《传感器与检测技术》课程综述

《传感器与检测技术》课程学习综述目录第一章摘要 (1)第二章传感器基本特性 (3)一、传感器的静态特性 (3)二、传感器的动态特性 (4)第三章传感器 (5)一、电阻式传感器 (5)二. 电感式传感器 (5)三、电容式传感器 (6)四、压电式传感器 (7)五、磁敏感式传感器 (8)六、热电式传感器 (9)七、光电式传感器 (10)八、辐射与波式 (10)九、化学传感器 (11)十、新型传感器 (12)第四章检测技术 (14)一、参数检测基本概念 (14)二、参数检测的一般方法 (16)三、基本参数测量 (17)第五章测量不确定度与回归分析 (19)一、测量误差 (19)二、测量不确定度 (20)第六章自动监测系统 (21)一、组成 (21)二、设计方案 (22)第七章课程总结 (25)第一章摘要《传感器与检测技术》顾名思义围绕着传感器和检测技术来进行的讲解，对于传感器和检测技术的学习对于自动化与电气工程类的我而言十分重要。

传感器位于研究对象与测控系统之间的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口同时传感器也是实现对物理环境或人类社会信息获取的基本工具，是检测系统的首要环节，是信息技术的源头。

作为自动化与电气工程类的学生，即使专业分流之后我们还是会用到大量的传感器知识，掌握传感器方面的知识对我们以后的发展尤为重要。

本课程先从传感器的概述谈起，先让我们知道什么叫做传感器以及传感器的特点和传感器技术的发展再到传感器的基本特性的讲解。

在了解了传感器的基本概述和基本特性之后就需要实例来深入对传感器与检测技术的了解。

本书列举了许多经典的传感器类型，由易到难，从电阻式传感器到电感、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器与光电式传感器等，同时也涵盖了参数检测自动检测系统等来进行了全面详细的讲解。

从原理到测量电路再到应用，环环相扣使人了解原理。

在学习传感器之前我对传感器的理解就是一个很简单的工具，根据物理学原理而实现的各种测量。

学习了之后才明白传感器并非那么简单，不同的参数需要我们用不同的传感器去进行测量，同时有的传感器能测量多种参数而有的参数也可通过多钟传感器来测量。

传感器作为我们专业应用的感知，如果没有传感器的相关知识，我们就无法获取信息，那我们所学的一些知识也无从下手。

积累了传感器的知识之后，我们能够更好的优化系统，相应的参量我们能用自己所学的知识找到最合适的传感器，以及会安装会调试，我觉得这就是本课程的目标。

第二章传感器基本特性传感器定义为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和装置，通常由敏感原件和转换原件组成。

传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性，是传感器的内部结构参数作用关系的外部特性表现。

传感器所测量的物理量基本上有两种形式：稳态和动态两种特性。

一、传感器的静态特性传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。

衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。

（一）线性度线性度是指传感器的输出与输入间成线性关系的程度。

（二）灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。

（三）分辨率分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。

（四）迟滞迟滞也叫回程误差，是指在相同的测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输入信号大小不相等的现象。

（五）重复性重复性表示传感器再输入量按同一方向作全量程多次测试时所得输入按同一方向作全量程多次测量所得的输入输出特性曲线一致的程度。

（六）漂移漂移是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象；漂移将英雄传感器的稳定性或可靠性。

二、传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器对动态激励的相应特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬时响应法和频率响应法来分析。

线性时不变系统有两个重要的性质：叠加性和频率保持特性。

第三章传感器一、电阻式传感器电阻式传感器的基本工作原理是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经一定的测量电路实现对测量结果的输出。

电阻式传感器应用广泛、种类繁多，如电位器式、应变式、热电阻和热敏电阻等；电位器电阻式传感器是一种把机械线位移或角位移输入量通过传感器电阻值的变化转换为电阻或电压的输出的传感器；应变电阻式传感器是通过弹性元件的传递将被测量引起的新编转换为传感器敏感元件的电阻值变化。

（一）工作原理应变是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。

应变电阻式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

（二）测量电路应变电阻式传感器用于测量微小的机械变化量，要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需要采用特别设计的测量电路。

通常采用直流电桥或交流电桥。

（三）典型应用电阻式传感器的典型应用有柱式力传感器、环式力传感器、悬臂梁式力传感器等。

二.电感式传感器电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数L或互感系数M的变化，并通过测量电路将L或M的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输入，实现对非电量的测量。

电感式传感器具有工作可靠、寿命长、灵活度高，分辨力高、精度高、线性好、性能稳定、重复性好等优点。

根据工作原理不同，电感式传感器可分为变磁阻式传感器、变压器式和电涡流式等种类。

（一）变磁阻式传感器由铁心、线圈、衔铁三部分组成。

变磁阻式传感器可通过气隙厚度和气隙面积来改变传感器的值。

因此变磁阻式传感器可分为变气隙厚度和变气隙面积两种情形。

变磁阻式传感器测量电路分为交流电桥、变压器式交流电桥、谐振式测量电路。

（二）差动变压器电感式传感器把被测量的非电量变化转换为线圈互感两变化的传感器成为互感式传感器。

差动变压器结构形式有变隙式、变面积式和螺线管式等。

三、电容式传感器电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。

电容式传感器具有结构简单、体积小、分辨率高、动态响应好、温度稳定性好、电容小、负载能力差、易受外界干扰产生不稳定现象等特点。

电容式传感器广泛用于位移、振动、角度、加速度、压力、差压、液面、成分含量等的测量。

（一）工作原理平板电容式传感器电容量与极板间距、极板间相对面积、和介质有关，因此只要将待测量与其中之一相关联就能得出对应关系而测量出待测量。

因此平板电容式传感器可分为三种：变极板间距覆盖面积的变面积型、变介质介电常数的变介质型和变极板间距的变极距型。

圆筒电容式传感器可分为两种：变介质介电常数的变介质型和变极板覆盖高度的变面积型。

（二）测量电路电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，必须借助信号调节电路才能将其微小的电容变化值转换成预期成正比的电压电流或频率，从而实现显示、记录和传输。

相应的测量电路有调频电路、运算放大器、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。

（三）典型应用电容式传感器具有结构简单、耐高温、耐辐射、分辨率高、动态响应特性好等优点广泛用于压力、位移、加速度、厚度、振动、液位等测量中。

它的典型应用有：电容式压力传感器、电容式位移传感器、电容式加速度传感器、电容式厚度传感器等。

四、压电式传感器（一）工作原理压电式传感器是以某些介质的压电效应作为工作基础。

所谓的压电效应，就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化而使其表面出现电荷聚集的现象也成为正压电效应。

（二）测量电路由于压电式传感器本身内阻搞，输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器。

测量电路主要有：电荷放大器、电压放大器。

（三）典型应用压电式传感器的典型应用有：压电式力传感器、压电式加速度传感器、压电式交通检测。

五、磁敏感式传感器对磁场参量敏感、通过磁电作用将被测量转换为电信号的期间或装置称为磁敏感式传感器。

磁电作用主要分为电磁感应和霍尔效应两种情况。

（一）磁电感应式传感器磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的原理进行工作的。

磁电感应式传感器以电磁感应原理为基础。

在恒磁通传感器中由于它们的运动不见可以是线圈，也可以是磁铁，因此又分成动圈式和动铁式两种结构类型。

磁电感应式传感器典型应用有磁电感应式振动速度传感器、磁电感应式扭矩传感器、电磁流量计等。

（二）霍尔式传感器霍尔式传感器是基于霍尔效应进行工作的传感器。

所谓的霍尔效应是指当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象称为霍尔效应，霍尔效应产生的电动势称为霍尔电动势。

六、热电式传感器热电式传感器是一种能将温度变换转换为电量变化的元件。

在各种热电式传感器中，以将温度转换为电动势或电阻的方法最为普遍，对应的原件分别称为热电偶、热电阻和热敏电阻。

（一）热电偶热电偶测温原理为热点效应，两种不同的导体两端相互紧密连接在一起，组成一个闭环回路。

当量接点温度不等式，回路中就会产生大小和方向与导体材料及接点温度有关的电动势，从而形成电流。

热电偶有三大基本定律，分别为中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律。

（二）热电阻热电阻作为一种感温原件，它是利用导体的电阻值随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量。

（三）热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的一种热敏元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。

热敏电阻可分为三类，即负温度系数、正温度系数、和临界温度系数热敏电阻。

七、光电式传感器光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。

（一）类别按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为四类：光电效应传感器、红外热释电探测器、固体图像传感器、光纤传感器。

（二）基本形式四种基本形式分为：透射式光电传感器、反射式光电传感器、辐射式光电传感器、开关式光电传感器。

八、辐射与波式（一）红外传感器红外传感技术正向各个领域渗透，特别是在测量、家用电器、安全保卫等方面得到了广泛的应用。

红外辐射是一种人眼不可见的光纤，俗称红外线，因为它是结余可见光中红色光和微波之间的光纤。

红外辐射本质上是一种热辐射。

任何物体的温度只要高于绝对零度，就会向外部空间以红外线的方式辐射能量。

物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量越强。

另一方面，红外线被物体吸收后将转化为热能。

（二）微波传感器微波是介于红外线与无线电波之间的一种电磁波，其波长范围是1m~1mm，通常还按照波长特性将其细分为分米波、厘米波和毫米波三个波段。

微波传感器具有以下特征：需要定向辐射装置、遇到障碍物容易反射、绕射能力差、传输特性好，传输过程中受烟雾、灰尘等的影响较小、介质对微波的吸收大小与介质介电常数成正比。

（三）超声波传感器超声波传感器是一种以超声波作为检测手段的新型传感器。