传感器第4版课件

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《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

《传感器与自动检测技术(第4版)》教学教案(模块7)

【列表】几种智能材料的功能特征和应用
【图示】记忆合金曲别针；自适应巡航
概念讲演法
概念讲演法
图示展演法
概念讲演法
图示展演法
概念讲演法
列表归纳法
图示展演法
案例分析
【应用案例】二维自适应图像智能传感器
由上述内容可知，智能传感器是“电五官”与“微电脑”的有机结合，对外界信息具有检测、判断、自诊断、数据处理和自适应能力的集成一体化的多功能传感器。
2．微结构(智能结构)是今后智能传感器重要发展方向之一。
3．利用生物工艺和纳米技术研制传感器功能材料，以此技术为基础研制分子和原子生物传感器是一门新兴学科，是21世纪的超前技术。
4．完善智能器件原理和智能材料的设计方法，也将是今后几十年极其重要的课题。
【图示】ABS的防侧翻稳定控制系统（RSC）；西门子智能视觉传感器。
【图示】二维自适应图像智能传感器；三维多功能单片智能传感器。
【图示】精密智能压力变送器；A2彩色平板环保扫描仪；智能血糖仪；汽车电池监控智能传感器；奥地利medel公司中耳植入振动声桥
案例教学法
图示展演法
图示讲演法
图示展演法
概念分析
三、智能传感器的发展前景
1．利用微电子学，使传感器和微处理器结合在一起实现各种功能的单片智能传感器，仍然是智能传感器的主要发展方向之一。
【图示】智能手机电子指南针
【图示】LSM303DLH传感器模块结构示意图
电子指南针集成了三轴磁力传感器和三轴加速度传感器，分别用于检测磁场数据和航向倾角，如LSM303DLH传感器模块。
案例教学法
图示展演法
图示讲演法
作业
教材认知训练7－1、7－2
练习巩固法
本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果及改进设想）

pw4第三章传感器222-PPT资料129页

4、涡流传感器的应用
涡流式电感传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等参数测量，它可实现非线性测量，下图是涡流式传感器测厚和涡流式传感器用于零件计数的例子。
电阻分压电路
x 输入位移输出电压 u y
uy
u0 x p R p (1
x
)
x RL
xp
当 RL

R p时：u y

u0 xp
x
uy

x xp
u0
负载效应
变阻器式传感器的性能参数
1. 线性(或曲线的一致性); 2. 分辨率; 3. 整个电阻值的偏差; 4. 移动或旋转角度范围; 5. 电阻温度系数; 6. 寿命;
]
2L0x0[1(x0)2 ]
当x01 ，有 L差2L0x0
S L差 x
2L0
0
2W22u002A0
2S单
当
x
0

1，有
L差

2 L0
x
0
差动连接的优点
灵敏度提高一倍非线性误差减小稳定性好有补偿作用
L2 LL1
L1L2
0
x
L2
L W 2u0 A0
dR2E
R
dR
S R 12 E
2、金属电阻应变片：
①工作原理： dR (1 2 )
R dR
S R 1 2 常量
金属应变片：应变效应为主，压阻效应很小
②结构：
丝式箔式
a．丝式：
四个基本部分组成：
丝式
敏感栅（电阻丝）基片覆盖层引出线
设一根电阻丝，未受力时的原始电阻值：
R l
A

精品课件-传感器原理及工程应用(第四版)-第7章

第7章磁电式传感器
18
这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。
当温度升高时，热磁分流器的磁导率显著下降，经它分流掉的
磁通占总磁通的比例较正常工作温度下显著降低，从而保持空
第7章磁电式传感器
17
2. 当温度变化时，式(7-8)中右边三项都不为零，对铜线而言每摄氏度变化量为dl/l≈0.167×10-4，dR/R≈0.43×10-2， dB/B每摄氏度的变化量决定于永久磁铁的磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由式(7-8)可得近似值如下：
第7章磁电式传感器
1
第7章磁电式传感器
7.1 磁电感应式传感器 7.2 霍尔式传感器
第7章磁电式传感器
2
7.1 磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感
器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换
成易于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且性能稳定，具有一定的工作带宽(10～1000Hz)，所以得到
检测元件部分由永久磁铁、感应线圈和铁芯组成。永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化，于是磁通量也发生变化，在线圈中感应出交流电压，其频率在数值上等于圆盘上齿数与转数的乘积。
第7章磁电式传感器
24
图7-7 磁电式扭矩传感器工作原理图
第7章磁电式传感器
第7章磁电式传感器
15
图7-4 传感器电流的磁场效应

传感器第4版课件教学配套课件唐文彦第07章光电式传感器

于快速的正弦和脉冲调制。
白炽灯为可见光源，峰值波长在近红外区域，可用作近红外光源。
二、气体放电光源
什么是气体放电光源？
电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。
气体放电光源的光谱与什么有关？
其光谱是不连续的，光谱与气体的种类几放电条件有关。
哪些光源属于气体放电光源？
应用领域：摄像机、广播电视、可视电话、传真、自动检测、控制、军事、医学、天文、遥感。
车身检测、钢管检测、芯片检测、指纹检测、虹膜检测、显微镜改造、工件尺寸及缺陷检测、对刀仪、复杂形貌测量等。
优点
固体化、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、寿命长
图像畸变小、尺寸重现性好
光敏元之间几何尺寸精度高，可得到较高的定位精度和测量精度，具有较高分辨力
与光电导型工作原理相似，利用光子引起的电子跃迁将光信号转变为电信号，只是光照射在半导体结上而已，。
主要有：光电二极管和光电三极管。
图7-7 光敏管结构及其符号
a) 光敏二极管 b) 光敏三极管 c) 光敏场效应三极管
（四）光生伏特型探测器
是一种自发电式的有源器件。这种半导体器件受到光照射时就产生一定方向的电动势，而不需要外部电源。这种因光照而产生电动势的现象称为光生伏特效应。
图7-25 光纤的结构及传光原理
定义Δ ＝ (n12 - n22) / (2n12) ≈(n1- n2)/n1，Δ
称为光纤的相对折射率差。
当光线以入射角θ入射到光纤的端面时，在端面处发生折射，设折射角为θ’，然后光线以Φ角入射至纤芯与包层的界面。当 Φ角大于纤芯与包层间的临界角Φc时，即
则射入的光线在光纤的界面上发生全反射，并在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。

传感器与检测技术第四版第四章

二进制码盘的粗大误差及消除
要求各个码道刻划精确，彼此对准，给码盘制作造成很大困难有—个码道提前或延后改变，就可能造成输出的粗大误差
消除粗大误差方法： (1) 双读数头法，循环码代替二进制码
六位循环码码盘
特点：
(1) n位循环码码盘具有2n种不同编码；
(2) 循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，其余各位相同
二进制码转换为循环码的电路
循环码转变为二进制码的电路
循环码是无权码，直接译码有困难，一般先转换为二进制码再译码
单盘与多盘编码器：
单盘编码器：全部码道在一个圆盘上，结构简单，使用方便
多盘编码器：几个码盘通过机械传动装置连成一起，可大大提高分辨率
4.2.4 光电码盘的应用
光学码盘测角仪
脉冲当量变换
(3) 循环码为无权码 (4) 循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，
不会产生粗误差
4.2.3 二进制码与循环码的转换
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
循环码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
阻挡层光电效应(光生伏特效应)：在光线作用下使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管
4.1.1 光电管
4.1.2 光电倍增管
特点：放大光电流。结构：光电阴极+若干倍增极+阳极工作原理：二次电子发射系数 σ =二次发射电子数／入射电子数若倍增极有n，则倍增率为σn
4.1.3 光敏电阻
4.1.6 光电式传感器的应用
1. 模拟式光电传感器的应用原理：光电器件的光电流随光通量而变化，是光通量的函数。光通量随被测非电量而变化，这样光电流就是被测非电量的函数光电比色高温计

传感器与检测技术 (第4版)课件第6章

6.2 压电式传感器的等效电路
电极
＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－
压电材料 (a)压电片电荷聚集
Ca
Q
Ca
U
(b) 电荷等效电路
(c) 电压等效电路
压电式传感器的测量电路
压电式传感器本身的内阻抗很高（1010欧以上），输出能量小，常在测量电路中加一个高输入阻抗的前置放大器，作用：（1）把高输入阻抗转换为低输出阻抗（小于100欧）；（2）对传感器输出的微弱信号进行放大。
Fm Ca Cc Ci
灵敏度S＝Uim
d
Fm Ca Cc Ci
Uim
d FmwR 1 w2R2 (Ca Cc Ci )2
为了扩展频带的低频段，要提高回路的时间常数R（Ca+Cc+Ci)，如果只增加电容量，会降低灵敏度S，故常采用Ri很大的前置放大器。
令1
R Ca
1 Cc
Ci
电压放大器
R Ra Ri Ra Ri
C Cc Ci
Q d f d Fm sin wt
U
Q Ca
d Fm Ca
sin wt
Um sin wt
Z＝ 1 jwCa
ZRC
1 jwCa
1
R jwRC
Ui
Z RC Z
U
U i
d Fm
1
jwR
jwR C a
C
d
Fm 1
jwR jwR (Ca Cc
＋
＋
－ -------
(c)Y轴向受压力时
机理：
x y
o
正离子
＋
－
－
.
＋
＋
z

高教社2024传感器与自动检测技术(第四版)教学课件模块4 发电传感器

➢总热电动势为两者之代数和。
EAB (T，T0 ) EAB E(T，T0 )
《传感器与自动检测技术（第四版）》吴旗主编高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
2. 热电偶回路的主要性质
（1）中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其
两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
（2）解决办法
温度范围（0C～100C）
热电特性相近的材料自由端延长，用补偿导线相连
《传感器与自动检测技术（第四版）》吴旗主编高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
A’ B’
屏蔽层保护层
补偿导线外形图
《传感器与自动检测技术（第四版）》吴旗主编高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
2. 热电偶热电动势的测量测量方式：
动圈式仪表电位差计电子电位差计微机识别，输出显示
《传感器与自动检测技术（第四版）》吴旗主编高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
1－热电偶 2－补偿导线 3－冷端补偿器 4－外接调整电阻 5－铜导线 6－动圈 7－张丝 8－磁钢（极靴） 9－指针 10－刻度面板
一般热电偶温度变送器放大转换为
4～20mA电流输出信号。右图所示K型热电偶温度变送器测
温温度范围有0~400℃、0~600℃、0～ 800℃、 0～1100℃和0～1300℃几种；输出信号为4～20mA；电源为24V直流电；精度为0.5%FS。
作为新一代测温仪表可广泛应用于
冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、食品、国防以及科研等工业部门。
一、热电偶传感器的工作原理
1. 热电势效应 ➢两种不同材料 ➢组成闭合回路 ➢结点温度不同

传感器第4版课件教学配套课件唐文彦第03章电感式传感器

◆调频式转换电路形式：
调频电路的基本原理是传感器自感L 的变化引起输出电压频率f的变化。一般是把传感器自感L和一个固定电容C接入一个振荡回路中，如右图a所示。图中G 表示振荡回路，其振荡频率，当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可算出被测量。图b给出了f与L的特性曲线，它存在严重的非线性。
3. 采用补偿线路减小零点残余电动势。下图是几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。
R0
． U
． R0 U０
．
C0
R0
． U０
． U
U
C． U０
a)
b)
c)
3.4 应用举例
下图所示是一个测量尺寸用的轴向自感式传感器
传感器的灵敏度(单位：mV/（m V）)
自感传感器的灵敏度是指传感器结构(测头)和转换电路综合在一起的总灵敏度。
传感器结构灵敏度kt定义为自感值相对变化与引起这一变化的衔铁位移之比，即
kt (ΔL / L) / Δx
(1式)
转换电路的灵敏度kc定义为空载输出电压uo与自感相对变化之比，即
ห้องสมุดไป่ตู้
kc uo /(ΔL / L)
传感器课程电子教案
哈尔滨工业大学光电信息与检测技术研究所
lihuipeng@
第三章电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导
致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感
器可以分为自感式和互感式两大类。
电感传感器的主要特征是具有电感绕组。
3.螺管型
如右图所示，线圈中放入圆柱形衔铁，也是一个可变自感。使衔铁上下位移，自感量将相应变化，这就可构成螺管型传感器。

2024版《智能传感器》PPT课件

contents •智能传感器概述•智能传感器工作原理与分类•智能传感器信号处理技术•智能传感器接口电路设计与实践•智能传感器网络通信协议及实现•智能传感器性能指标评估方法•智能传感器应用案例分析•智能传感器未来发展趋势预测目录01智能传感器概述定义与发展历程定义发展历程从传统的机械式传感器到电子式传感器，再到智能传感器，随着物联网、人工智能等技术的发展，智能传感器逐渐成为传感器领域的主流。

智能传感器特点及应用领域特点应用领域市场现状及发展趋势市场现状发展趋势02智能传感器工作原理与分类工作原理简介010203温度传感器压力传感器光电传感器气体传感器常见类型及其特点选型原则与注意事项配。

A B C D03智能传感器信号处理技术信号采集与转换方法模拟信号采集通过模拟电路对传感器输出的模拟信号进行采集，包括电压、电流等信号的采集和放大。

数字信号转换将模拟信号转换为数字信号，便于后续的数字信号处理和传输。

常用的转换方法包括模数转换（ADC）和直接数字式传感器输出。

传感器接口电路设计传感器与信号处理电路之间的接口电路，实现传感器信号的稳定传输和匹配。

数字滤波技术应用有限冲激响应（FIR）滤波器01无限冲激响应（IIR）滤波器02自适应滤波器03数据融合与校准策略传感器校准多传感器数据融合对传感器的输出进行校准，以消除传感器本身的误差。

常用的校准方法包括零点校准、量程校准等。

环境因素补偿04智能传感器接口电路设计与实践接口电路需求分析信号转换需求电源和功耗需求抗干扰能力需求可扩展性和兼容性需求典型接口电路设计案例I2C接口电路设计SPI接口电路设计UART接口电路设计调试技巧和经验分享电源和信号完整性测试在接口电路调试过程中，应首先检查电源的稳定性和信号完整性，确保电路正常工作。

传感器校准和标定对于模拟输出传感器，需要进行校准和标定以提高测量精度；对于数字输出传感器，需要设置合适的阈值和分辨率。

抗干扰措施采取有效的抗干扰措施，如合理布局、接地处理、滤波等，以提高接口电路的抗干扰能力。

传感器与检测技术第四版

传感器与检测技术第四版在我们的日常生活中，传感器就像无处不在的隐形小助手，真的挺神奇的。

想象一下，你早上醒来，窗帘自动拉开，阳光洒进来，整个房间瞬间明亮。

这个场景的背后，可能就有传感器在默默工作。

哦，对了，传感器不仅仅是科技的产物，还是生活中不可或缺的一部分，真是个好帮手。

你可能会想，传感器到底是什么？简单来说，就是一种能够感知环境变化的设备，能把这些变化转换成电信号，让机器能“看见”“听见”或“感觉到”周围的世界。

感觉就像魔法一样，对吧？咱们聊聊传感器的种类，真是琳琅满目，眼花缭乱。

有温度传感器，能够感知周围的温度变化，让你在夏天时能享受到清凉的空调，不用担心被热浪包围。

再比如，光传感器，能根据光线的强弱自动调节灯光，这可真是为懒人量身定制的福利。

想想，如果你晚上懒得起床关灯，光传感器就会悄悄把灯关掉，简直是完美！还有压力传感器，用在汽车上可以监测轮胎压力，安全第一，开车就能更安心。

哎呀，真是让人赞不绝口！说到检测技术，真的是另一个神奇的领域。

你有没有听过“聪明的家”？现在的智能家居系统就是通过这些检测技术，让生活更加便捷。

比如说，家里的烟雾探测器，能够在火灾来临之前发出警报，真的是救命稻草。

再说那监控摄像头，利用传感器检测到动静，像个24小时不休息的保安，时刻守护着家里的安全，听起来是不是特别放心？生活中有这么多高科技的玩意儿，真让人感到无比幸福。

传感器和检测技术并不是一成不变的，科技在飞速发展，新的技术不断涌现。

比如，现在有些传感器不仅能感知温度、湿度，还能监测空气质量，真是多才多艺。

想象一下，你在家里，一台设备就能告诉你室内的空气是不是新鲜，呼吸是不是舒心，感觉就像有个小医生在身边，真是太棒了！这些技术的进步还带来了更多的便利，比如在农业上，传感器可以监测土壤湿度，帮助农民合理灌溉，提升产量，这可是老百姓的福音啊。

不过，传感器和检测技术也不是没有挑战的。

就拿隐私问题来说，监控摄像头虽然能保护我们的安全，但也让人觉得有点被窥探的感觉，真是让人又爱又恨。