传感器与检测技术06 第六章
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
传感器与检测技术习题答案(六)
第6章 压电传感器习题答案
1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?
答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。
2．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?
答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。
3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa ，连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V ，当压力变化Δp =8MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?
解：记录笔在记录纸上的偏移为
S =10×0.008×25×8=16/mm
4．某加速度计的校准振动台，它能作50Hz 和1g 的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g ，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V ，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。
解：此加速度计的灵敏度为
3.91100
9130=='K mV/g 标定系统框图如下：。
传感器与检测技术教案NO6
传感器与检测技术教案NO6一、教案概述本教案是以传感器与检测技术为主题的教学内容，旨在帮助学生了解传感器的基本概念、分类、原理以及常见的检测技术和应用。
通过理论讲解和实例分析，培养学生对传感器的认知能力和应用能力，为学生今后的学习和工作提供基础。
二、教学目标1. 了解传感器的基本概念、分类和工作原理；2. 掌握常见检测技术的原理和应用；3. 能够应用所学知识解决简单的传感器与检测技术问题；4. 培养学生的实验操作和数据处理能力。
三、教学重点1. 传感器的分类和工作原理；2. 常见检测技术的原理和应用；3. 实验操作和数据处理。
四、教学内容与方法1. 传感器基础知识讲解a. 传感器的定义和作用；b. 传感器的分类和特点；c. 传感器的工作原理和参数。
2. 常见传感器分类与原理a. 接触式传感器和非接触式传感器；b. 模拟传感器和数字传感器；c. 主动传感器和被动传感器；d. 特殊传感器（温度传感器、压力传感器、湿度传感器等）。
3. 常见检测技术原理与应用a. 光电检测技术；b. 电磁感应检测技术；c. 超声波检测技术；d. 激光雷达检测技术；e. 红外线检测技术；f. 微波雷达检测技术。
4. 实验操作和数据处理a. 利用传感器进行温度检测实验；b. 利用传感器进行压力检测实验；c. 利用传感器进行湿度检测实验；d. 实际应用案例分析和讨论。
五、教学步骤与安排1. 引入（5分钟）通过举例引入传感器的作用和应用领域，激发学生的学习兴趣。
2. 传感器基础知识讲解（15分钟）详细讲解传感器的基本概念、分类和工作原理，引导学生理解传感器的本质和功能。
3. 常见传感器分类与原理（30分钟）分别介绍接触式传感器和非接触式传感器的工作原理和应用，让学生了解不同传感器的特点及适用场景。
4. 常见检测技术原理与应用（40分钟）介绍光电检测技术、电磁感应检测技术、超声波检测技术、激光雷达检测技术、红外线检测技术和微波雷达检测技术的原理和应用，加深学生对各种检测技术的理解。
传感器与检测技术
第一章 传感器与检测技术基础
第一节 传感器的组成与分类 第二节 传感器的作用与地位 第三节 传感器的数学模型 第四节 传感器的特性与技术指标 第五节 检测技术基础 第六节 测量误差及其处理方法 第七节 练习
第一节 传感器的组成与分类
主要内容 1、 传感器的定义 2、 传感器的组成 3、 传感器的分类
kydydf(x) x dx dx
（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）
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。
稳定性
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器常用长期 稳定性来表示，长期稳定性指在室温条件下，经过相当长的 时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定 时的输出之间的差异。通常又用其不稳定度来表征稳定程度。
传感器与检测技术
传感器与检测技术
第一章 传感器与检测技术基础 第二章 电阻式传感器 第三章 电感式传感器 第四章 电容式传感器 第五章 磁敏式传感器 第六章 压电式传感器 第七章 光电式传感器 第八章 热电式传感器 第九章 气、湿敏传感器 第十章 智能传感器 第11章 传感器的标定及传感器的正确选用
y kxb
(1-8)
若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上相 应值之间的残差为
i yi (kxi bi)
(1-9)
最小二乘法
n
最小二乘法拟合直线的原理就是使
2 i
为最小值，也
i1
n
就是使
2 i
对k和b的一阶偏导数为零，即
i1
传感器与检测技术第3版谢志萍06
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2.09
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传感器与检测技术
传感器与检测技术
6.1 电桥电路
例6.1 采用阻值350、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为 350的固定电阻组成电桥供桥电压为8V，并假定负载电阻无穷大。当 应变片上的应变为1000μ时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥及全桥 工作时的输出电压。
解：单臂工作电桥的输出电压为：UO
U 4
K
6.2 信号的放大与隔离
（2）护卫（Guard）端的连接。 当测量放大器通过电缆与信号源连接时，电缆的屏蔽层应连接测量放大器 的护卫端。如果电缆的屏蔽层不接护卫端而接地，如图
传感器与检测技术
6.2 信号的放大与隔离
（3）R端、S端的连接。测量放大器通常设有R端和S端，如图
传感器与检测技术
6.2 信号的放大与隔离
U24
R2 R2 R3
6.2
传感器与检测技术
6.2 信号的放大与隔离
2．电流转换为电压（I/V转换器） 当变送器的输出信号为电流信号时，要转化成电压信号，需经I/V转换。最 简单的I/V转换可以利用一个500的精密电阻，将0～10mA的电流信号转 换为0～5V的电压信号。
传感器与检测技术
6.2 信号的放大与隔离
传感器与检测技术
6.2 信号的放大与隔离
6.2.4 隔离放大器 在自动检测系统中，人们希望在输入通道中把工业现场传感器输出的模 拟信号与检测系统的后续电路隔离开来，即无电的联系，这样可以避免 工业现场送出的模拟信号带来的共模电压及各种干扰对系统的影响。解 决模拟信号的隔离问题要比解决数字信号的隔离问题困难得多。目前， 对于模拟信号的隔离广泛采用隔离放大器。
传感器与检测技术实践训练教程
传感器与检测技术实践训练教程第一章：传感器与检测技术概述1.1 什么是传感器1.2 传感器的分类与应用领域1.3 检测技术的发展与应用1.4 传感器与检测技术的重要性第二章：传感器的工作原理2.1 传感器的基本原理2.2 常见传感器的工作原理介绍2.2.1 压力传感器2.2.2 温度传感器2.2.3 光电传感器2.2.4 加速度传感器2.2.5 气体传感器2.2.6 液位传感器2.2.7 气象传感器第三章：传感器的选择与应用3.1 传感器的选择因素3.2 传感器的应用案例分析3.2.1 工业自动化领域的传感器应用3.2.2 环境监测领域的传感器应用3.2.3 医疗器械领域的传感器应用3.2.4 智能家居领域的传感器应用第四章：传感器的实践训练4.1 传感器实验室介绍4.2 传感器实验器材与软件的使用方法4.3 基于Arduino的传感器实验4.4 基于树莓派的传感器实验4.5 传感器数据的采集与处理方法第五章：检测技术的实践训练5.1 检测技术实验室介绍5.2 常见检测技术的实验方法与操作要点5.3 光学检测技术实验5.4 电化学检测技术实验5.5 红外检测技术实验第六章：传感器与检测技术的未来发展6.1 传感器与检测技术的发展趋势6.2 人工智能与传感器技术的结合6.3 新兴传感器与检测技术的研究方向6.4 传感器与检测技术的社会影响与应用前景结语：传感器与检测技术实践训练的重要性与价值通过本教程的学习与实践训练，读者将能够全面了解传感器与检测技术的基本原理、分类与应用，掌握传感器与检测技术的实践操作方法，以及对未来发展趋势有一定的了解。
希望本教程能够帮助读者在相关领域的学习与工作中取得更好的成果。
传感器与检测技术第六章课件
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传 感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。
2024年7月13日星期六
6.3.5 霍尔计数器
图6-20 霍尔计数器的工作原理及其内部电路
6.3.1 霍尔位移传感器
图6-16 霍尔位移传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
6.3.2 霍尔压力传感器
图6-17 霍尔压力传感器的工作原理 1—弹簧管； 2—磁铁； 3—霍尔压力传感器
2024年7月13日星期六
6.3.3 霍尔加速度传感器
图6-18 霍尔加速度传感器的工作原理
2024年7月13日星期六
EH=KH IB
I ——控制电流（A） B ——磁感应强度（T） KH ——霍尔元件的灵敏度
2024年7月13日星期六
霍尔元件灵敏度的表达式为
kH
RH d
式中，RH为霍尔常数；d为霍尔元件的厚度（m）。 霍尔常数的表达式为
（6-2）
RH =ρμ
（6-3）
式中，ρ为霍尔元件所用材料的电阻率；μ为霍尔元件所用材料载流
（a）外形结构
（b）图形符号
图6-1 霍尔元件
霍尔元件是一种半导体四端薄皮，1、1′端称为激励电流端， 2、2′端称为霍尔电动势的输出端，其中2、2′端一般应处于 霍尔元件侧面的中点
2024年7月13日星期六
当把霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中时，磁场方向垂 直于霍尔元件，当有电流I流过霍尔元件时，在垂直于电流 和效磁应场的方向上将产生感应电动势EH，这种现象称为霍尔
传感器与检测技术教案NO6
图6-1 工业用铂热电阻体的结构图6-2 铜热电阻体结构图6-5 热电偶回路常用的热电偶由两根不同的导线组成，它们的一端焊接在一起，为工作端，测温时将它置于温度场中；不连接的两个称为自由端（或称为冷端）T0的导线相连接。
当热端与冷端有温差时检测仪表便能测出被测温度。
根据金属的热电效应，任意两种不同的金属导体都可以作为热电偶回路的电极，但在实10306。
6-6 热电偶的结构图6-7 普通热电偶安装形式）铠装热电偶铠装热电偶又称为缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者经拉伸结合而成的。
铠装热电偶有单支（双芯）和双支（四芯）之分，其检测端有碰底型、不碰底型、露头型和帽型等几种形式，如图6-8所示。
图6-8 铠装热电偶检测端的结构形式薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法，把两种热电极材料分别沉积在绝缘基片上形成的一种快速感温元件。
采用蒸镀工艺，热电偶可以做得很薄，图6-9薄膜热电偶结构尺寸可做得很小。
它的特点是热容量小，响应速度快，特别适用于检测瞬变的表面温度和微小面积上的温图6-9 薄膜热电偶结构热电偶冷端的温度补偿将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温器内，使冷端温度保持图6-11 热释电红外传感器的结构及内部电路3.量子型红外传感器PbS 红外光敏元件的结构如图6-12所示。
其主要是由PbS 光敏元件、电极、玻璃基极、引脚等组成。
先在玻璃基极上制成金电极，然后蒸镀PbS薄膜，再引出电极线。
为了防止光敏元件被氧化，将PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或蓝宝石做光窗口。
当光照射PbS 光敏元件上时，电极两端产生光生电动势，此电动势的大小与光照强度成比例。
6-12 PbS 红外光敏元件的结构6-13 所示。
其由光学系统、调制器、红外传感器、放大器、显示器等部分组成。
光学系统是采用透射式的，是根据红外波长的范围而选择的光学材料制成的。
调制器是由调制盘、微电机等组成。
图6-13 红外测温仪的结构原理通过红外测温仪，可以知道物体表面的平均温度，但要了解物体的温度分部情况，探测物体内部的结构等情况，就需要把物体的温度分布以图像的形式直观地显示出来，即红外成像。
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。
《传感器与检测技术胡向东第2版》习题解答
传感器与检测技术(胡向东,第2版)习题解答王涛第1章概述1、1 什么就是传感器？答:传感器就是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件与装置,通常由敏感元件与转换元件组成。
1、2 传感器的共性就是什么？答:传感器的共性就就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等)输出。
1、3 传感器一般由哪几部分组成？答:传感器的基本组成分为敏感元件与转换元件两部分,分别完成检测与转换两个基本功能。
另外还需要信号调理与转换电路,辅助电源。
1、4 传感器就是如何分类的？答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类,其中按输入量与工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量(即被测参数)进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理(物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等),可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应,可以将传感器分为物理传感器、化学传感器与生物传感器。
1、6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答:①差动技术;②平均技术;③补偿与修正技术;④屏蔽、隔离与干扰抑制;⑤稳定性处理。
第2章传感器的基本特性2、1 什么就是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答:传感器的静态特性就是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标就是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性与漂移。
2、3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞与重复性误差。
传感器与检测技术 6ppt课件
检
测
技
术 1热电极 2绝缘套管 3保护套管 4接线盒
普通热电偶结构
6.1.2 热任务电1偶.1的材传感料器及的结认构识
（2） 铠装热电偶（缆式）。
传 它是将热电极、绝缘材料和金属保护套管组合在一起，经
感
拉伸加工而成。根据测量端的形式不同，可分为碰底型、 不碰底型、露头型、帽型等。铠装热电偶具有能弯曲、耐
与 较小(-50℃ ～150℃)的情况下，普遍采用铜电阻。
检
我国常用的铜电阻为Cu50和Cu100，即在0℃铜电阻值与温度之间的关系可以查 热电阻分度表Cu50或Cu100。
（3）其他热电阻
术
镍和铁的电阻温度系数大，电阻率高，可用于制成
体积大、灵敏度高的热电阻。但由于容易氧化，化学稳
传
在炼油、化工行业常用到气化炉，炉内正常温度在 1300℃左右，甚至高达1500℃以上。炉内所衬炉砖在高温
感 时会熔蚀，受热气体和融渣的冲刷，耐火砖不断变薄。炉
器 与
内耐火砖的减薄甚至脱落，使炽热气体通过砖缝侵入到气 化炉炉壁，使其表面温度升高，气化炉金属外壳强度降低， 造成设备不安全。本课题的任务就是要检测气化炉表面温
与 温度转换成电势输出。热电偶在温度测量中应用具有结构简
检 单、使用方便、测量精度高、测量范围宽等优点。常用的热
测 电偶测量范围为-50～1600℃。如果配用特殊材料，测量范
技 围会更广，某些特殊热电偶最低可测到-270℃（如金铁镍
术 铬），最高可达+2800℃（如钨铼）。
6.1.1 任热务电1.偶1 的传工感作器原的理认识
检 度并给予报警，以便及时确定更换耐火砖的时间。气化炉
测 技
的耐压压力为6.5MPa(G)，炉表面温度在400℃ ～450℃之
传感器及检测技术教案全
北京理工大学珠海学院信息学院教案课程名称：传感器与检测技术课程性质：专业必修主讲教师：安玉磊联系电话：E-MAIL：课时分配表第1课一．章节名称绪论，，，二．教学目的1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性；2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用；三．安排课时： 2学时四．教学内容（知识点）1．自动检测系统的组成；2．传感器的定义，组成，传感器的分类；3. 传感器的静态特性；4. 传感器的动态特性；5. 传感器的标定和校准五．教学重点、难点1．传感器的静态特性和动态特性；2．传感器的标定和校准；六．选讲例题1．活塞压力计标定；2．压力传感器的动态标定；七．作业要求7什么是传感的静态特性有那些指标如何用公式表示8什么是传感器的动态特性有那些分析方法八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军；2．《传感器原理与应用》，程德福；第2课一．章节名称测量误差和数据处理；二．教学目的1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法；2、了解内容：误差的概念和分类，精度；三．安排课时：2学时四．教学内容（知识点）1．测量误差的概念和分类；2. 精度3. 误差的表示方法；4. 随机误差的处理方法；5. 系统误差的处理；6，粗大误差的处理；7．数据处理的基本方法五．教学重点、难点1．误差的处理方法；2．数据处理的基本方法；六．选讲例题1．补偿法测量高频小电容；2．对照法消除系统误差；七．作业要求2正态分布的随机误差有什么特点3、什么是系统的引用相对误差它有什么意义八．环境及教具要求多媒体教室、PowerPoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军第3课一．章节名称应变式传感器；二．教学目的1、掌握内容：金属应变片的工作特性；2、了解内容：金属应变片的工作原理；三．安排课时：（2学时）四．教学内容（知识点）1．金属的应变效益；2．应变片的结构与种类；3. 应变片的灵敏系数；4. 横向效应；5. 温度误差及其补偿五．教学重点、难点1．横向效益；2．温度误差及其补偿；六．选讲例题1．热敏电阻补偿法；2．双金属丝补偿法；七．作业要求1、什么是应变效应，用金属的应变效应解释电阻应变片的工作原理。
传感器原理与检测技术第六章
2．测量冲床压力
当测量大力时，可用两个传感器支承，或将几个传感器沿圆周均布支承，再将求力总和F(属平行力时)。
因有时力的分布不均匀，各传感器测得力的大小不同，故分别测力可以测得更准确。
第二节 磁敏电阻
磁敏电阻是基于磁阻效应的磁敏元件。它的应用范围比较广，可以用它制成磁场探测仪、位移和角度检测器、安培计以及磁敏交流放大器等。
当
时，放大器的输入电压为
2．电荷放大器
它是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。其等效电路如下图，Cf为放大器的反馈电容。若忽略电阻Ra，Ri及Rf的影响，则输入到放大器的电荷量为：Qi=Q-Qf
式中A为开环放大倍数。故放大器的输出电压为： 当A>>1，而(1+A)Cf>>Ci+Cc+Ca时，放大器输出电压可以表示为： 电荷放大器的输出电压仅与传感器产生的电荷量和反馈电容Cf有关，而电缆电容等的影响可忽略不计。
二、压电元件对压电材料的要求
三、常见的压电材料
CLICK TO ADD 晶体 3．铌酸锂晶体 4．压电陶瓷 5．压电半导体 6．高分子压电材料
1．石英晶体
石英晶体有天然和人工制造两种。人造石英晶体的物理、化学性质几乎与天然石英晶体无多大区别，因此目前广泛应用成本较低的人造石英晶体。它在几百摄氏度的温度范围内，压电系数不随温度变化。石英晶体的居里点为573℃，即到573℃时，它将完全丧失压电特性。石英晶体有很大的机械强度和稳定的机械性能，没有热释电效应；但灵敏度很低，介电常数小，因此逐渐被其他压电材料所代替。
1．具有较大的压电常数 2．压电元件的机械强度高、刚度大并具有较高 的固有振动频率。 3．具有高的电阻率和较大的介电常数，以减少 电荷的泄漏以及外部分布电容的影响，获 得良好的低频特性。 4．具有较高的居里点（指在压电性能失效时的 温度转变点）。居里点高可以得到较宽的 工作温度范围。 5．压电材料的压电特性不随时间蜕变，有较好 的时间稳定性。
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。
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显然，若不考虑包括2次项以上的高次项，则 L与 成 比例关系，因此高次项的存在是造成非线性的原因。
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第6章 电感式传感器
差动式自感传感器的特性： 当气隙相对变化/<<1时，高次项迅速减小，非 线性得到改善。然而，这会使传感器的测量范围变小， 因此对输出特性线性的要求和对测量范围的要求是相 互矛盾的。这正是取/ =0.1～0.2的原因。
第6章 电感式传感器
e
b
A xm(t)
+ um a u + m -
VD3 VD4 VD2 c
C
d u + f
VD1 u + -
B
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第6章 电感式传感器
调 制 与 解 调 过 程 （ 波 形 转 换 ）
载波
调制信号 放大后的调幅波
相敏检波后的波形
滤波后的波形
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W 2 0 A 1 L2 L L2 L1 2( )
当/<<1时，可将上式展开成级数：
L1 L 1
2 3
2 L2 L 1
电桥的连接导线不会形成分布电容，因此对连接导线 的方式要求低；
缺点：易引入工频干扰；作直流放大时，由于直流放 大器一般比较复杂，且易受零漂和接地电位的影响。 直流电桥适合于静态量的测量。
交 流 电 桥
交流电桥输出为交流信号（调幅波），外界工频干扰不 易被引入电路；但要求供桥电源稳定性好。 交流放大电路简单，且没有零漂的影响。
3)幅值调制信号的解调——相敏检波电路
相敏检波电路(与滤波器配合)可以将调幅波还原 成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位 的能力。
下面给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输 出关系图。它由四个特性相同的二极管D1～D4沿同一 方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于 桥路平衡。四个端点分别接在变压器A和B的次级线圈 上，变压器A的输入为调幅波xm(t)，B的输入信号为载 波y(t)，uf为输出。 二极管的导通与截止完全由B的次级的输出决定， 因此要求B的次级的输出大于A的次级输出。
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第6章 电感式传感器
第6章 电感式传感器
1.掌握三种电感式传感器工作原理及结构性能 2.掌握其测量电路 3.了解电感式传感器的应用
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第6章 电感式传感器
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被 测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、 压力、流量、振动等物理参数。
输出电压的大小和极性反 映了被测量的性质（如位 移的大小及方向）。
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交流电桥的调制与解调
被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变 的微弱信号，为了实现信号的传输尤其是远距离传 输，需采用调制与解调。 1)目的： 解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
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结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大 位移(数毫米)测量。
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2、差动式自感传感器 两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差 动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性， 实际中常用。
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W 2 0 A 1 L1 L L1 L1 2( )
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差动方式时：
2 4 L L1 L2 2 L 1 2 L L L S 2 灵敏度： 为原来的两倍。
离散频谱
f0－ fs
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f0
f0＋ fs
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•若调制信号为一般周期信号，其包含多个频率分量 (f1、f2 、…)，则调幅波的频谱仍为离散谱，谱线 以载波信号f0为中心，分别位于f1f0、f2f0、…， 即调制信号的每一个频率分量均产生一对边频。
离散频谱
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变压器电桥（带感应耦合臂的电桥）
Z4 u1 W1 W2 u2 a) i1 G Z3 Z4 i1 uy ~ i2 Z3 c) uy ~ W2 W1 Z3 u0 d) uy b) u ~ W2 W1 Z3 Z4 u0 ~
u ~
W1 u0 W2 ~
Z4 u ~
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交流电桥有不同的组合，常用的有电容、电感电桥， 其相邻两臂接入电阻，而另外两臂接入相同性质的阻抗， 例如都是电容或电感。
a) 电容电桥
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b)电感电桥
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图a电容电桥的平衡条件
( R1 1 1 ) R3 ( R4 ) R2 j C1 j C2
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第e 6章 电感式传感器 uef
b
A xm(t)
+ + um a um
VD3 VD4 VD2 c
C
Rf
d u + f
VD1 u - +
B y(t)
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e
b
A xm(t)
2 3 比较：L1 L 1 2 3 L2 L 1
分类:
电感式传感器 自感型 可变磁阻型 涡流式 互感型
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6.1 自感式电感传感器
1、工作原理——可变磁阻式 原理:电磁感应
L
W 2 0 A 2
自感L与气隙δ 成反比，而与 气隙导磁截面 积A成正比。
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变面积式自感传感器
A A
灵敏度： dL W 2 0 S 常数 dA 2
• 输出特性为线性，因此测量范围大。 • 要提高灵敏度，气隙厚度δ不能过大。
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螺管式自感传感器
工作原理：当铁芯在线圈 中运动时，将改变磁阻， 使线圈自感发生变化。
3、测量电路 差动式自感传感器的线圈可以用复阻抗Z等效，常 采用交流电桥、谐振电路等测量。
交流电桥
将直流电桥的电阻R用阻抗Z代替，阻抗写成矢量 形式，则交流电桥平衡条件为：
若阻抗写成复指数形式时，平衡条件为:
z 1z 3 z 2 z 4 1 3 2 4
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解调原理——同步解调
从时域看：
x(t ) cos 2f 0t cos 2f 0t 1 1 x(t ) x(t ) cos 4f 0t 2 2
调制与解调的载波信号 相同——同步解调
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对应于信号的三要素：幅值、频率和相位，调制可分为 调幅AM、调频FM和调相PM；其波形分别称为调幅波、 调频波和调相波。 载波 调制信号 调幅波
调频波
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2)调幅与解调原理
调幅是将一个高频正弦信号(载波)与被测信号相乘， 使载波信号的幅值随被测信号的变化而变化。
R1 R3 R2 R4 R2 R3 C C 4 1
图b所示的电感电桥，其平衡条件
( R1 j L1 ) R3 ( R4 j L2 ) R2
R1 R3 R2 R4 L1 R3 L2 R2
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第6章 电感式传感器
VD3 + um a VD2 VD4 c
C
Rf
- um +
d + -u f
VD1 u + -
B
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y(t)
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e
b
A xm(t)
VD3 + + um um a VD2 VD4 c
C
Rf
d u + f
VD1 u - +
B y(t)
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载波信号 调幅信号
y(t ) cos2f 0t
xm (t ) x(t ) cos 2f 0t
1 j 2 f 0t j 2 f 0t [ x(t )e x(t )e ] 2 j 2f 0t x ( t ) e X ( f f0 ) 由傅里叶变换的性质：
则
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W1 W W2
即使纯电阻交流电桥，导线之间形成的分布电容也 会影响桥臂阻抗值，相当于在各桥臂的电阻上并联 了一个电容，因此须进行电阻和电容的平衡调节。
交 流 电 阻 电 桥
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