传感器与检测技术第十章
【传感器与检测技术】第10章
隔离放大器内部结构
AD277
共模电压2500V,CMRR=120dB, 频宽20kHz,增益漂移25ppm/℃
程控放大器 PGA
使各模拟输入通道均用最佳增益进行放大
10.4 数据采集
10.4.1 数据采集的配置 10.4.2 样周期的选择 10.4.3 A/D转换器的选择
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10.3 智能传感器输出信 的预处理
10.3.1 传感器输出信 的分类 10.3.2 开关信 的预处理
了 除噪声和改善 性 常接入 有迟滞 性 的电路 鉴 器 / 脉 整形电路
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10.3.3 模拟信 预处理
测量放大器 隔离放大器 程控放大器
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噪声的 扰模式 差模 扰
基本 点 微型化 智能化 多 能 高集 度和适于 大批量生产
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1987 美 UC Berkeley大学发明了基于表面 牲层技术的微 马达 5mm直径, 转子直径285um, 最高转 达 33000rpm .
1992 “美 家关键技术计划” NSF DARPA 产业化 如微型 度计 微型压力传感器 喷墨打印机的微喷
第10章 智能传感器
10.1概述 10.2智能传感器实 的途径 10.3智能传感器输出信 的预处理 10.4数据采集 10.5智能传感器的数据处理技术 10.6智能传感器的硬 设计
本章要点
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10.1 概述
10.1.1 智能传感器的概念 10.1.2 智能传感器的 能 10.1.3 智能传感器的 点
温度传感器 9 或12 A／D转换器 可编程温度越限 警器 I2C总线串行接口 集 在同一个芯片中
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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45
误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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25
分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
CH10辐射与波式传感器含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第10章辐射与波式传感器一、单项选择题1、下列对红外传感器的描述错误的是（）。
A. 红外辐射是一种人眼不可见的光线B. 红外线的波长范围大致在~1000μm之间C. 红外线是电磁波的一种形式，但不具备反射、折射特性D. 红外传感器是利用红外辐射实现相关物理量测量的一种传感器。
2、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中正确的是（）A．参比气室内装被分析气体 B.参比气室中的气体不吸收红外线C．测量气室内装N2 D. 红外探测器工作在“大气窗口”之外3、红外辐射的物理本质是（）A．核辐射 B．微波辐射 C．热辐射 D．无线电波4、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中错误的是（）A．参比气室内可装N2 B.红外探测器工作在“大气窗口”之内C．测量气室内装被分析气体 D.参比气室中的气体要吸收红外线5、红外线是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。
它的波长范围大致在 ( )到1000μｍ的频谱范围之内。
、在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和（）。
这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。
A.微波区B.微红外区射线区 D.极远红外区7、红外辐射在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是～μｍ、3～5μm和（）,统称它们为“大气窗口”。
～14μｍ～15μｍ～18μｍ～μｍ8、红外探测器的性能参数是衡量其性能好坏的依据。
其中响应波长范围（或称光谱响应），是表示探测器的（）相应率与入射的红外辐射波长之间的关系。
A.电流B.电压C.功率D.电阻9、光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照下，产生（）。
使材料的电学性质发生变化。
通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。
光子效应所制成的红外探测器。
A.光子效应B.霍尔效应C.热电效应D.压电效应10、当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫（）。
检测技术第10章练习答案
第十章光电传感器思考题与习题答案1.单项选择题1）晒太阳取暖利用了____C____；人造卫星的光电池板利用了____A____；植物的生长利用了____B____。
A．光电效应B．光化学效应C．光热效应D．感光效应2）蓝光的波长比红光____B____，相同光子数目的蓝光能量比红光____C____。
A．长B．短C．大D．小3）光敏二极管属于____B____，光电池属于____C____。
A．外光电效应B．内光电效应C．光生伏特效应D．光热效应4）光敏二极管在测光电路中应处于____B____偏置状态，而光电池通常处于____C____偏置状态。
A．正向B．反向C．零5）光纤通讯中，与出射光纤耦合的光电元件应选用____C____。
A．光敏电阻B．PIN光敏二极管C．APD光敏二极管D．光敏三极管6）温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流____A____。
A．增加B．减小C．不变7）普通型硅光电池的峰值波长为____C____，落在____E____区域。
A．0.8m B．8mm C．0.8μｍD．0.8nｍD．可见光E．近红外光F．紫外光G.远红外光8）欲精密测量光的照度，光电池应配接____D____。
A．电压放大器B．A/D转换器C．电荷放大器D．I/U转换器9）欲利用光电池为手机充电，需将数片光电池____B____起来，以提高输出电压，再将几组光电池____A____起来，以提高输出电流。
A．并联B.串联 C.短路 D.开路10）欲利用光电池在灯光（约200lx）下驱动液晶计算器（1.5V）工作，设每片光电池的有载输出电压约为0.4V，则必须将___C___片光电池串联起来才能正常工作。
A．2片 B.3片 C.4片 D.20片11）光导纤维是利用光的____D____原理来远距离传输信号的。
A．光的偏振 B.光的干涉 C.光的散射 D.光的全反射12）光纤通信应采用____D____作为光纤的光源；光纤水位计可以采用____B____作为光纤的光源较为经济。
传感器与检测技术(知识点总结)汇编
传感器与检测技术知识总结第一章概述1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2 :传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有:光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型: 不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有: 压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型:需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“ 1 ”和“ 0”或开（ON）和关（OFF）;（2）模拟型:输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3 ）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
传感器与检测技术-ppt课件第十章[1]
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执行机构C
转速传感器N
轴N
执行机构N
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10.3.4 传感器在伺服控制系统中的应用概述
伺服控制系统原理示意图
传感器
控制命令 控制器
驱动器
执行电动机
输出量 控制对象
传感器
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10.3.4 传感器在伺服控制系统中的应用概述
1. 开环控制数控机床
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第10章 传感器在工业中的应用
2024/9/29
1
引言
传感器作为获取信息的敏感元件，在现代信息社 会中扮演着越来越重要的作用。如果把一台工业 设备比拟做一个人的话，那么毫不夸张地说，传 感器就应该是他的眼睛。信息的采集通过传感器 来完成，传感器的正确使用与否直接关系到工业 设备能否正常运行。传感器的精度、稳定性直接 关系到系统的性能好坏。由此可见，作为现代信 息技术的三大基础之一的传感器技术，与通信技 术和计算机技术一样在信息社会中扮演者无可替 代的作用。
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10.3 传感器在工业中的应用概述
随着电子计算机、生产自动化、航空、 遥测、遥感等科学技术的发展，对传感 器的需求量与日俱增，其应用领域已渗 入到社会的各个领域，并起着巨大的作 用。下面仅将传感器在一些主要领域中 的应用作以简介。
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12
10.3.1 传感器在航天工业中的应用概述
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10.1 传感器测试系统简介
3. 测试软件的编写
便于测试数据的分析和显示，需要编
写专门的软件读取测试系统采集的数据， 并加以显示。测试软件中还可以加入信号 处理模块，以便数据的分析和处理。
《传感器技术》习题答案第10章
第十章气敏和湿敏传感器1.答：按照半导体变化的物理性质，可分为电阻型和非电阻型两种。
电阻型半导体气敏元件是利用半导体接触气体时，其阻值的改变来检测气体的成分或浓度，是目前广泛应用的气体传感器之一，按结构分：烧结型、薄膜型和厚膜型三种，敏感体一般都需要在一定的温度下才能正常工作，保证测量灵敏度和响应速度，加热器是不可缺少的。
这类气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便；对气体浓度变化响应快；即使在低浓度（3000mg/kg）下，灵敏度也很高。
其缺点在于：稳定性差，老化较快，气体识别能力不强；各器件之间的特性差异大等，在使用中受环境温湿度影响较大，需要改进。
非电阻型半导体气敏元件根据其对气体的吸附反应，使其某些有关特性发生变化，对气体进行直接或间接检测。
这类器件的制造工艺成熟，便于器件集成化，因而其性能稳定且价格便宜。
利用特定材料还可以使器件对某些气体特别敏感。
2.答：导电机理可以用吸附效应来解释。
在半导体表面原子性质特别活跃，很容易吸附气体分子。
当气体分子的亲和能（电势能）大于半导体表面的电子逸出功时，吸附分子将从半导体表面夺取电子而变成负离子吸附，被称为氧化型气体，是电子接收性气体，如氧气、氧化氮等。
当N型半导体表面形成负离子吸附时，表面多数载流子（电子）浓度减少，电阻增加；对于P型半导体，则表面多数载流子（空穴）浓度增大，电阻减小。
若气体分子的电离能小于半导体表面的电子逸出功时，则气体供给半导体表面电子，形成正离子吸附，被称为还原型气体，是电子供给性气体，如H2、CO、C2H5OH（乙醇）及各种碳氢化合物。
当N型半导体表面形成正离子吸附时，多数载流子（电子）浓度增加，电阻减小；对于P型半导体，则多数载流子（空穴）浓度减少，电阻增加。
利用半导体表面电阻变化就可以检测出气体的种类和浓度。
3.答：传感器均由三部分组成：敏感体及其依附的基底、加热器以及信号引出电级，按其结构不同分为烧结型、薄膜型和厚膜型三种。
《检测与传感技术》思考题答案
答：直流电桥是测量小电阻的一种电路，分为单臂电桥、半桥和全桥。半桥输出电压为单臂电桥的2倍，全桥输出电压为半桥的2倍。
2-4拟在等截面的悬臂梁上粘贴4个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问：
①4个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？
4.4根据螺管型差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。
答：差动变压器的结构如图所示，主要由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
差动变压器传感器中的两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，当衔铁位于中心位置时，两个次级线圈感应电压大小相等、方向相反，差动输出电压为零，但实际情况是差动变压器输出电压往往并不等于零。差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致，使传感器的灵敏度降低，分辨率变差和测量误差增大。
解：
3-7简述差动式电容测厚传感器系统的工作原理。
答：电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等，与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1+C2，如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。
4.5概述差动变压器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原理。
答：差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。
陈杰 传感器与检测技术课后答案
第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为和之有确定对应关系的、便于使用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出和被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器和微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能和多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出和输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy和引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
第10章胡向东传感器与检测技术ppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
设置滤波气室的目的
为了消除干扰气体对测量结果的影响。所谓干扰气体， 是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体，如CO气体 和CO2在4～5 μm波段内红外吸收光谱有部分重叠，则CO2的存 在对分析CO气体带来影响，这种影响称为干扰。为此在测量边 和参比边各设置了一个封有干扰气体的滤波气室，它能将与CO2 气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收，因此左右两边吸 收气室的红外能量之差只与被测气体（如CO）的浓度有关。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
(a)
(b)
(c)
(d)
常用的微波天线
• 扇形喇叭天线; (b) 圆锥形喇叭天线; (a) (c) 旋转抛物面天线; (d) 抛物柱面天
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
透 射 率 / (% ) 透 射 率 / (% ) 透 射 率 / (% )
100
80
60 CO
40
C2H2
20
0
100
80
60
பைடு நூலகம்40
CO 2
C2H6
20
0
100
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器与检测技术课后习题答案全文
当 yt R 时 t 3ln 2 1.22
3
3
当 yt R 时 t 3ln 1 2.08
2
2
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第1章
1.5
解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
yt1090(1et/T)
由y550T 5 8.51
5
ln
9
1.6
解：
yt2520(1et/T)
T 0.5
y1 7.68 y2 5.36
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第3章
3.7
答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转 轴运动轨迹轨迹仪。
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
重写表格如下:
x 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 f 2.523 2.502 2.461 2.432 2.410 2.380 2.362 2.351 2.343 y -1.66 -1.78 -2.06 -2.31 -2.56 -3.06 -3.54 -4.02 -4.61
答：
① mR R m L ax m0.1 RL10Rm ax
② 1 2 11m 1 1100% 0.1
m 0.4 R m ax0 .4R L
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第2章
2.5 解：①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106
传感器与自动检测技术重难点学习指导
《传感器与自动检测技术》重难点及学习指导第一章传感器与自动检测技术的基本概念重难点：测量误差与精度学习指导：掌握绝对误差和相对误差的定义和物理意义，理解精度等级的确定，能对测量误差进行估算和对仪表的精度等级及量程进行正确的选用。
第二章电阻式传感器重难点1：应变效应和桥式测量转换电路学习指导：在理解纵向应变和横向应变的基础上掌握应变效应，理解各类电桥工作方式和性能，注意“相邻臂相减、相对臂相加”的原则，通过不同的组合方式，可提高灵敏度，消除非线性误差及温度效应的影响。
重难点2：压阻式传感器测量转换电路与温度补偿学习指导：测量转换电路恒压源与恒流源供电方式的比较，选择合适的供电方式；提高测量精度减小零点漂移和灵敏度温度漂移的问题，进行零点温度补偿和灵敏度温度补偿。
第三章变阻抗式传感器重难点1：差分变压器的工作原理和测量转换电路的作用学习指导：差分变压器把被测位移量转换为线圈间的互感变化，输出交流电压，通过测量转换电路，可消除零点残余电压，并判别位移方向。
重难点2：电涡流式传感器的工作原理学习指导：在理解涡流效应的基础上，掌握传感器把被测量转换为线圈的阻抗，最大特点是非接触测量。
重难点3：电容式传感器的测量电路学习指导：变间隙式电容传感器采用差分接法的桥式电路（即变压器电桥电路）后，位移量与电容的非线性关系转换为位移量与输出交流电压的线性关系，但还应经过相敏检波才能判别位移方向；脉冲宽度调制电路的输出直流电压与电容变化量成线性关系，不论是对于变面积式或变极距式电容传感器均能获得线性输出，也能判别位移方向。
第四章光电式传感器重难点1：光电效应和光电传感器的工作原理学习指导：理解光电效应和对应光电元件的特性及使用场合，掌握光电传感器的四种应用类型，注意光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，及在模拟量的检测中如何削弱或消除背景光及温度等因素的影响。
重难点2：光纤传感器的工作原理及使用学习指导：了解光纤的传光原理，功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别，光纤传感器的实际应用。
传感器与检测技术完整版本
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1、线性度 也称为非线性误差，是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax10% 0 YFS
.
2.迟滞。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。即，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或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差，又称为回差或变差（最大滞环率）。
xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.1.2传感器的组成
1、敏感元件 敏感元件是指传感器中能灵敏地直接感受或响应被测量（非电量，如位移、 应变）器件或元件。 2．转换元件 转换元件也称传感元件，是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量 (非电量)转换成适于传输或测量的电量(电信号)的器件或元件。它通常不 直接感受被测量。 3.转换电路 作用是，将转换元件的输出量进行处理，如信号放大、运算调制等，使输 出量成为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号或电量，如电压、电 流或频率等。 4．辅助电路 辅助电路就是指辅助电源，即交、直流. 供电系统。
《传感器与检测技术(胡向东第3版)》
传感器与检测技术(胡向东第3版)简介《传感器与检测技术(胡向东第3版)》是传感器与检测技术领域的经典教材，由胡向东教授撰写。
本书系统地介绍了传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用。
重点介绍了常见的传感器类型和检测技术，以及相关的原理、性能评价方法和设计要点。
本书内容丰富、实用，并结合了大量的应用实例，为读者提供了全面的传感器与检测技术知识。
目录本书共分为以下几个部分：第一部分：传感器基础知识1.传感器概述2.传感器的分类3.传感器的基本原理第二部分：常见传感器类型4.温度传感器5.压力传感器6.光学传感器7.振动传感器8.气体传感器9.液体传感器第三部分：传感器性能评价与设计10.传感器的性能评价方法11.传感器的设计要点12.传感器的接口电路设计第四部分：传感器应用技术13.传感器在环境监测中的应用14.传感器在工业自动化中的应用15.传感器在医疗领域中的应用16.传感器在农业领域中的应用17.传感器在安全监控中的应用第五部分：传感器发展趋势与展望18.传感器的发展历程19.传感器的未来发展趋势内容概述本书通过对传感器的基本原理、分类及其在各个领域的应用进行详细介绍，使读者对传感器与检测技术有一个全面的了解。
第一部分主要讲解传感器的基础知识，包括传感器的概述、分类和基本原理。
第二部分详细介绍了常见的传感器类型，如温度传感器、压力传感器、光学传感器、振动传感器、气体传感器和液体传感器等。
第三部分主要介绍传感器的性能评价方法、设计要点和接口电路设计等内容。
第四部分着重介绍了传感器在环境监测、工业自动化、医疗领域、农业领域和安全监控中的应用技术。
最后一部分讨论了传感器的发展历程和未来发展趋势。
本书强调理论与实践相结合，通过大量的实例和案例，让读者更好地理解传感器的应用。
同时，本书还对传感器的性能评价和设计进行了详细的介绍，帮助读者在实际应用中能够选择适合的传感器，并设计出满足要求的传感器接口电路。
传感器与检测技术 第十章 智能传感技术(最新)
图10-13 零位温漂特性
13
第10章 智能传感技术
(2)灵敏度温度漂移的补偿
对于压阻式压力传感器，当输入压力保持不变的情况下，
其输出值U(T)将随温度的升高而下降，如图10-14所示。图中 温度T>T1，其输出U(T)<U(T1)。如果T1是传感器校准标定时 的时工的作输温入度(P)，—而输实出际(U工)特作性温进度行却刻是度T>转T换1，求若取仍被按测工输作入温量度压T 力的数值是P′，而真正的被测输入量是P，将会产生很大的 测量误差，其原因就是输入量P为常量时，传感器的工作温 度B点T升降高至，A点T>，T1输传出感电器压的减输少出量由ΔUU(T为1)降至U(T)，即工作点由
11
第10章 智能传感技术
1.自补偿 温度是传感器系统最主要的干扰量。在典型的传感 器系统中主要采用结构对称来消除其影响；在智能传感 器的初级形式中主要采用以硬件电路实现的“拼凑”补 偿技术，但补偿效果不能满足实际测量的要求。在传感 器与微处理器/微计算机相结合的智能传感器系统中， 可采用监测补偿法，它是通过对干扰量的监测由软件来 实现补偿的。如压阻式传感器的零点及灵敏度温漂的补 偿。
图10-5 传统仪器仪表中的硬件非线性校正原理
5
第10章 智能传感技术
图10-6 智能仪器的非线性校正技术
6
第10章 智能传感技术
(二)自校零与自校准技术
ห้องสมุดไป่ตู้
假设一传感器系统经标定实验得到的静态输出(Y)与 输入(X)特性如下：
式中
Y=a0+a1X
(10-11)
a0—零位值，即当输入X=0时之输出值；
ΔU=U(T1)-U(T)
故
U(T1)=U(T)+ΔU
《检测与传感技术》思考题答案
3-4有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器，如图3-5所示，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距离为1mm。一块板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K（已知空气相对介电常数=1F/m，真空时的介电常数0= 8.854×10-12F/m）。
4.4根据螺管型差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。
答：差动变压器的结构如图所示，主要由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
差动变压器传感器中的两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，当衔铁位于中心位置时，两个次级线圈感应电压大小相等、方向相反，差动输出电压为零，但实际情况是差动变压器输出电压往往并不等于零。差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致，使传感器的灵敏度降低，分辨率变差和测量误差增大。
第一章思考题和习题参考答案
1—1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？
答：传感器是把被测量转换成电化学量的装置，传感器由敏感元件和转换元件组成，其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要信号调理与转换电路进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
2-7在题2-6条件下，如果试件材质为合金钢，线膨胀系数g= 1110−6/℃，电阻应变片敏感栅材质为康铜，其电阻温度系数= 1510−6/℃，线膨涨系数s= 14.910−6/℃。当传感器的环境温度从10℃变化到50℃时，所引起的附加电阻相对变化量(R/R)t为多少?折合成附加应变t为多少?
传感器与检测技术第10章
质量式流量检测方法有两种，一种是根据质量 流量与体积流量的关系，测出体积流量再乘被 测流体的密度的间接质量流量检测；另一种是 直接测量流体质量流量的方法
（4）物位检测
直读式：它根据流体的连通性原理来测量液位； 浮力式：它根据浮子高度随液位高低而改变（恒浮力式）或液体
速度检测
定义法 加速度积分法或位移微分法 利用物理参数测量速度 多普勒效应测速度
振动检测
差动变压器法 电涡流法 应变片法 压电效应法
厚度检测
厚度检测属于长度测量，很多情况下可以用测 长度或测位移的方法或技术来实现，如直接利 用厚度参数来调制传感器的输出信号，这是测 绝对厚度，如低频透射式电涡流测厚法、超声 波测厚法、微波测厚法、核辐射测厚法等
活塞式 浮球式
将被测压力转换成电阻量、 电感量、电容量、频率 量等电学量
电阻式 电感式 电容式
压电法
压阻式 压电式
应变式
振频式
霍尔式
测压范围 /kPa
-10～10 -2.5～2.5 -102～102
-102～106 -102～103 -102～102 0～102 0～106 0～104 -102～104 0～105 0～104 0～105 0～104 -102～104 0～104 0～104
利用许多化合物的分子在红外波段都有吸收带，气体种类不同，吸收带所在 的波长和吸收的强弱也各不相同
浓度的检测
电导法是进行液体浓度测量的一种常用方法， 它是基于电解质溶液的成分以及浓度的不同可 引起不同的导电率的原理来进行测量的
对于一种确定成分的电解质溶液，其电导率跟 浓度的关系是：在低浓度区域，随浓度的增大， 溶液的电导率也增大，两者近似为线性关系； 在高浓度区域，随浓度的增大，溶液的电导率 减小，两者也近似成线性关系
《传感器与检测技术》高教(4版) 第十章
图a所示的接地形式虽然避免了多点接地可能产生的 干扰，但当各级电平相差较大时，会产生较大的地电流 干扰。图b采用的分别接地方式适用于低频电路。
常用的抑制干扰措施
(3)测量装置的两点接地
图为两点接地对装置的影响。
10.5 常用的抑制干扰措施
3、测量系统的接地
测量系统一般有三个分开的地线：信号地线、电 源地线和保护地线。 图给出三种地线的接地方式。
抗干扰技术是检测技术中一项重要的内容，它直接影响 测量工作的质量和测量结果的可靠性，因此，要消除干扰 或削弱干扰的影响，使其降到最低程度的全部技术措施。
非线性补偿技术
对传感器的非线性特性进行线性化处理的方法很多， 目前经常使用的方法可分为两大类，一类是模拟线性 化，另一类是数字线性化。
10.1.1 模拟线性化
并联补偿是在原有的测量系统中，人为地增加一个 温度补偿环节，该补偿环节与主测量系统并行相联，其
目的是使它们的合成输出不随环境温度T变化。
10.2 温度补偿技术
自补偿和并联补偿
并联补偿满足条件： 一是补偿环节输出对温度的反应与被补偿环节输出对温度
的反应大小相等，符号相反，才可能实现全补偿。
二是补偿环节对输入量x的反应与被补偿环节对x的反应大
在某一输入量x下，由温度变化引起的仪表输出变化为
S T dd 0 (T a )T d d 1 (T a )T x dd 0 (T a )T x n
即近似地把系统看成是线性系统
ST
d0 a(T)d1a(T)x dT dT
ya0(T)a1(T)x
10.2 温度补偿技术
温度补偿方式
1、自补偿
自补偿是利用传感器本身的一些特殊部件受温度影 响产生的变化相互抵消。 2、并联补偿
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• 调制信号 x(t) X 0 cos 2πfmt
• 载波信号 y(t) Y0 cos(2πf0t )
• 瞬时频率
式中，Δff 为由调制信号的幅值X0决定的频率的偏移量 ，Δff =Kf X0（Kf为比例常数，其大小由具体的调频电 路决定）（Hz）
2019年7月8日星期一
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图10-9 相敏检波的过程
10.1.3 频率调制与频率解调
1.频率调制 调频就是用调制信号去控制高频载波信号的频率。 常用的调频方法是线性调频，即让调频信号的频率 随调制信号按线性规律变化。
f (t) f0 f
式中，f0为中心频率或称为载波信号的频率（Hz）；Δf 为调制信号频率的偏移量，且与调制信号 x(t)的幅值成 正比（Hz）。
频率的偏移量与调制信号的幅值成正比，与调制信 号的频率无关 常用的调频方法有直接调频法、电参数调频法和电 压调频法等。
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（1）直接调频法。 直接调频法是利用被测参数的变化直接引起传感器输出 信号频率的改变。
图10-10 振弦式传感器的原理图 1—膜片； 2—磁场； 3—振弦； 4—支撑
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10.1.2 幅值调制与幅值解调
1.幅值调制 幅值调制简称为调幅，是指将一个载波信号（简谐 信号）与调制信号（测试信号）相乘，使载波信号 随调制信号的变化而变化。
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图10-3 调幅的原理图
2.幅值解调 从已调信号中检出调制信号的过程称为 幅值解调或检波。检波是为了恢复被调 制的信号。 最常见的检波方法是包络检波和相敏检 波。
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（2）电参数调频法。
被测参数的变化转化为传感器的线圈、电容和电阻的变 化，引起振荡器振荡频率的变化 。
2019年7月8）电压调频法。 利用电压变化来控制振荡回路中传感器的 线圈、电容和电阻的变化，从而使振荡频 率得到调制。
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在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。 正弦信号的三要素为幅值、频率和相位，对这三个 参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相，其波 形分别称为调幅波、调频波和调相波。
调制的过程包含以下三种： （1）高频振荡的幅度受缓变信号控制时，称为调幅，以 AM表示。 （2）高频振荡的频率受缓变信号控制时，称为调频，以 FM表示。 （3）高频振荡的相位受缓变信号控制时，称为调相，以 PM表示。
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（a）偏置电压足够大 （b）偏置电压不够大 图10-4 调制信号叠加偏置后的调幅信号
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1）包络检波 包络检波是一种对调幅信号进行解调的 方法，其原理是利用二极管所具有的单 向导电性，截去调幅信号的下半部，再 用滤波器滤除其高频成分，从而得到按 调幅信号包络线变化的调制信号。
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（a）调幅信号的波形 （b）截去调幅信号的下半部的波形
（c）检波后的波形
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图10-6 采用二极管作为整流元件的包络检波电路
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图10-7 采用晶体管作为整流元件的包络检波电路
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图10-8 采用电桥作为整流元件的相敏检波电路
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10.2.1 比例放大器
1.反相比例放大器
Af
Rf Rr
图10-13 简单的反相比例放大器的内部电路图
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图10-14 高输入阻抗反相放大器的内部电路图
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2.同相比例放大器
图10-15 同相比例放大器的内部电路图
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2.频率解调 调频信号的解调是由鉴频器完成的，指从调频信号中检 测出反映被测参数变化的调制信号。
图10-12 采用变压器耦合的谐振回路鉴频法
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10.2 信号的放大
将传感器的微弱信号精确地放大到所需要 的统一标准信号(直流1～5 V或4～20 mA)， 并达到所需要的技术指标，称为信号的放 大。
技能目标： （1）能够根据信号要求选择合适的信号放大器。 （2）掌握信号检测系统组成及维护使用能力。
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情感目标： （1）养成良好的工作责任心、坚强的意志力和严谨 的工作作风。 （2）具有工作与学习良好的交流与团队合作能力 。
教学重难点
教学重点： 信号放大的工作原理和应用及信号的转换。 教学难点： 信号的非线性补偿技术。
3.差动比例放大器
Af
Rf Rr
图10-16 差动比例放大器的内部电路图
优点：
能抑制共模信 号，抗干扰能 力强。
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图10-17 增益可调的差动比例放大器的内部电路图
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（a）调频波
（b）调幅波 图10-2 两种典型的波形
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2.解调的概念
从已经调制的信号中提取反映被测量值的 测量信号，这一过程称为解调。所谓解调 就是从已被放大和传输的，且有原来信号 信息的高频信号中，把原来信号取出的过 程。解调的目的是为了恢复原来的信号。
第10章 检测系统的信号处理
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1 10.1 调制与解调 2 10.2 信号的放大 3 10.3 信号在传输过程中的转换技术 4 10.4 信号的非线性校正
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教学目标
知识目标： （1）了解调制和解调的概念以及信号的非线性校正。 （2）掌握信号放大中的几种放大器的工作原理及应用。 （3）熟悉信号在传输过程中的变换技术。
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10.1 调制与解调
10.1.1 调制与解调的概念
1.调制的概念
在被测信号上叠加一高频信号，将它从低 频区推移到高频区，这样可以提高电路的抗干 扰能力和信号的信噪比。 以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这 个载体称为载波信号。用来改变载波信号的某 一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制 信号。经过调制的载波信号称为已调信号。已 调信号一般都便于放大和传输。