传感器与自动检测技能重点@余成波
传感器与检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结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(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结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。
传感器与自动检测技术(余成波主编)课后部分答案
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？答：（1）能感受（或响应）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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。
1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）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；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。
1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。
（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。
（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。
1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。
（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
传感器与检测技术重点知识点总结
传感器与检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知、收集并转换物理量或化学量等信息的装置。
它广泛应用于各个行业和领域，如工业生产、环境监测、医疗设备、汽车等。
以下是传感器与检测技术的一些重点知识点总结。
1.传感器的基本原理-传感器是通过感知或测量物理量或化学量等信息，并将其转化为可用的电信号输出。
-常见的物理量包括温度、压力、湿度、光照强度、流量等；化学量包括气体浓度、pH值等。
-传感器的工作原理包括电学、热学、光学、化学以及机械等不同的原理。
-传感器的输出信号可以是电压、电流、频率、电阻等形式。
2.传感器的分类-按照感知的物理量或化学量的不同，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、流量传感器等。
-按照测量原理的不同，传感器可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、化学传感器等。
-按照输出信号类型的不同，传感器可以分为模拟输出传感器和数字输出传感器。
3.传感器的特性与参数-灵敏度：传感器响应物理量变化的能力，它决定了传感器的测量范围和分辨率。
-精度：传感器测量值与真实值之间的偏差，包括系统误差、随机误差等。
-响应时间：传感器从感知到输出响应所需的时间。
-可靠性：传感器在一定环境条件下长时间稳定工作的能力。
-线性度：传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系。
-温度影响：传感器在不同温度下性能的稳定性。
-零点漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号发生的零点偏移。
-跨度漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号的量程偏移。
-电磁兼容性：传感器在干扰条件下的工作能力。
4.传感器的应用领域-工业生产：用于监测和控制工艺过程中的温度、压力、流量等参数，提高生产效率和质量。
-环境监测：用于监测大气污染、水质污染、噪声等环境参数，保护生态平衡和人类健康。
-汽车行业：用于汽车发动机的温度、压力、氧气浓度等参数的监测和控制，提高汽车性能和安全性。
-医疗设备：用于监测病人的体温、心率、血压等生理参数，辅助医疗诊断和治疗。
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变化，还会使电容位移传感器的输出产生缓慢的零位漂 移；
（ 2）绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何 尺寸的长期稳定性和低的吸潮性；
（ 3）通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施，即将 传感器放在金属壳内，接地应可靠；
（4）可以消除不稳定的寄生电容， 还可以消除外界静电场 和交变磁场的干扰。
增大特性的线
改善其性能考虑的因素有： 1）损耗问题， 2）气隙边缘效 应的影响， 3）温度误差， 4）差动式电感位移 传感器的零点
剩余电压问题。
（2）互感式位移传感器（测量范围最大） ：将被测位移量 的变化转换成互感系数的变化，基本结构原理与常用变压器 类似，故称为变压器式位移传感器。
（3）涡流式位移传感器： 利用电涡流效应将被测量变换为 传感器线圈阻抗 Z 变化的一种装置。只要分为高频反射和低 频透射两类。 二、 发电型位移传感器 1、发电型位移传感器（压电位移传感器）是将被测物理量转 换为电源性参量。 2、压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力的 变化，然后利用压电效应将力的变化转换为点信号。 三、 大位移传感器 1、磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位移 传感器， 分别用于测量线位移和角位移。 磁头分动态和静态。 2、当磁头不动时， 输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压信 号，其频率仍为励磁电压的频率，其幅值与磁头所处的位置 关系。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。 4、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移的 圆光栅。其性质：光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂直。 5、两块光栅作为一个标尺光栅 （不动的）和一个指示光栅 （动 的），标尺光栅是一个长条形光栅， 光栅长度由所需量程决定。 6、莫尔条纹的性质：①当两个光栅沿刻线垂直方向相对移动 时，莫尔条纹相对栅外不动点沿着近似垂直的运动方向移动， 光栅移动一个栅距 W ，莫尔条纹移动一个条纹间距 B；②光
《传感器》第2版-余成波 第8章 现代检测技术
8.1.4 计算机检测系统的设计 （1）传感器的选择 选择传感器时应从以下几方面的条件考虑： 1）与测量条件有关的因素：输入信号的幅值，频带宽度、精度 要求、测量所需要的时间。 2）与传感器有关的技术指标有：精度、稳定度、响应特性、模 拟量与数字量、输出幅值、对被测物体产生的负载效应、校正 周期、超标准过大的输入信号保护等。 3）与使用环境条件有关的因素有：安装现场条件及情况、环境 条件(湿度、温度、振动等)、 信号传输距离、所需现场提供的 功率容量等。 4）与购买和维修有关的因素有：价格、零配件的储备、服务与 维修制度、保修时间、交货日期等。
同步发展，与网络及其周设备互联。 虚拟仪器的关键是软件
（3）虚拟仪器技术的应用 虚拟仪器技术作为计算机技术与仪器技术相结合的创新技
术，应用前景十分广泛。从总体上而言，虚拟仪器是测量/测试 领域的一个创新概念，改变了人们对仪器的传统观念，适应了 现代测试系统网络化、智能化发展趋势。虚拟仪器技术应用方 式多种多样。
图8.10 计算机测试与控制系统组织方框图
（3）齿轮传动部件试验中的测量和控制系统 图为齿轮传动部件试验中的测量和控制系统。在试验系统中驱 动转速和负载控制由工业控制计算机通过RS232等串行接口控 制直流或交流变频调速系统和耦合或负载控制装置来实现。
传感器与检测技术重点知识点总结
传感器与检测技术知识总结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(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结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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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。
第二章 位移检测传感器 1 、移可分为线位移和角位移两种，测量位移常用的方法有： 机械法，光测法，电测法。 2 、位移传感器的分类：参量型位移传感器，发电型位移传感 器，大位移传感器。 一、 参量型位移传感器 1、参量位移传感器的工作原理： 将被测物理量转化为电参数， 即电阻，电容或电感等。 2、电阻式位移传感器 的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理 特征，即 R=p L/S
型传感器，响应时间快，工作频率范围宽。
12、环境参数：指传感器允许使用的工作温度范围以及环境 压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差，环境振动误 差和冲击误差。
六、传感器的标定与校准
1、标定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入
/ 输出
变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电
量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间 的过程。
9、精确度：简称精度，它表示传感器的输出结果与被测量的 实际值之间的符合程度，是测量值的精密程度与准确程度的
综合反映。
10、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量。 11、动态特性：反映了传感器对于随时间变化的动态量的响 应特性，传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持
不失真测量条件。一般地，利用光电效应、压电效应等物性
7、电感式位移传感器 ：将被测物理量位移转化为自感 L, 互感 M 的变化， 并通过测量电感量的变化确定位移量。 主要类 型有自感式、互感式 '、涡流式和压磁式。输出功率大，灵
传感器与自动检测技术@余成波第三章重点
一、电阻式传感器1.应变式电阻传感器的概念及使用原理：是一种利用电阻应变效应，由电阻应变片和弹性敏感元件组合起来的传感器。
将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数的作用，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。
2.应变式电阻传感器的的组成及各部分作用：通常，它主要是由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成。
其核心元件是电阻应变片（敏感元件），它主要作用是敏感元件实现应变—电阻的变换。
3.根据敏感元件材料与结构的不同，应变片可分为，金属电阻应变片和半导体式应变片。
4.金属电阻应变片（1）金属电阻应变片基本结构由盖层、敏感栅、基底及引线四部分组成。
①敏感栅可由金属丝、金属箔制成，它是转换元件，被粘贴在基底上。
②用黏合剂粘贴在传感器弹性元件或试件上的应变片通过基底把应变传递到敏感栅上。
（1—敏感栅2—基底3—引线4—盖层5—黏合剂）③同时基底起绝缘作用。
④盖层起绝缘保护作用。
焊接于敏感栅两端引线连接测量导线之用。
目前，常用的金属电阻应变片主要有：金属丝式应变片、箔式应变片、及金属薄膜应变片等结构形式。
（2）金属电阻应变片工作原理：金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。
当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。
6.半导体应变片（1）半导体应变片结构：是用半导体材料，采用与丝式应变片相同方法制成的半导体应变片。
图中1为基片，2为半导体敏感条，3为外引线，4为引线联接片，5为内引线。
（2）半导体应变片原理工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
所谓压阻效应是指，当半导体材料的某一轴向受外力作用时，其电阻率 发生变化的现象。
半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为，（3）半导体应变片的特点 半导体应变片最突出的优点是体积小，灵敏度高，频率响应范围很宽，输出幅值大，不需要放大器，可直接与记录仪连接使用，使测量系统简单；但它具有温度系数大，应变时非线性比较严重的缺点。
传感器和自动检测技术第四章重点@余成波
1.力值测量所依据的原理是力的静力效应和动力效应。
（1）力的静力效应是指弹性物体受力作用后产生相应变形的物理现象。
（2）力的动力效应是指具有一定质量的物体受到力的作用时，其动量将发生变化，从而产生相应的加速度的物理现象。
只需测出物体的加速度，就可间接测得力值。
即利用动力效应测力的特点是通过测量力传感器中质量块的加速度而间接获得力值。
2.测力传感器可以是位移型、加速度型或物性型。
按其工作原理则可以分为：弹性式、电阻应变式、电感式、电容式、压电式、压磁式等。
3.弹性变形式的力传感器：该类传感器的测量基础是弹性元件的弹性变形和作用力成正比的现象，其原则上可简化成图4.1所示的单自由度系统。
其输入力和输出弹性变形（或位移）之间的关系为：式中：c 为粘度阻尼系数；k 为弹性刚度；)(t f 为激振力，为系统的输入；z 振动位移，为系统的输出。
4.图4.2是一种用于测量压缩力的应变片式测力头的典型构造。
图4.2（b ）是输出端接放大器的直流不平衡电桥的电路。
第一桥臂接电阻应变片1R ,其它三个桥臂接固定电阻。
当应变片1R 未受力时，由于没有阻值变化，电桥维持初始平衡条件3241R R R R =因而输出电压为零，即当应变片承受应力时，应变片产生1R ∆的变化，电桥处于不平衡状态，此时假设 ，，并考虑到电桥初始平衡条件及省略分母中的微量 ，则上式可写为 。
5.图4.3是测量拉压力的传感器的典型弹性元件。
为了获得较大的灵敏度，采用梁式结构。
()t f kz dt dz c dt z d m =++22()03241=⋅-⋅=R R R R A U OUT U R R R R R R R R R R U U U U DB CB CD OUT ∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆-⋅∆=-==]11/[341211341112/R R n =11/R R ∆()1121R R n n U U OUT ∆⋅+≈6.压磁式测力传感器：某些铁磁材料（如正磁致伸缩材料）受机械力F作用后，其内部产生机械力，从而引起其磁导率（或磁阻）发生变化，这种物理现象称为“压磁效应”。
传感器与自动检测技术(第二版)余成波主编第三章答案
传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124第三章3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻也会相应地变化，其电导率P 并未发生变化。
而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。
压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P 则发生变化的现象。
3.5 某一直流电桥，供电电源电动势V E 3=,Ω==10043R R ，1R 和2R 为相同型号的电阻应变片，其电阻均为Ω100，灵敏度系数0.2=K 。
两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5000µɛ，试求此时电桥输出端电压O U 。
解：由题意知：分析得差动电桥 因为：)(433221111R R R R R R R R R E U O +-∆-+∆+∆+= 又432121,,R R R R R R ==∆=∆， 所以1121R R E U O ∆=又有11R R ∆=X S K ε；因此：V EK U x S O 015.010*******1216=⨯⨯⨯⨯==-ε 所以：此时电桥输出电压U0=0.015V 。
3.6 哪些因素引起应变片的温度误差，写出相对的误差表达式，并说明电路补偿法的原理。
答：第一，由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。
产生应变片温度误差的主要因素有 : a 、电阻温度系数的影响：:敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：当温度变化Δ t 时 , 电阻丝电阻的变化值为 Δ Rt=Rt- R0= Ro α o Δ t ；b 、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 ：当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时 , 不论环境温度如何变化 , 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形。
当试件和电阻丝线膨胀系数不同时 , 由于环境温度的变化 , 电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻。
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9、精确度：简称精度，它表示传感器的输出结果与被测量的 实际值之间的符合程度，是测量值的精密程度与准确程度的
综合反映。
10、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量。 11、动态特性：反映了传感器对于随时间变化的动态量的响 应特性，传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持
不失真测量条件。一般地，利用光电效应、压电效应等物性
型传感器，响应时间快，工作频率范围宽。
12、环境参数：指传感器允许使用的工作温度范围以及环境 压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差，环境振动误 差和冲击误差。
六、传感器的标定与校准
1、标定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入
/ 输出
变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电
量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间 的过程。
第二章 位移检测传感器 1 、移可分为线位移和角位移两种，测量位移常用的方法有： 机械法，光测法，电测法。 2 、位移传感器的分类：参量型位移传感器，发电型位移传感 器，大位移传感器。 一、 参量型位移传感器 1、参量位移传感器的工作原理： 将被测物理量转化为电参数， 即电阻，电容或电感等。 2、电阻式位移传感器 的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理 特征，即 R=p L/S
增大特性的线
改善其性能考虑的因素有： 1）损耗问题， 2）气隙边缘效 应的影响， 3）温度误差， 4）差动式电感位移 传感器的零点
剩余电压问题。
（2）互感式位移传感器（测量范围最大） ：将被测位移量 的变化转换成互感系数的变化，基本结构原理与常用变压器 类似，故称为变压器式位移传感器。
（3）涡流式位移传感器： 利用电涡流效应将被测量变换为 传感器线圈阻抗 Z 变化的一种装置。只要分为高频反射和低 频透射两类。 二、 发电型位移传感器 1、发电型位移传感器（压电位移传感器）是将被测物理量转 换为电源性参量。 2、压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力的 变化，然后利用压电效应将力的变化转换为点信号。 三、 大位移传感器 1、磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位移 传感器， 分别用于测量线位移和角位移。 磁头分动态和静态。 2、当磁头不动时， 输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压信 号，其频率仍为励磁电压的频率，其幅值与磁头所处的位置 关系。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。 4、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移的 圆光栅。其性质：光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂直。 5、两块光栅作为一个标尺光栅 （不动的）和一个指示光栅 （动 的），标尺光栅是一个长条形光栅， 光栅长度由所需量程决定。 6、莫尔条纹的性质：①当两个光栅沿刻线垂直方向相对移动 时，莫尔条纹相对栅外不动点沿着近似垂直的运动方向移动， 光栅移动一个栅距 W ，莫尔条纹移动一个条纹间距 B；②光
于成波传感器课件第2章 检测系统的误差合成
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2.1.3 误差产生的原因 产生误差的原因多种多样，根据检测系统的各个环 节可分类如下： （1）被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际 检测条件有出入； （2）测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随 时间发生劣化； （3）电气、空气压、油压等动力源的噪声及容量的影响； （4）检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻 （5）检测系统的惯性即迟延传递特性不符和检测的目的 要求，因此要同时考虑系统静态特性和动态特性； （6）检测环境的影响，包括温度、气压、振动、辐射等；
t
xm
利用标准正态分N 0,1 布进行分析考察，如式
（2.9）
表2.1给出了标准正态分布 N 0,1 的一些 t与 f t 的代表数 值。
t2 y f t exp 2 2 1
（2.10）
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表2.1 正态分布的概率密度和置信概率的数值表
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随机误差具有以下特性： 1） 绝对值相等、符号相反的误差在多次重复测量中出 现的可能性相等； 2） 在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超出某 一限度； 3） 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差在多次 重复测量中出现的机会多； 4） 随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零。
（2.5）
则称为的概率分布密度函数，即
Pa x b F b F a f x dx （2.6）
b a
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为误差在a与b之间的概率。因此，凡是能把随机误差 取值于某一范围的每个值及其概率表达出来的函数都 是随机误差的一种分布。 由概率论的中心极限定理可知：大量的、微小的及 独立的随机变量之总和服从正态分布。但在实际中， 各种非正态分布也很多，故对随机误差一般将其按下 述方法给予描述。 （1）正态分布 如果用函数 f x 来表示各个测得值出现的概率密度分布， 则 x m 2 1 f x exp N m, 2 （2.7） 2 2 2
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1.检测（Detection ）是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
2.检测技术应用于工业、农业、国防、航空、航天、医疗卫生和生物工程等领域。
3.传感器（Transducer/sensor ）的定义为：“能感受（或响应）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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
4.传感器的组成（1）传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成。
（2）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。
（3）变换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。
（4）信号调理与转换电路——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。
5.传感器分类（1）按被测量分类机械量：位移、力、力矩、扭矩、速度、加速度、振动、噪声 … …热工量：温度、热量、流量（速）、风速、压力（差）、液位 … …物性参量：浓度、粘度、比重、酸碱度 … …状态参量：裂纹、缺陷、泄漏、磨损、表面质量… … （2）按测量原理分类按传感器的工作原理可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、光纤、磁敏式、激光、超声波等传感器。
（3）按信号变换特征分类结构型：主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。
物性型：利用敏感元件材料本身物理属性的变化来实现信号变换 （4）按能量关系分类能量转换型：传感器直接由被测对象输入能量使其工作。
能量控制型：传感器从外部获得能量使其工作，由被测量的变化控制外部供给能量的变化。
6.传感器与检测技术的发展动向：（1）测量仪器向高精度和多功能发展；（2）参数测量与数据处理向自动化方向发展；（3）传感器向智能化、集成化、微型化、量子化、网络化的方向发展；（4）开展极端测量。
7.检测系统的静态特性与性能指标（1）测量范围：检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。
（2）灵敏度：灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即：。
x y S ∆∆=/线性系统的灵敏度S 为常数，即输入输出关系直线的斜率，斜率越大，其灵敏度就越高。
非线性系统的灵敏度S 是变量，是输入输出关系曲线的斜率，输入量不同，灵敏度就不同，通常用拟合直线的斜率表示系统的平均灵敏度。
要注意灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响，系统的稳定性就越差，测量范围相应就越小。
（3）非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。
如果在全量程A 输出2.测量误差的分类：按照其特点与性质，可将误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类。
3.系统误差的定义：在相同条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，出现某种保持恒定或按一定规律变化着的误差称为系统误差。
4.系统误差的分类：已定系统误差和未定系统误差。
（1）已定系统误差：误差大小和符号已知。
可以通过修正来消除，且应当消除此类误差。
（2）未定系统误差：误差大小和符号未知，但可以估计其范围。
系统误差按误差的规律可分为不变系统误差和变化系统误差。
（1）不变系统误差：误差大小和方向为固定值。
按其变化规律又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。
（2）变化系统误差：误差大小和方向为变化的。
图为系统误差1—不变系统误差；2—线性系统误差；3—非线性系统误差；4—周期性系统误差；5—复杂规律系统误差5.随机误差：在相同条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，受偶然因素影响而出现误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化着，则此类误差称为随机误差。
引起随机误差的原因都是一些微小因素，且无法控制。
6.随机误差具有以下特性：（1）绝对值相等、符号相反的误差在多次重复测量中出现的可能性相等；（2）在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超出某一限度；（3）绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差在多次重复测量中出现的机会多；（4）随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零。
6.粗大误差：在测量结果中有明显错误的误差称为粗大误差，也称为寄生误差。
这种误差主要是由于某种不正常的原因造成的，在数据处理时，允许也应该剔除含有粗大误差的数据，但必须有充分依据。
7.也可以根据产生误差的原因可以将误差分为：器具误差、方法误差、调整误差、观测误差、环境误差等。
其中，调整误差和观测误差是人员误差。
8.误差产生的原因产生误差的原因多种多样，根据检测系统的各个环节可分类如下：（1）被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；（2）测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间发生劣化；（3）电气、空气压、油压等动力源的噪声及容量的影响；（4）检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻（5）检测系统的惯性即迟延传递特性不符和检测的目的要求，因此要同时考虑系统静态特性和动态特性；（6）检测环境的影响，包括温度、气压、振动、辐射等；（7）不同采样所得测量值的差异造成的误差；（8）人为的造成误读，包括个人读表偏差、知识和经验的深浅、体力及精神状态等因素；（9）测量器件进入被测对象，破坏了所要测量的原有状态；（10）被测对象本身变动大，易受外界干扰以致测量值不稳定等。
（1）在实际应用要求较高的场合下，常采用集成测量放大器。
AD521就是美国Analog Devices 公司的集成测量放大器，其管脚说明和基本应用电路如图所示。
其实际放大倍数为（2）程控增益放大器是指放大电路的增益通过数字逻辑电路由程序来控制，简记为PGA （programmable gain amplifier ），也称为可编程增益放大电路。
下图为程控增益放大器LH0084的原理图。
它是由可变增益输入级、输出级、译码器和开关驱动器以及电阻网等组成。
它是由测量放大器构成，是一种通用性很强的放大器，不仅增益可由程序控制，而且具有输入阻抗高、失调电压小、共模抑制比高、速度快、增）隔离放大器：其目的在于使共模电压和干扰信号隔离，同时又放大有用信号。
积分器：可以用两个开关一个电容替代可变电阻。
，。
替代电路的电阻uc q =dt dq i /=g s i o R R U U G ==7.信号转换电路：采样/保持器(S/H)（1）工作原理图所示为采样／保持器(Sample／Hold)的原理图。
其中A1及A2为理想的同相跟随器，其输入阻抗及输出阻抗均分别趋于无穷大及零。
控制信号在采样时使开关S闭合。
采样定理（Shannon sampling theorm）指出：当采样频率大于信号最高次谐波频率的两倍时，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。
8.数据融合的目的是通过出现在输入信息中的任何个别元素数据组合，推导出更多的信息，得到最佳协同作用的结果，即利用多个传感器共同或联合操作的优势，提高传感器系统的有效性，消除单个或少量传感器的局限性。
9.多传感器数据融合的主要作用：①提高信息的准确性和全面性；②降低信息的不确定性；③提高系统的可靠性；④增加系统的实时性。
10.使用多传感器数据融合技术将使测量系统具有如下优势：（1）增加测量维数，增加置信度，提高容错功能，改进系统的可靠性和可维护性。
（2）提高精度。
（3）扩展了空间和时间的覆盖，提高了空间分辨率及环境的适应能力。
（4）改进探测性能，增加响应的有效性，降低了对单个传感器的性能要求，提高信息处理的速度。
（5）降低信息获取的成本。
8章：虚拟仪器1.虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
2.虚拟仪器由通用仪器硬件平台（=计算机软件+数据卡）（简称硬件平台）和应用软件（=应用程序+驱动）两个部分构成。
3.虚拟仪器的硬件构成有多种方案，通常采用以下4种：（1）基于数据采集的虚拟仪器系统PCI和ISA；（2）基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统；（3）基于VXI总线仪器实现虚拟仪器系统；（4）基于串行口或其它工业标准总线的系统RS-232。
4.虚拟仪器与传统仪器相比，具有以下特点：（1）传统仪器的面板只有一个，其表面布置着种类繁多的显示与操作元件。
（2）在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。
（3）仪器的功能可以由用户根据需要由软件自行定义，而不是由厂家事先定义的，增加了系统灵活性。
（4）仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计，而不需购买新的仪器，节省了物质资源。
（5）研制周期较传统仪器大为缩短。
（6）虚拟仪器是基于计算机的开放式标准体系结构，可与计算机同步发展，与网络及其周设备互联。
（7）“投资低”。
虚拟仪器的关键是软件。
5.虚拟仪器技术的应用：工业自动化、仪器产业改造、实验室应用。
6.目前世界上最具有代表性还是美国国家仪器公司（NI）两个虚拟仪器开发平台：LabWindows/CVI和LabVIEW。
7.视觉检测技术组成：图8.41所示为视觉检测系统组成的原理框图，通常它由光源、被测物体、图像采集系统（包括成像系统、图像传感器）、数字图像处理、计算机及其接口、监视器和图像显示与输出装置等构成。
8.数字图像处理与图像识别：数字图像处理与图像识别是通过计算机软件编程实现的，主要包括图像增强、图像滤波、边缘检测和图像描述与识别等。
9.视觉检测系统的应用：（1）几何量测量：①尺寸测量：用线性图像传感器测量物体尺寸的基本原理图。
②微小尺寸的检测：采用激光衍射的方法。
③用于铁轨振动的非接触测量。
（2）锅炉火焰图像安全监控系统。
（3）CCD非接触测量圆柱体压力的系统。
（4）CCD在BGA管脚三维尺寸测量中的应用。
（5）CCD图像传感器在平板位置检测中的应用。
（6）基于CCD医用电子内窥镜系统。
（7）基于CCD的手指静脉识别系统。
反相放大结构的常用半波整流电路及其波形图绝对值转换电路图7.47所示为绝对值转换电路及其波形图。
该电路只是在半波整流电路的基础上，加了一级加法运算放大器。
其可把输入信号转换为单极性信号，再用低通滤波器滤去交流成分，得到的直流信号称为绝对平均偏差（MAD）。