第三章常用感器
大学心理学第三章感觉和知觉
感觉剥夺实验
实验持续数日后，人会产生一些幻觉。例如看到大队 老鼠行进的情景，或者听到有音乐传来等等。当实验 进行到第４天时，被测学生出现了双手发抖、不能笔 直走路、应答速度迟缓以及对疼痛敏感等症状。
被测学生参与完实验后，实验者再继续进行追踪调查， 发现被测学生在实验结束后，需要３天以上的时间才 能回复到原来的正常状态。
感觉剥夺实验
实验前，大多数被试以为能利用这个机会好好睡一觉， 或者考虑论文、课程计划。但后来他们报告说，对任 何事情都不能进行清晰的思考，哪怕是在很短的时间 内。他们不能集中注意力，思维活动似乎是“跳来跳 去”的。感觉剥夺实验停止后，这种影响仍在持续。
结果，尽管报酬很高，却几乎没有人能在这项感觉剥 夺实验中忍耐三天以上。最初的８个小时好歹还能撑 住，之后，被测学生有的吹起了口哨，有的自言自语， 显得有点烦躁不安。对于那些８小时后结束实验的被 测学生，即使实验结束后让他们做一些简单的事情也 会频频出错，精神也集中不起来了。
对于一个正常人来说，没有感知觉的生活 是不可忍受的。
感觉剥夺实验
第一个以人为被试的感觉剥夺实验是由贝克斯顿 （Bexton）、赫伦（Heron）、斯科特（Scott） 于1954年在加拿大的一所大学的实验室进行的。
被试是自愿报名的大学生，每天的报酬是20美元 （当时大学生打工一般每小时可以挣50美分）， 所以大学生都极其愿意参加实验。
甜、酸、苦、咸等 味道
嗅觉 肤觉
运动觉
平衡觉
有气味的挥发性物质 鼻腔粘膜的嗅细胞
气味
物体机械的、温度的作 皮肤的和粘膜上的冷点、 冷、温、痛、压、
用或伤害性刺激
温点、痛觉、触觉
触
肌肉收缩、身体各部分 肌肉、肌腱、韧带、关 身体运动状况
第03章电感式传感器
双T电桥电路
脉冲调制电路
组成=转子+定子（如图）
长感应同步器示意图 a）定尺 b)转尺
圆感应同步器示意图 a）定子 b)转子
感应同步器的优点
①具有较高的精度与分辨力。 ②抗干扰能力强。 ③使用寿命长，维护简单。 ④可以作长距离位移测量。 ⑤工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产。
由于感应同步器具有上述优点，长感应同步器目前被广泛地应用于 大位移静态与动态测量中 ;圆感应同步器则被广泛地用于机床和仪器的 转台以及各种回转伺服控制系统中。
• 图为典型的角位移型电容式传感器 当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积
就发生变化，因而导致电容量变化。
4.2.2 变面积型电容式传感器
+ + +
4.2.2 变面积型电容式传感器
• 线位移型电容式传 感器
• 平面线位移型和圆 柱线位移型两种。
4.2.3 变介电常数型电容传感器
• 变介电常数型电容传感器的结构原理如图 所示
0
(4-3)
4.2.1 极距式电容传感器
由式（4-3）可知, 传感器的输出特性C = f (δ)
不是线性关系,而是双曲线关系
此时C1与Δδ近似呈线性关系, 所以变极距型电
容式感器只有在Δδ / δ0很小时, 才有近似的线 性输出
4.2.1 极距式电容传感器
另外, 由式（4 - 3）可以看出, 在δ0较小时, 对 于同样的Δδ变化所引起的ΔC可以增大, 从而使传
4.2.1 极距式电容传感器
一般变极板间距离电容式传感器
• 起始电容在 20～100pF之间, • 极板间距离在25～200μm的范围内, • 最大位移应小于间距的1/10,
《机械工程测试技术》第三章PPT课件
. 机械工程测试技术基础
1
第一节 传感器的分类
1、按被测量分类
位
力
温
湿
移
传
度
度
传
感
传
传
感
器
感
感
器
器
器
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
2
机械式
3、按信号变换特征
2、
按
电气式
物性型
结构型
工
作
光学式
4、按能量关系
原
流体式
理
能量转换
能量控制
型(无源)
型(有源)
5、按输出信号：数字式、模拟式
8
第三节 电阻式传感器
电阻式传感器—一种把被测量转换为电阻变化的传感器。 分类— （一）变阻器式； （二）电阻应变式 一．变阻器式传感器（电位差计式） 定义：通过改变电位器触头位置，把位移转换为电阻的
变化。 根据电阻公式电阻R 为
R l
A
（3-1）
式中：ρ—电阻率；l—电阻丝长度； A—电阻丝截面积
从式中看出当电阻丝直径和材质一定时，电阻值随导线
长度而变化。
分类：（1）直线位移型 （2）角位移型 （3）非线性型
如图3-5 所示
2020年10月19日星期
. 机械工程测试技术基础
9
R
Δα
α
Δx C x
A
C
B a)
A B
C b)
x
A
B
c)
2020年10月19日星期
图3-5 变阻器式传感器
a) 直线位移型 b) 角位移型
C
c)非线性型
. 机械工程测试技术基础
《移动机器人》课件-第3章 移动机器人传感器
• 随机噪声信号：随机噪声主要来源于MEMS传感器上的控制转换电路的
电路噪声、机械噪声和传感器工作时的环境噪声。随机噪声信号带来的
误差会严重影响传感器的测量精度。使用扩展卡尔曼滤波可以获得最优
状态估计，降低噪声的影响，从而提高传感器的测量精度。
路、通信和电源为一体的完整微型机电系统。
MEMS传感器主要优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、
易于集成等，用MEMS工艺制造传感器、执行器或者微结构，具有微型化、
集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生产等特点，产能高，良品
率高。
如图是亚德诺半导体公司Analog Devices Inc.（简称ADI）推出一种经典
• 对移动机器人来说，内部传感器是用于测量移动机器人自身状态
的功能元件，并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器，形成
闭环控制。内部传感器主要检测移动机器人的行程及速度、倾斜
角等。常用的移动机器人内部传感器包括：
• 编码器
• 陀螺仪
• 惯性测量单元IMU
移动机器人
4
3.2 内部传感器
• 3.2.1 编码器
主要由光栅盘和光电检测装置构成，分为增量式编码器、绝对式编码器。
移动机器人
7
3.2 内部传感器
• 3.2.1 编码器
2. 光学编码器
• 增量式编码器
增量式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置。
右图是光电式增量编码器的结构原理图。
结构中最大的圆盘上刻有分布均匀的辐射状窄缝，窄缝分
布的周期为节距。当圆盘随着被测轴转动时，检测窄缝不
难导致成本高昂，这使得早期的惯导系统造价高。
第三章遥感传感器PPT课件
辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、
ETM、HRV）。
To be continued…
6
§1 传感器
五、摄影型传感器
航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器， 它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射 光谱能量。记录的波长范围以可见光~近红外为 主。
To be continued…
7
§1 传感器
NOAA-AVHRR
分辨率/m 60 15 80 1 20 10 30 60 15 本节结束
应用 地面热性质调查
规划、管理 陆地资源调查
海洋调查 海洋调查
返回 下一节11
§3 航空遥感数据
本节主要内容： 一、航空摄影的分类 二、航空像片的感光片性能 三、航空像片的特性 四、航空像片的分辨率 五、彩色红外像片 六、黑白像片的色调 七、航空像片的比例尺 八、光机扫描航空图像
1
城市规划、土地管理
SPOT-HRV1-3
20
宏观规划、国土资源
SPOT-HRV Pan 10
立体量测
ETM1-5，7
30
陆地资源调查
10
To be continued…
遥感数据类型 ETM6
ETM Pan Landsat-MSS4-7
Radarsat-SAR Seasat-VIR Seasat-SAR JERS-VNR JERS-SWIR
To be continued…
8
§1 传感器
七、微波遥是指感通的过向传目感标地器物发射微波并
主动微接波受遥其感后(向…辐) 射信号来实现对地观测
❖
雷达
的遥感方式。主要传感器为雷达，此 外还有微波高度计和微波散射计。
传感器与检测技术第三章电感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
三、转换电路 1．反串电路
•2．桥路
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
3．差动整流电路
感•传式感传器感与器检测技术
感•传式感传器感与器检测技术
一、高频反射式涡流传感器
•线圈上通交变高频电流 •线圈产生高频交变磁场
•产生高频交变涡流 •涡流产生反磁场 •阻碍线圈电流交换作用 •等效于L或阻抗的改变
感•传式感传器感与器检测技术
二、低频透射式涡流传感器
• U L1 • 同频交变电流 • 产生一交变磁场 • 磁力线切割M • 产生涡流I • 到达L2的磁力线
传感器与检测技术第三章电 感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
原理
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
•位 移 •被测物理量 •振 动 •压 力 •流 量 •比
•传感 •的变 器 化
•自感系数 L
•电路 •电
•互感系数
•的变 化
压
M
•电
流
感•传式感传器感与器检测技术
电感传感器优点
▪ 灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； ▪ 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； ▪ 性能稳定，重复性好 ； ▪ 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力
感•传式感传器感与器检测技术
第一节 自感式传感器
四、影响传感器精度的因素分析 1.电源电压和频率的波动影响 ▪ 电源电压的波动一般允许为5%～10%。 ▪ 严格对称的交流电桥是能够补偿频率波动影响的 2. 温度变化的影响 ▪ 为了补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件
传感器与检测技术课件第三章-4压电式传感器
第三章 力、扭矩和压力传感器 二、压电式传感器
第一节
测力传感器
关系式：
d为压电系数
• 压电元件受力后,表面电荷与外力成正比关系:
Q dF
σ1为X方向应力
•在X轴方向施力时,产生电荷大小为:
qx d111
q y d12 b 2 a
•在Y轴方向施力时,产生电荷大小为: σ2为Y方向应力 •压电系数 d11=-d12 为常数
第一节
测力传感器
3.压电元件及其晶片连接方法 电路串联
U’
+++++++++++ + _____________ _ __________ +
_
U’
+++++++++++ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ++ ++++++++++ ____________
+ _ _ +
+++++++++++
第一节
测力传感器
Q Ui Ca Cc Ci
可见： 连接电缆不宜太长，而且也不能随意更换电缆，否则会使传感 器实际灵敏度与出厂标定灵敏度不一致，从而导致测量误差。 Cc以及放大器的输入电容Ci有关，他们均是变数，会影响测量 结果。
第三章 力、扭矩和压力传感器 二、压电式传感器
第一节
电阻式传感器
所谓指示应变ε指是指经过校准 的应变仪的应变读数，它是与应变片 的ΔR/R相对应的。真实应变ε真是 应变片的实际应变值。
30
图3-6 应变片的应变极限
第3章 电阻式传感器
一般情况下，影响应变极限大小的主要因素是 粘合剂和基底材料的性能。如使用过期的粘合剂， 因粘合剂与基底材料固定不充分，胶层与基底太厚 等，都会使应变极限达不到要求。
弹性模量是物质所具有的一种属性，它表示 某种材料反抗形变的能力。
物体单纯受张应力或压应力作用时，其应力与 应变的比值称为杨氏模量。 E F S Fl
l l Sl 14
第3章 电阻式传感器
电阻应变片的工作原理 ——金属的电阻－应变效应
金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变
Hale Waihona Puke 化的现象称为金属的电阻应变效应。
（3-1）
式中：ρ ——电阻丝的电阻率； l ——电阻丝的长度； A ——电阻丝的截面1积6
第3章 电阻式传感器
当电阻丝受到拉力F作用时， 将伸长Δl，横截面积相应减小 ΔA，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了Δρ，为 研究电阻值的变化，将（3-1）式取自然对数：
ln R ln ln L ln A
dr dL
r
L
（3-4）
μ为电阻丝材料的泊松比，负号表示轴向和径向应变方向相反
(dL为正时，dr为负）。
18
第3章 电阻式传感器
将 dA 2 dr 2 、 dL
Ar
L
代入
dR dL dA d
R LA
得
dR (1 2) d
R
（3-5）
19
第3章 电阻式传感器
或
dR R (1 2) d
高中物理第三章传感器1传感器2温传感器和光传感器
第三十页，共四十四页。
含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 (1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减 小． (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减． (3)分析部分电路的电压、电流如何变化.
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第三十一页，共四十四页。
[针对训练] 3.半导体的电阻率随温度的升高而减小，经常利用半导体的这一特性来 制作传感器，如图 3-1-6 所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中 R3 为 用半导体热敏材料制成的传感器．值班室的显示器为电路中的电流表，a、b 之间接报警器．当传感器 R3 所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两 端的电压 U 的变化情况是 ( )
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第二十四页，共四十四页。
对温度传感器、光传感的理解(lǐjiě)及应用
1.光传感器和温度传感器的不同
传感器
光传感器
温度传感器
定义
能够感受光信号，并按一定规律 将温度变化转换为电学量变化
转换成电信号的装置
的装置
ห้องสมุดไป่ตู้
类型
主要有光敏电阻、光敏晶体管、 主要有热敏电阻、热电偶等
光电池等
2021/12/13
2021/12/13
第六页，共四十四页。
②热电阻传感器 a．敏感元件：用金属丝制作的__感_温___电阻．(又叫热电阻) b．热电阻阻值与温度 t 的关系 R＝__R_0_(1_＋ ___θ_t)__． (R0 为 t＝0 ℃时导体电阻，θ 为温度系数)
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第七页，共四十四页。
③热敏电阻传感器 a．敏感元件：___半_导__体____热敏电阻． b．热敏电阻的分类： 一种是随温度升高而电阻__减_小___的热敏电阻，用 NTC 符号表示；另一类 随温度升高而电阻__增__大__(z_ēn_ɡ的dà)热敏电阻，用 PTC 符号表示． c．特点及用途： 热 敏 电 阻 对 温 度 变 化 的 响 应 _很__敏_感__(_mǐ，ngǎn常) 用 于 _测__温__ 、 温 度 _控__制_(_kò或ngzhì) __过__热_保__护____．
常用传感器与敏感元件
第三章常用传感器与敏感元件第一节传感器的分类一、传感器的作用传感器是将被测物理量按一事实上规律转换为与其对应的另一种物理量输出的装置常用的是将非电量转换成电量传感器又称变换器二、传感器的分类1.按被测物理量分类位移传感器速度传感器加速度传感器温度传感器2.按变换原理分类结构型（参量型）物性型（发电型）（1）结构型（参量型）传感器特点：传感器感受外界被测量后，直接输出的不是U或I,而且结构参量，如（RLC）由于上述原因必须将输出量接入电桥，谐振电路或振荡器中，以转换成电压，电流后，再接测量电路从能量观点上讲，本身不产生能量，需外加激励电源又称为无源传感器。
（2）物性型（电发型）传感器当接到外界被测量后，本身物理，化学性能变化，直接输出UI,它相当于一个电压或电流源，不需外力激励，称为有源性感器。
第二节机械式传感器及仪器机械式传感器常常以弹性体作为传感器敏感元件，输入量可以是力、压力、温度等物理量，输出为弹性元件的弹性变形或应变。
图3-3、3H为典型应用实例。
特点：结构简单、可靠、使用方便、价格低廉、读数直观等优点，缺点弹性变形不易过大在，只适用于缓变或静态被测量。
一、电阻式传感器 1.变阻器式传感器结构组成：骨架，电阻元件 电刷町直线也町旋转运动 根据欧姆定律R = P*A如图3-5 C 、A 点电阻 R=R L X第三节电阻、电容、与电感式传感器• • • V . ••• ••-.v sf.4.••.?.K I ;': ••• •••■"■（线圈等）电刷R L ——单位长度的电阻cdR7如果输入量与位物X 间的函数关系为f （x 尸Rx ）要使输入输出成线性关系可用三角形骨 架，f （x ）=Rx3可用抛物线型骨架为减小后接电路影响R L “R P特点：优点；结构简单，性能较稳定，使用方便。
缺点：受阻经直径影响，分辩率不高，低于20mm,运用于定物检测精度不高的场合, 噪声大 2.电阻应变式传感器可检测参数：应变，力，位物加速度，扭矩等。
遥感传感器
３几种常见的光／机扫描仪
１）红外扫描仪： 接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。 ２）多光谱扫描仪（MSS)： 与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，
把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时 用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只 在红外波段工作。 ３）专题制图仪TM： 专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间 分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。
图像的时间分辨率
１时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔， 即采样的时间频率，也称重访周期。
２时间分辨率对动态监测很重要。
第一节 扫描成像类传感器
依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为 单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电 磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像,这类传感 器就叫做扫描成像类传感器. 扫描成像系统主要有以下三种： 1)用分离探测器和扫描镜的光/机扫描系统； 2)线性阵列的固体自扫描系统； 3)线阵或面阵高光谱成像光谱扫描系统。
波谱分辨率
波谱分辨率:指传感器在接收目标辐射的波谱时， 能分辨的最小波长间隔.取决于： （１）传感器的工作波段数目、 （２）工作波段波长 （３）波长间隔（谱带宽度）。
辐射分辨率
辐射分辨率:指传感器探测原件在接收波谱辐射 信号时，能分辨的最小辐射差。 （１）取决于传感器辐射灵敏度 （２）数据的位数。 信噪比：指有效信号功率与噪声功率之比
降．
非成像微波传感器
微波辐射计：被动接受目标地物微波辐射的传感器。 微波散射计：被动探测目标地物微波散射特性的传 感器。
作业
名词解释： １空间分辨率 ２波谱分辨率 ３辐射分辨率（辐射灵敏度） ４时间分辨率
微波遥感常用波段
7第三章互感器2
图为一台三相五柱式电压互感器，
地系统的线电压、相电压测量和
对地绝缘监察。
一次侧额定电压为电网额定（线）电压，二次主绕
组额定电压为100V（线电压，非绕组额定电压）， 二次辅助绕组额定电压（每相绕组）为100/3V。
（一次侧单相接地时，开口三角形输出100V）
(5)三台单相电压互感器组成的星形接线（带辅助二 次绕组） 一次绕组接成星形，为了 能测量相电压，一次侧中性点 必须接地。 基本二次绕组也接成星形， 并中性点接地。既可测量线电 压，又可测量相电压。
-fu
jI2’(x1+x2’) I2’(r1+r2’) jI0x1
r1
x1 I0 r0
r 2’
x2’
I1 U1
I2’ E2’ U 2’
Z2f’ -δu δu
o
c
U2’ φ2
I0r1
+δu
x0
I2’ I0 ψ Φ
o’
+fu
U ( I I )( r jx ) I ( r j x ) U 1 2 0 2 1 1 2 2 2 I ( r jx ) I [( r r ) j ( x x )] U 2 0 1 1 2 1 1
-δu δu c
o U 2’ φ2
+δu
fu
( od db ) o'a
I2’
f u 0 f ul
o’
I0 +fu
ψ Φ
与I0有关的fu0是空载误差
与I2’有关的ful是负载误差
-fu r1 x1 r 2’ x2’
U1 a
b
jI2’(x1+x2’) I2’(r1+r2’)
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第三章 常用传感器
（一）填空题
1、 属于能量控制型的传感器有 等，属于能量转换型的传感器有 等（每个至少举例两个）。
2、 金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用 引起的电阻变化，后者利用 变化引起的电阻变化。
3、 为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用 工作方式。
4、 压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式： 放大器和 放大器，后接 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。
5、 涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的 效应。
6、 磁电式速度计的灵敏度单位是 。
7、 压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。
（二）选择题
1、 电阻应变片的输入为 。
（1）力 （2） 应变 （3）速度 （4）加速度
2、 结构型传感器是依靠 的变化实现信号变换的。
（1）本身物理性质 （2）体积大小 （3）结构参数 （4）电阻值
3、 不能用涡流式传感器进行测量的是 。
（1）位移 （2）材质鉴别 （3）探伤 （4）非金属材料
4、 变极距面积型电容传感器的输出与输入，成 关系。
（1）非线性 （2）线性 （3）反比 （4）平方
5、 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 。
（1）长度 （2）截面积 （3）电阻率 （4）高通
6、 压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的 产生变化。
（1）固有频率 （2）阻尼比 （3）灵敏度 （4）压电常数
7、 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 传感器。
（1）电容式 （2）压电式 （3）电阻式 （4）电涡流式
8、 自感型可变磁阻式传感器，当气隙δ变化时，其灵敏度S 与δ之间的关系是：S ＝ 。
（1）δ1
k （2）δk （3）2-δk （4）2--δk
9、 光电倍增管是利用 效应制成的器件。
（1）内光电 （2）外光电 （3）光生伏特 （4）阻挡层
（三）判断对错题（用√或×表示）
1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
（ ）
2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器（ ）
3、 压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。
（ ）
4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
（ ）
（四）简答和计算题
1、 哪些传感器可选作小位移传感器？
2、 涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测
量大位移量？为什么？
3、 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
4、 电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是
什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。
5、 压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？
6、 试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。
（1） 用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；
（2） 两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。
7、 某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离
)(3.00mm =δ，介质为空气。
问：
（1） 如果极板间距离变化量)(1m μδ±=∆，电容的变化量C ∆是多少？
（2） 如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=∆时，读数仪表的变化量为多少？。