传感器与检测技术知识点

0.1传感器：处于检测与控制系统之首，是感知、获取与检测信息的窗口

0.2传感器是能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或装置，通常敏感元件和转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

1.1输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。指标：线性度（大）、迟滞（小）、重复性（好）、分辨力（强）、稳定性（高）、温度稳定性（高）、各种抗干扰稳定性（高）。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系 来表征。

人们根据传感器的静态特性来选择合适的传感器

1.2最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。相关公式：

1.3非接触式测量：1热电式传感器：测量温度

2光纤传感器：测量光信号3电容式传感器：测量位移

接触式测量：1电位器式压力传感器：测量压力

2 应变片式电阻传感器：测量电阻值 3应变式扭矩传感器：测量扭矩

二应变式

2.1电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属 材料和②半导体 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 电阻压阻效应_ 形成的，而②的电阻变化主要是由 电阻率变化 造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度较大。

2.2简述电阻应变片式传感器的工作原理。（压阻效应）（4分）

答：电阻应变片的工作原理是基于电阻压阻效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。 2.3 金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、黏结剂、引线。②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。

2.4温差①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数

及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差，所以必须补偿温度误差的措施。②方法：1自补偿法：包括单丝自补偿法和组合式自补偿法 2线路补偿法 （平衡条件：电桥相邻两臂电阻的比值相等。）

三 电感式 利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。

3.1变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量 增加 .变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量增大

3.2 在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通成正比，与磁回路中磁阻成反比。为反映差值互感，应将两个一次绕组的同名端顺向串联，将两个两次绕组的同名端反向串联

3.3以自感式传感器为例说明差分式传感器可以提高灵敏度的原理。

差分式灵敏度 t αs g ββ与000202l S W L μ=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-∆+=-∆+=-=∆122)(2000002000200020l l l l S W l S W l l S W L L L μμμ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆--=...1220000l l l l l L S

与单极式灵敏度

比较后可见差分式灵敏度提高一倍，非线性大大减少。

3.4测量电路 （相敏检波电路 差分整流电路）如果用电压表直接测量:总有零位电压输出，零位附近的小位移量测量困难。

要求：反映位移的大小和方向；补偿零点残余电压。（相敏检波电路(工作原理)：通过鉴别相位来辨别位移的方向，差动变压器输出的调幅波经相敏检波后，输出反映位移大小和极性的测量信号。即正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表示位移的方向。

3.5非线性原因是改变了空气隙长度 ②改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差分式传感器，S=...其灵敏度增加非线性减少。

差动变压器原理：根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接。

什么是零残电压？零残电压产生的原因以及如何减小零残电压？

衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压称为零点残余电压。

产生零点残余电压的具体原因有：① 两个次级线圈的电气参数、几何尺寸或磁路参数不完全对称；② 存在寄生参数，如线圈间的寄生电容及线圈、引线与外壳间的分布电容；③ 电源电压含有高次谐波；④ 磁路的磁化曲线存在非线性。

减小零点残余电压的方法通常有：① 提高框架和线圈的对称性；② 减小电源中的谐波成分；③ 正确选择磁路材料，同时适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区； ④ 采用相敏检波电路； ⑤ 串联电阻用来减小零残电压的基波分量；并联电阻、电容用来减小谐波分量；加反馈支路用来减小基波和谐波分量。

四电容式 转换电路：调制型 脉冲型（脉冲型转换电路的基本原理是利用电容的充放电实现。性能较好较常用的电路为双T 形充放电网络 和脉冲调宽型电路）

4.1差分式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小。

4.2电容式传感器类型：变极距型电容传感器（其为非线性）、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。（测量液位的高度） 4.3电容式使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。 五霍尔式

5.1霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电压的大小。

5.2区别：磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端（发电机的原理） 产生感应电势的；而霍尔式传感器为霍尔元件（半导体）在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力，振动，转速。

霍尔元件的不等位电压是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。 不等位的解决方法：并联电阻调电桥平衡

温度补偿方法：a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b 电桥补偿法

组成：霍尔元件、激励源、磁路系统和测量电路 应用：微位移测量原理（梯度磁场：磁场梯度变化越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近线性。）

引线：上下是霍尔输出端阴线 左右是控制电流端引线

六 压电式

⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆--=...120000l l l l l L S