仪表装置能够检测被测量最小变化量的能力。通常以最小量程单位表示。&精确度：精密度（测量结果分散性）、正确度（偏离真值程度）、精确度（综合优良程度）1.5动态特性、性能指标动态特性：检测时，输入量改变，其输出量能立即随之不失真的改变的特性。研究方法：1微分方程2传递函数3频率响应函数4单位脉冲响应函数不失真测量条件：检测系统的幅频特性为常数，相频特性为线性。3.1电阻式传感器定义：把被测参量转换为电阻变化的传感器。类型：电位器式、电阻应变式、热敏效应式。电阻应变式传感器核心部件：电阻应变片，作用是实现应变电阻的转换。应变片可分为金属电阻应变片和半导体应变片。1 金属电阻应变片工作原理：利用金属材料的电阻定律。应变片结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应变化。2 半导体应变片工作原理：基于半导体材料的压阻效应。半导体材料的某一轴受到外力作用时，其电阻率发生变化。电阻式传感器测量电路：桥式电路。其指标有桥路灵敏度、非线性、负载特性。桥臂比：F岸亠Hi灵敏度:其中单臂系数为1/4，半桥为1/2,全桥为1。减小或消除非线性误差的方法：1.提高桥臂比2.采用差动电桥3.采用高内阻的恒流源电桥应用举例：1柱力式传感器2电阻应变仪：测量电阻应变片应变量的仪器，分为静态、动态两类。3.2.电容式传感器定义：禾U用将非电量的变化转换为电容量的变换来实现对物理量测量。特点：1受本身发热影响小2静态引力小3动态响应好4结构简单，适应性强5非线性测量结构：两个金属极板、中间夹一层电介质构成。电容器时间上是一种存储电场能的原件。1. 类型：变极距型、变极板面积型、变介质型变极距型：常做成差动形式，可减少极距增加灵敏度。2. 变极板面积型：有线位移、角位移两种。线位移又分为平面线位移、圆柱线位移。灵敏度比变极距型低。3. 变极板面积型：可做测厚仪。电容式传感器测量电路：桥式电路，调频震荡电路、运算放大式电路、脉冲调宽型电路。应用举例：1.测厚仪2测电缆偏心3.加速度计4压力传感器3.3.电感式传感器定义：利用电磁感应原理将被测非电量的变化转换为线圈的自感系数L或互感系数M的变化的装置类型：自感式、互感式。1自感式传感器：通过改变磁路磁阻来改变自感系数。又分为：气隙厚度变化型、气隙面积变化型、螺管型。测量电路：交流电桥。2互感式传感器：把被测量的变化转换为变压器的互感变化。常做成差动形式。零点残余电压：铁芯位于中心位置时，输出电压不是零电位，而是Ux，Ux被称为零点残余电压。测量电路：差动整流电路、相敏检波电路（要会极性判断）。应用举例：1微压力变送器2差动式电感测厚仪3差动式电感液位测量仪。电涡流式传感器定义：根据电涡流效应制成的传感器。类型：高频反射型、低频透射型测量电路：调频式、调幅式。应用举例：位移测量、振幅测量、转速测量、涡流膜厚测量、涡流探伤仪.压电式传感器定义：以具有压电效应的元件作为转换元件的有源传感器。压电效应：某些物质沿一定方向施加压力或拉力时，会产生变形，此时这种材料的两个表面积产生符号相反的电荷。当去掉外力后，他又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。机械能转化为电能的现象称为正压电效应”，电能转化为机械能的现象称为负压电效应”压电材料：压电晶体、压电陶瓷。1压电晶体：常见的有石英晶体，还有水溶性压电晶体。2. 压电陶瓷：人造多晶系压电材料。.石英晶体压电特性：Z轴（光轴）受力不产生压电效应，X轴（电轴）受力产生纵向压电效应，Y轴（机械轴）受力产生横向压电效应。测量电路：电荷型、电压型。压电传感器不能用于静态测量，因为压电元件绝缘电阻和电路输入电阻不可能为无穷大以保证没有电荷泄露回路。1. 在输出端先接入高输入阻抗的前置放大器，再接入一般的放大器。2. 前置放大器作用：将输出信号放大、将高阻抗输出变换为低阻抗输出。3. 前置放大器也有电压放大器、电荷放大器两种。合理使用：1.压电元件串并联：并联输出电荷大，本身电容大，时间常数大，用于测量慢变信号，并且适用于以电荷为输出量的场合；串联输出电压大，本身电容小，适用于以电压为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合。2. 压电片预应力：一定的预应力，可以保证在作用力变化时压电片始终受到压力其次保证压电材料的电压与作用力呈线性关系。预应力太大影响灵敏度。3. 传感器安装：保证灵敏轴与受力方向一致。应用举例：1.加速度传感器2.单向力传感器3.侧表面粗糙度4压电引信（引爆）5.煤气灶电子点火装置.磁电式传感器定义：利用电磁感应原理将被测量转换为电信号的传感器。感应电动势与线圈匝数和磁通变化率有关。类型：动圈式（分为线速度型、角速度型）、磁阻式（用于测量转速、偏心、震动）。3.7.热电式传感器定义：将温度变化转换为电量变化的装置。类型：热电偶、热电阻。热电偶原理：1.热点效应：不同材料金属导体组成闭合回路，且两个结点温度不同时，回路中产生电动势的现象。（塞贝克效应）热电偶利用热点效应将温度信号转化为电信号。产生的热电动势分为接触电动势和温差电动势（忽略不计）。热电偶定律：1中间导体定律：若在回路中插入导体，不论导体温度如何分布，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总电动势无影响。2中间温度定律：热电偶在接点温度为T、TO时的电动势E（T,TO）等于该热电偶在（T，丁门）及（Tn，TO）时的电动势之和。参考电极定律：Eab（T，TO）=Eac（T，TO）Ebe（T，TO）热电偶测温电路：1.基本测温电路2测量温差电路3.测量均温的并联电路4测量均温的串联电路。热电偶结构：由热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒组成。热电偶注意事项：1采用补偿导线：让自由端免受被测介质和周围环境的影响。2冷端温度补偿：冷端恒温、计算修正、仪表机械零点调整、电桥补偿。热电偶应用举例：1测表面温度2测控应用热电阻类型：金属热电阻（又称热电阻）、半导体热电阻（又称热敏电阻）。1. 金属热电阻利用金属导体电阻与温度的关系制成。常用材料：铂和铜。测温电路：电桥电路。采用三线或四线连接法减小温度误差。工业测量中常用三线制，标准或实验室常用四线制。2. 热敏电阻按温度系数分为负温度系数、正温度系数热敏电阻。按结构分为体型、薄膜型、厚膜型。按工作形式分为直热式、旁热式、延迟电路。按工作文区分为常温区、高温区、低温区。热敏电阻应用：1.测温2.温度补偿3.温度控制。3.8.光电式传感器定义：将光信号转换成电信号的光电器件光电效应：外光电效应：光线照射下，电子逸出物体表面。内光电效应：1.光电导效应（电子吸收光能量引起电导率变化）光生伏特效应（半导体材料吸收光能量后产生光电动势）外光电小效应器件：光电管。光电导器件：光敏电阻光生伏特器件：光电二极管、光电三极管、光电池。光电耦合器件（电光电）：光电隔离器、光电开光。3.9.霍尔传感器定义：利用霍尔效应的传感器。霍尔效应：看P123图，两侧面通控制电流，垂直方向加磁场，则另两侧面产生和电流、磁场之积成正比的电压。恒定电流可测磁场，恒定磁场可测电流。霍尔传感器温度补偿：恒流源补偿、利用输出回路的负载补偿霍尔传感器不等位电压补偿：排除零位误差。注意事项：1.驱动方式：恒压、恒流两种。2. 有良好散热。3. 安装牢固、不扭曲。6. 霍尔传感器应用举例：1.简易高斯计2.计数装置3霍尔接近开关4.霍尔转速计5.角位移计汽车霍尔电子点火器7.纱线定长和自停装置。3.10.光纤传感器定义：基于光导纤维的传感器。组成：光源、光纤、传感头、光探测器、信号处理电路。类型：功能型、非功能型。1. 功能型主要使用单模光纤，不仅起传光作用，还是敏感元件。2. 非功能型光纤不是敏感元件，仅作传光用。原理：将光源入射的光束经由光纤送入调制区内，外界被测参数进入调制区与光相互作用，使光的性质发生变化，成为被调制的信号光，再经光纤送入光电器件、解调器而获得被测量参数。强度调制光纤传感器、频率调制光纤传感器（光学多普勒效应）、波长调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、偏振调制光纤传感器等原理顾名思义。实际应用：压力传感器（压力影响光强）、温度传感器（温度影响折射率）、声传感器（影响频率）、图像传感器（使用传像束）、液位传感器（折射原理）。3.16.数字式传感器定义：把被测模拟量直接转化为数字量输出的传感器。特点：高抗干扰、高信噪比、高速远距离、搞测量精度、大测量范围。类型：脉冲数字式、编码输出式、频率输出式。光电式编码器：将转角、位移转换为各种代码形式的数字脉冲。按结构分为直线式的线性编码器、旋轴式的轴角编码器。按编码方式分为增量式、绝对式。光电式编码器分辨率提高犯法：1.倍频法2.插值法。，&!#Y%!#%,&*？%,*。以下省略1万字.力、压力和扭矩的测量知识点：1.力的测量原理为静力效应和动力效应。2. 静力效应是指弹性物体受力作用后产生相应变形量的物理现象。动力效应是指一定质量物体受到力的作用时，其动量发生变化，从而产生相应的加速度的现象。3. 压磁效应：铁磁材料受到机械力作用后磁导率发生变化。4. 测压仪四种（原理）：1.液体式（流体静力）2.弹性式（受力变形）负荷式（静力平衡）4.电气式压力计（力转换为电）测量转矩方法：平衡力法：用平衡力矩测量被测力矩。传递法：转矩转化为角位移，再转换为电信号。能量转换法：能量守恒定律。多用于测电机转速。5. 转矩传感器、测量仪：应变片式转矩传感器磁电式转矩测量仪磁致伸缩式转矩传感器应用：汽车压力监视器、汽车踏板力传感器、电子气压计位移测量分为模拟式测量和数字式测量。，&!#Y%!#%,&*？%,*,。以下又省略1万字6.1.干扰的分类按来源分：内部干扰、外部干扰。1外部干扰：与系统结构无关，由使用条件和外界环境因素所决定的干扰。主要是自然界的干扰、周围电气设备的干扰2. 2.内部干扰：信号通道干扰：共模干扰、静电耦合干扰、传到耦合干扰电源干扰数字电路引起的干扰干扰的引入和传播：1.静电耦合电磁耦合共阻抗耦合辐射电路干扰和漏电流耦合。对于检测系统：干扰引入的电路方式有串模干扰、共模干扰。干扰抑制的方法：接地、屏蔽、去耦、软件抗干扰。接地的类型：1保护接地2.工作接地：高频电路就近多点接地，低频电路一点接地；交流地与信号地不共用；浮地阻断干扰电路的通路；采用三线双层屏蔽浮地法提高抗共模干扰能力。屏蔽地避免电磁场对系统干扰。隔离方法：光电耦合器件隔离、继电器隔离、隔离放大器隔离、隔离变压器隔离。布线抗干扰：1.长线传输用交叉走线法。2. 电力电缆单独走线，用屏蔽电缆。3. 把空余输入端与输入端并联；把空余输入端通过一个电阻接高电平；把空余输入端悬空，用一反相器接地。4. TTL产生噪声最大，HTL产生噪声最小。软件抗干扰措施：1.数字滤波2.软件陷阱3.Watchdog技术。信号调理电路定义：是测量系统的组成部分，它的输入的是传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能够更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量。信号放大电路：用来放大传感器输出的微弱信号。1. 测量放大器：注意三运放测量放大器P404程控增益放大器：由程序控制放大电路增益。隔离放大器：隔离共模信号和干扰电压。集成隔离放大器有变压器耦合式、光电耦合式、电容耦合式信号滤波电路：测量系统排除干扰、抑制噪声的方法。分为硬件滤波（利用电路）和软件滤波（利用程序）。硬件滤波功能：让指定频段的信号以固定的增益通过；分离不同的信号。按信号频带分为低通、高通、带通、带阻、全通滤波器。按信号性质分为模拟、数字滤波器。采样/保持器：实现对一连续信号以一定时间间隔快速取其瞬时值，保持控制指令下达时刻的最终跟踪值。采样定理：当采样频率大于信号最高次谐波频率的2倍时，就可用时间离散的采样点恢复原来的连续信号。所以采样/保持器是以“快采慢测”的方法，实现了对快速变化信号进行测量的有效措施。A/D转换器可分为：积分型、比较型。实现数据线性化的处理方法：计算法、查表法、插值法。调制：利用某种信号来控制或改变高频振荡信号的某个参数的过程，这些参数包括幅值、频率或相位。分为调幅、调频、调相。解调：从已调制波信号中恢复原有低频调制信号的过程。调制与解调是一对信号变化的过程。