频率式和数字式传感器
传感器的分类和原理
一传感器的分类1、按被测量（或传感器的用途）分类如被测量为温度、压力、流量、位移、速度等时，则感应的传感器分别称为温度传感器等…还有热量、比热容，压差、力、力矩、应力、质量、振幅、频率、加速度、噪声、浓度、粘度、密度、相对密度、酸碱度、颜色、透明度等等，其相应的传感器一般以被测量命名。
2、按工作原理分类传感器的工作原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。
可分为电阻式、电感式、电容式、电抗式、磁电式、热电式、压电式、光电式（包括红外线式和光导纤维式）、谐振式、霍尔式、超声式、同位素式、电话学式、微波式等。
3、按输出信号的性质分类可将其分为模拟传感器和数字传感器两大类前者输出模拟信号，如果要与计算机连接，则需要引入模/数转换环节，而后者则不需要。
数字传感器一般将被测量转换成脉冲、频率或二进制数码输出，抗干扰能力强。
二传感器原理及应用1、电阻式传感器：是一种能把非物理量（如位移、力、压力、加速度、扭矩等）转换成与之有确定对应关系的电阻值，再经过测量电桥转换成便于传送和记录的电压（电流）信号的一种装置。
它具有结构简单、输出精度高、线性和稳定性好等特点。
它种类较多，主要有变阻器式、电阻应变式和固态压阻式等三种。
前两种采用的敏感元件是弹性敏感元件，传感器元件分别是电位器和电阻应变片；而压阻式传感器的敏感元件和传感元件均为半导体（如硅）。
2、变阻器式传感器结构简单，输出信号功率大、被测量与转换量间容易实现线性或其他所需要的函数关系。
3、应变式传感器目前用于测量力、力矩、压力、加速度、质量等参数，是使用最广泛的传感器之一。
应变效应：金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为应变效应。
用来产生应变效应的细导体称为应变丝（敏感栅）应用在称重与测力领域，一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。
传感器的分类(频率式和数字式)
第5章 频率式和数字式传感器 5.2.2
1. 接触式码盘
图5-3（a）为一个四位接触式码盘。 涂黑部分为导电区， 输出为“1”，空白部分为不导电区，输出为“0”。 所有导电部 分连在一起，接高电位。 图示码盘共有四圈码道，在每圈码道 上都有一个电刷，电刷经电阻接地。 当码盘与被测物转轴一起 转动时，电刷上出现的电位对应一定的数码。若有n条码道， 则角度分辨率为
第5章 频率式和数字式传感器
第5章 频率式和数字式传感器
5.1 振弦式频率传感器 5.2 数字编码器 5.3 感应同步器 5.4 磁栅传感器 5.5 光栅传感器 5.6 容栅传感器 5.7 球同步器(球栅)
第5章 频率式和数字式传感器
5.1 振弦式频率传感器
5.1.1 振弦式频率传感器的结构原理
振弦式传感器是以被拉紧了的细弦作为敏感元件， 其结构
节距为W（标准为2 mm）， 机械位移x
2 x， 其总感应电动势e与两尺的相对位移x关系为
W
e
kU
m
sin(t
)
kU
m
sin(t
2π W
x)
（5-3）
第5章 频率式和数字式传感器 2. 鉴幅型 如果给滑尺的正、余弦绕组以同频、 同相但不等幅的电
压激磁时， 则可根据感应电势的幅值来鉴别位移量，称为鉴 幅型。 正、余弦同时激磁时的总感应电势为
360 Q 2n
（5-2）
第5章 频率式和数字式传感器
图5-3 码盘式转角（a） 接触式8421码盘； （b） 接触式格雷码盘；（c) 光电式角编码器
第5章 频率式和数字式传感器 2. 光电式码盘
光电式码盘亦称脉冲式角度—数字编码器， 其结构示意图 如图5-3（c）所示。 在一个圆盘上按码道开有相等角距的缝 隙， 在码道上分为透明区和不透明区 ， 分别代表“1”和 “0”， 相当于接触式码盘的导电区和不导电区。 在开缝圆盘 两边分别安装光源及光敏元件， 相当于接触式码盘的电源和 电刷。 其测量方法与接触式码盘相似。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类传感器的分类方法很多．主要有如下几种：（1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。
这种分类有利于选择传感器、应用传感器（2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。
这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。
（3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。
这种分类法可分出很多种类。
（4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。
其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。
传感器数字化是今后的发展趋势。
（5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。
若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。
（6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。
主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。
微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、传感器（图1）流体传感器——触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
化学类，基于化学反应的原理。
生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。
数字温度传感器工作原理
数字温度传感器工作原理
数字温度传感器是一种用于测量温度的装置，它能够将温度转化为数字信号输出。
这类传感器通常使用特定的敏感元件，如热敏电阻（PTC或NTC）、热电偶或热电阻（如铂电阻）等。
对于热敏电阻传感器，它的阻值会随温度的变化而变化。
通常情况下，热敏电阻是一个负温度系数（NTC）电阻元件，即其阻值随温度的升高而下降。
数字温度传感器通过测量热敏电阻的阻值，并将其转化为数字信号输出，从而得到温度值。
热电偶则是利用两个不同材料的导电性质差异以及温度变化引起的电动势变化来测量温度的传感器。
当两个导电材料的接触点处于不同的温度下时，会产生一定的电势差。
通过测量这个电势差，可以计算出温度值。
而热电阻则是利用材料在不同温度下的电阻值变化来测量温度的传感器。
最常用的热电阻材料是铂电阻（Pt100或Pt1000），其电阻值与温度之间具有良好的线性关系。
将热电阻放置在待测温度环境中，通过测量电阻值的变化，可以通过查表或计算得出温度值。
通过将热敏电阻、热电偶或热电阻连接到一定的电路中，数字温度传感器可以将温度转换为数字信号输出。
这些数字信号可以通过一定的标准协议传输，如I2C、SPI或UART等，从而
将温度值传送给其他的设备或系统进行处理和分析。
测控系统原理与设计21_输入
图中五个部件的噪声可以视做采集电路内部五个不相关的噪声源， 它们本身的等效输入噪声分别为： 、 VIN 3 0 V 9 V VIN 1 0.085V 、VIN 1 0.085VVIN 2 、 (可忽略不计)
VIN 4 7 V VIN 5 177 V
五个部件的放大倍数分别为：
●数字可编程控制增益：PGA202的增益倍数为 1，10，100，1000；PGA203的增益倍数为1，2，4， 8
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●增益误差：G<1000 0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ●非线性失真：G=1000 0.02％～0.06％。 ●快速建立时间：2μs。 ●快速压摆率：20V/μs ●共模抑制比：80～94dB。 ●频率响应：G<1000 1MHz；G=1000 250kHz。 ●电源供电范围：±6～±18V。
在测控系统中，一台微机往往要同时测量 几个被测量，因而测控系统的输入通道常常是 多路的。按照各路输入通道是共用一个采集通 道还是每个通道各用一个，输入通道可分为集 中采集式和分散采集式。
一、输入通道的分类
集中采集式之分时采集结构：
传感器 传感器 调理电路 调理电路 模 拟 多 路 切 换 开 关 采集电路
的传感器。
对传感器的主要技术要求
• 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围 与被测量实际变化范围相一致。 • 符合整机对传感器精度（通常为系统精度的十倍）和速度 的要求； • 满足被测介质和使用环境的要求（如耐高温、耐高压、防 腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电 或耗电少等）； • 满足可靠性和可维护性的要求。
传感器 传感器
调理电路 调理电路
传感器原理与应用复习范围
绪论一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。
三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还需要加辅助电源。
四、传感器分类：1.按输入量分类如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。
2.按测量原理分类现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。
如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。
3.按结构型和物性型分类所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。
物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。
五、传感器的发展趋向1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和多功能化3.传感器的图像化4.传感器的智能化第1章传感器的一般特性§1-1 传感器的静态特性传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。
传感器静态特性的主要指标有以下几点：一、线性度(非线性误差)在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。
二、灵敏度传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。
线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。
传感器原理与检测技术(第三章)概要
Em
cos 2x
W
s in t
E2'
Em
sin
2x
W
cost
(3.5)
将两路输出用求和电路相加，则获得总输出 ：
E
Em
sin(t
2x
W
)
它表明E的幅值恒定，相位变化正比于位移量x。 该信号经BPF、整形、鉴相细分后产生脉冲，由可逆 计数器计数显示相应的位移量。
鉴相型磁栅传感器的原理框图
图中鉴相细分是对调制信号的一种细分 方法，其实现手段可参看相关文献。
• 实际中N1起磁路开关作用。当N1不通电或电流小于某一定值 时，磁路处于不饱和态，磁栅的磁力线通过磁头铁芯闭合， 磁路中的磁感应强度决定于磁头与磁栅的相对位置。反之， 当 N1 通 交 变 电 流 并 达 到 某 一 幅 值 时 ， 铁 芯 饱 和 使 磁 路 “ 断 开”，磁栅上的剩磁通不能在磁头铁芯中通过。随着激磁交 变电流的变化，该磁路开关不断“通”和“断”。这样，在 N2中产生感应电势，它主要与磁头在磁栅上的位置有关，而 与磁头和磁栅之间的相对速度关系不大。
2．光栅读数头
它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和 驱动电路组成。白炽灯发出的光线经透镜变成 平行光照在光栅尺上。光敏元件输出的信号经 驱动电路进行电压和功率放大。光栅读数头的 结构按光路分为：垂直入射光栅读数头、分光 读数头和反射读数头等 。
光栅按其形状和用途可以分为长光栅和圆 光栅两类，长光栅用于长度测量，又称直线光 栅，圆光栅用于角度测量；按光线的走向可分 为透射光栅和反射光栅。
鉴幅型磁栅传感器的原理框图
四、磁栅数显装置
由专用大规模集成电路(LSI)芯片组配两片驱动器 和少量电阻、电容即可组成磁栅数显表 。
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义与分类传感器的分类⽅法很多.主要有如下⼏种:(1)按被测量分类,可分为⼒学量、光学量、磁学量、⼏何学量、运动学量、流速与流量、液⾯、热学量、化学量、⽣物量传感器等。
这种分类有利于选择传感器、应⽤传感器(2)按照⼯作原理分类,可分为电阻式、电容式、电感式,光电式,光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。
这种分类有利于研究、设计传感器,有利于对传感器的⼯作原理进⾏阐述。
(3)按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、⽯英传感器、光导纤推传感器、⾦属传感器、有机材料传感器、⾼分⼦材料传感器等。
这种分类法可分出很多种类。
(4)按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。
其中数字传感器便⼲与计算机联⽤,且坑⼲扰性较强,例如脉冲盘式⾓度数字传感器、光栅传感器等。
传感器数字化就是今后的发展趋势。
(5)按应⽤场合不同分为⼯业⽤,农⽤、军⽤、医⽤、科研⽤、环保⽤与家电⽤传感器等。
若按具体便⽤场合,还可分为汽车⽤、船舰⽤、飞机⽤、宇宙飞船⽤、防灾⽤传感器等。
(6)根据使⽤⽬的的不同,⼜可分为计测⽤、监视⽤,位查⽤、诊断⽤,控制⽤与分析⽤传感器等。
主要特点传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、⽹络化,它不仅促进了传统产业的改造与更新换代,⽽且还可能建⽴新型⼯业,从⽽成为21世纪新的经济增长点。
微型化就是建⽴在微电⼦机械系统(MEMS)技术基础上的,已成功应⽤在硅器件上做成硅压⼒传感器。
主要功能常将传感器的功能与⼈类5⼤感觉器官相⽐拟:光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉⽓敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、传感器(图1)流体传感器——触觉敏感元件的分类:物理类,基于⼒、热、光、电、磁与声等物理效应。
化学类,基于化学反应的原理。
⽣物类,基于酶、抗体、与激素等分⼦识别功能。
常见的25种传感器类型介绍
常见的25种传感器类型介绍“蓝⾊字”传感器的作⽤实际上是⼀种功能块，其作⽤是将来⾃外界的各种信号转换成电信号。
例如，⽇常⽣活中使⽤的话筒，⼿机中的麦克风，它将声⾳转换成电信号，然后放⼤到最佳范围。
然后，在扬声器的o / p处将电信号变成⾳频信号。
如今传感器所检测的信号近来显著地增加，因⽽其品种也极其繁多。
今天我们来看看传感器的种类吧：1.电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、⼒、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的⼀种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、⽓敏、湿敏等电阻式传感器件。
2.变频功率传感器变频功率传感器通过对输⼊的电压、电流信号进⾏交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输⼊⼆次仪表相连，数字量输⼊⼆次仪表对电压、电流的采样值进⾏运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
3.称重传感器称重传感器是⼀种能够将重⼒转变为电信号的⼒→电转换装置，是电⼦衡器的⼀个关键部件。
能够实现⼒→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁⼒式和电容式等。
电磁⼒式主要⽤于电⼦天平，电容式⽤于部分电⼦吊秤，⽽绝⼤多数衡器产品所⽤的还是电阻应变式称重传感器。
电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度⾼，适⽤⾯⼴，且能够在相对⽐较差的环境下使⽤。
因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了⼴泛地运⽤。
4.电阻应变式传感器传感器中的电阻应变⽚具有⾦属的应变效应，即在外⼒作⽤下产⽣机械形变，从⽽使电阻值随之发⽣相应的变化。
电阻应变⽚主要有⾦属和半导体两类，⾦属应变⽚有⾦属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变⽚具有灵敏度⾼(通常是丝式、箔式的⼏⼗倍)、横向效应⼩等优点。
5.压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基⽚上经扩散电阻⽽制成的器件。
其基⽚可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基⽚内接成电桥形式。
《数字式传感器》课件
多功能化和集成化
随着环保意识的提高，低功耗和绿色环保的数字式传感器将成为未来的发展趋势。
低功耗和绿色环保
为了满足各种严苛的工业环境需求，高可靠性、长寿命的数字式传感பைடு நூலகம்将成为研究的重要方向。
高可靠性和长寿命
数字式传感器的设计与实现
易于集成和智能化
数字式传感器通常具有较长的使用寿命和良好的稳定性，能够保证长期的测量精度。
长寿命和稳定性
数字式传感器可以通过数字信号进行远程传输和监控，方便实现远程管理和控制。
易于远程传输和监控
随着物联网技术的发展，数字式传感器将更加智能化和网络化，能够实现更高效、更准确的测量和控制。
智能化和网络化
总结词
数字式传感器采用数字化测量技术，能够将温度、压力、位移等物理量转换为数字信号，并通过数字通信接口传输给计算机或其他数字设备进行处理。与传统的模拟传感器相比，数字式传感器具有更高的测量精度和稳定性，能够更好地抵抗外部干扰的影响，提高测量的可靠性和准确性。
详细描述
总结词
数字式传感器的工作原理通常涉及信号的转换和传输。首先，传感器将物理量转换为电信号，然后通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，最后通过数字通信接口将数字信号传输到计算机或其他数字设备进行处理。
实验室测试
将传感器安装在实际使用场景中，验证其在各种工况下的性能表现。
实际应用测试
在不同温度、湿度和压力条件下测试传感器的稳定性。
环境适应性测试
数字式传感器的实际案例分析
PART
05
01
智能工厂的温度监控
02
在智能工厂中，温度传感器被用于实时监测生产过程中的温度变化，确保产品质量和设备安全。
机电一体化期末考试试题及答案
1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电一体化产品？答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics前半部分与电子学Electronics 后半部分组合而成。
打夯机不属于机电一体化产品。
由于打夯机只是一般机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场所使用，不能满足大面积和远程控制。
而机电一体化就不一样样了，它不光有硬连接、机械连接尚有软连接。
机电一体化属于同步运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体一种复合技术。
它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。
2.机电一体化技术构成是什么？答：机械技术、微电子技术、信息技术3.产品实现机电一体化后，可以获得那些成效？答：产品实现机电一体化后可以获得成效：产品性能提高、功能增强、构造简化、可靠性提高、节省能源、改善操作、提高灵活性等。
4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？数字传感器按构造可提成三种类型：1.直接式数字量传感器——其辨别率决定于数字量传感器位数。
被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出2.周期计数式数字传感器它构造示意图如下图1所示。
此种构造位移辨别率对低精度周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器性质决定。
例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其辨别率即为0.01mm;对高精度周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。
如在100倍电子细分数下，此光栅辨别率就是0.1μm。
此种构造属于增量式构造，构造特点(位移方向规定)决定它不仅备有辨向电路，并且周期计数器还具有可逆性质。
图1 周期计数式数字量传感器构造方框图3.频率式数字传感器其构造示意图如下图2所示。
按振荡器形式，可将此种数字传感器提成带有晶体谐振器和不带晶体谐振器两种。
前者，按被测量作甩点，又分作用在石英谐振器上石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上带有晶体谐振器调频式数字传感器。
数字式光纤传感器的工作原理
数字式光纤传感器的工作原理
数字式光纤传感器是一种利用光纤进行数据传输的新型测量传感器。
它包括一组由光纤、光电转换器和数字信号处理部件组成的传感器头。
它是一种低成本、灵敏度高、扩展容易的传感器，在量测位移、温度、压力和湿度等参数时非常有效。
它的工作原理是：
首先，当传感器头所测量的物质的参数的改变时，可以影响光纤中的光脉冲的强度，从而改变光纤内的信号。
其次，光脉冲通过光纤传输到光电转换器，并转换为电脉冲，然后进行数字信号处理，从而得到物质参数的数值。
最后，它们将该数值作为物质参数的输出，最终得到测量值。
数字式光缆传感器具有多路信号输入/输出功能，可以快速传输数据，适应不同的工业环境。
作为测量传感器的一种，数字式光纤传感器具有精确的测量性能，可以克服由于抗干扰能力差而引起的问题，非常适合在恶劣环境中工作。
它的优势在于结构紧凑，抗干扰性强，可扩展性高，成本低，能够用于工业过程或科研仪器等许多领域。
数字式光纤传感器既可以在传统的测量应用中体现出良好的性能，也可以在新兴应用领域取得成功。
它可以在特定的场合取得相当出良的性能，是一种低成本、敏感度高、方便使用和操作的传感器。
传感器技术的发展与应用毕业论文
北京工业大学毕业设计（论文）题目: 特殊传感器技术的发展与应用姓名：班级：学号：指导教师：日期：2011年6月毕业论文（设计）任务书学生姓名：机电系系机电一体化技术专业机电082班毕业课题：特殊类型传感器的应用教学时间：2011年2月28日至2011年6月10日毕业课题内容及要求：课题内容：1、完成特殊类型传感器的工作原理及结构分析。
2、完成特殊类型传感器应用的工艺过程、特点及控制过程分析。
3、掌握岗位操作要点及常见故障处理方法。
课题要求：1、根据所学知识及岗位培训、调研，确定总体方案并撰写总论部分，文字约2000~3000字。
2、根据相关设备的特点，完成特殊类型传感器的工作原理、结构特点分析、其应用的工艺流程及控制过程等特点分析。
3、根据岗位操作要点及常见故障，阐述常规处理方法要点。
4、根据相关分析，完成教师指定的工程图或工艺流程图。
5、撰写毕业设计论文，约1万字左右。
进度安排：1、2011-02-28至2011-03-25（第1周～第4周）：毕业设计调研，确定毕业设计课题。
2、2011-03-28至2011-05-27（第5周～第13周）：撰写毕业设计课题总论部分，文字约2000~3000字。
确定毕业设计课题方案，进行相关的理论分析、结构分析、工艺分析及加工过程分析。
完成相应的控制原理图、设备结构工程图、工艺流程图、控制方案图及相关的控制程序等。
撰写毕业设计课题部分论文，文字约8000字左右。
论文初稿应在5月中旬完成并送交指导教师审阅修改。
经指导教师审阅合格后，方可按学校规定的论文格式编辑、打印、装订成册，上交指导教师存档。
编辑制作答辩演讲用幻灯片，约20张，上交指导教师。
3、2011-05-30至2011-06-10（第14～第15周）：毕业设计答辩准备及答辩。
参考资料：1、《机电一体化设计手册》指导教师：教研室主任：2011 年4 月 13 日目录目录第 1 章传感器的基本知识 (4)第1.1节传感器的意义及类型 (4)第1.2节传感器的分类 (4)第1.3节传感器的特性 (4)第 2 章霍尔传感器的原理和应用 (7)第2.1节霍尔传感器的简介 (7)第2.2节霍尔传感器的基本原理与使用 (7)第 3 章压阻效应的厚膜力敏材料及传感器 (10)第3.1节厚膜压阻效应简介 (10)第3.2节厚膜电阻的压阻效应 (10)第3.3节钌基厚膜力敏材料及特性 (11)第3.4节厚膜力敏传感器现状 (12)第 4 章湿度传感器 (14)第4.1节性能及设备选择 (14)第4.2节考虑时漂和温漂 (15)第4.3节与传统测湿方法的关系及其他注意事项 (16)第4.4节湿度传感器的发展 (16)第 5 章转速传感器 (21)第5.1节转速传感器的主要功能和特点 (21)第5.2节 S12、S14、S16、S18、S20、S22齿轮转速传感器 (22)第5.3节 T20专用齿轮转速传感器 (24)第5.4节 T23汽车发动机转速传感器 (26)致谢 (29)参考文献 (30)传感器技术的发展与应用第一章传感器的基本知识一、传感器的意义及类型什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。
位移传感器技术参数
位移传感器技术参数位移传感器的技术参数主要包括以下几项：1. 满量程：传感器额定的有效测量范围，即检测物的段差或检测物的移动范围。
2. 重复精度：在激光位移传感器测量时，检测物静止状态下测量值也会有轻微波动。
静止状态下的检测物在相同位置下反复测量所得值的误差幅度，就是重复精度。
简单来说是指：测量值浮动的最大幅度。
3. 采样频率：采样频率（单位：Hz）是指每一秒钟测量的次数，采样频率数值越大，则测量（采样）一次所花的时间就越短。
测量时间越快，越适用于高速移动物体的检测，但由于采样频率较快时，受光量会变少，因此检测反射率较低的物体（黑色橡胶等）时请注意。
4. 分辨率：指的是传感器的最小刻度，即传感器的最大识别能力。
5. 受光波形：受光波形是指显示传感器的受光位置和光强度的机能。
受光波形的波峰位置就是测量值。
6. 平均采样次数：即使在静止状态下进行测量，每次的测量值也会有所波动，此时需要n次的平均采样次数使得测量值稳定下来。
7. 线性精度：指测量值与实际位移值（距离）的误差。
如果传感器测量没有误差的话，实际距离和传感器测量值会合并成一条直线，这就是上图的理想值。
但是，实际情况是，传感器测量值会与理想值之间存在偏差，这就是线性精度。
8. 灵敏度：对于一个仪器来说，灵敏度越高越好，因为越灵敏，对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很自然地，输出的电压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。
9. 零点温漂：环境温度的变化引起的零点平衡变化。
一般以温度每变化10℃时，引起的零点平衡变化量对额定输出的百分比来表示，即传感器不受压时的输入由温度变更引起的漂移。
10. 带宽：指的的是传感器可以测量的有效的频带，比如一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动；一个具有五十HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角。
11. 输出方式：数字输出和模拟输出两种方式。
数字式传感器向仪表输入的是数字信号；模拟式传感器向仪表输入的是模拟量信号。
数字式传感器及应用
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辨 向 电 路
3.细分技术
为了提高分辨力，可以采用增加刻线密
度的方法来减少栅距，但这种方法受到
制造工艺或成本的限制。另一种方法是
采用细分技术，可以在不增加刻线数的
情况下提高光栅的分辨力，在光栅每移
动一个栅距，莫尔条纹变化一周时，不
只输出一个脉冲，而是输出均匀分布的n 个脉冲，从而使分辨力提高到W/n。由
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光电编码器示意图
1—光源 2—透镜 3—码盘 4—窄缝 5—光电元件组
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10.2.3 电磁式编码器
主要由磁鼓与磁阻探头组成。多极磁鼓 常用的有两种：一种是塑磁磁鼓，在磁 性材料中混入适当的粘合剂，注塑成型； 另一种是在铝鼓外面覆盖一层黏结磁性 材料而制成。多极磁鼓产生的空间磁场 由磁鼓的大小和磁层厚度决定，磁阻探 头由磁阻元件通过微细加工技术而制成， 磁阻元件电阻值仅和电流方向成直角的 磁场有关，而与电流平行的磁场无关。
角编码器 安装在夹 具的端部
切削刀具 被加工工件
光栅扫描头
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防护罩内为直线光栅
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10.2编码器
将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代 码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。 编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性被广 泛用于各种位移的测量。
编码器主要分为脉冲盘式和码盘式两大类。 码盘式编码器按其结构可分为接触式、光电式
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光栅的外形及结构
尺身 尺身安装孔 防尘保护罩的内部为长磁栅
反射式扫描头 （与移动部件固定） 扫描头安装孔
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可移动电缆
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传感器分类(最全总结)
繁杂，分类方法也很多。
现将常采用的分类方法归纳如下：1、按输入量即测量对象的不同分：如输入量分别为：温度、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、称重传感器等。
这种分类方法明确地说明了传感器的用途，给使用者提供了方便，容易根据测量对象来选择所需要的传感器，缺点是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类，很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异，因此，对掌握传感器的一些基本原理及分析方法是不利的。
因为同一种型式的传感器，如压电式传感器，它可以用来测量机械振动中的加速度、速度和振幅等，也可以用来测量冲击和力，但其工作原理是一样的。
这种分类方法把种类最多的物理量分为：基本量和派生量两大类．例如力可视为基本物理量，从力可派生出压力、重量，应力、力矩等派生物理量．当我们需要测量上述物理量时，只要采用力传感器就可以了。
所以了解基本物理量和派生物理量的关系，对于系统使用何种传感器是很有帮助的。
2、按工作(检测)原理分类检测原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学效应和生物效应等机理。
有电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式、磁阻式、光电式、压阻式、热电式、核辐射式、半导体式传感器等。
如根据变电阻原理，相应的有电位器式、应变片式、压阻式等传感器；如根据电磁感应原理，相应的有电感式、差压变送器、电涡流式、电磁式、磁阻式等传感器；如根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏、磁敏等固态传感器。
这种分类方法的优点是便于传感器专业工作者从原理与设计上作归纳性的分析研究，避免了传感器的名目过于繁多，故最常采用。
缺点是用户选用传感器时会感到不够方便。
有时也常把用途和原理结合起来命名，如电感式位移传感器，压电式力传感器等，以避免传感器名目过于繁多．3、按照传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化可分为：a、物性型传感器：在实现信号的变换过程中，结构参数基本不变，而是利用某些物质材料(敏感元件)本身的物理或化学性质的变化而实现信号变换的。
数字式传感器-数显游标卡尺
二．光栅尺（标尺光栅与指示光栅）
标尺光栅 指示光栅
a+b=W称为光栅地栅距（或光栅常数） 通常情况下,a=b=W/二
三．光栅读数头
（一）反射式光栅
一－反射主光栅 二－指示光栅 三－场镜 四－反射镜 五－聚光镜 六－光源 七－物镜 八－光电电池。
该光路适用于黑白反射光栅。
(a) 光栅尺实物图 (b) 光栅尺结构示意图
二．类型
直线式
标准型 窄型 带型
旋转式（圆盘式）
直线式感应同步器地尺寸与精度一览表
种类
定尺尺寸 （mm）
滑尺尺寸 测量周期 精度 （mm） （mm） (μm)
标准型
二五0×五八× 九.五
一00×七三× 九.五
二
一.五～ 二.五
窄
型
二五0×三0×九 .五
七四×三五× 九.五
二
二.五～ 五
带型
(二00～二 000)×一九
况下提高光栅地分辨力。 细 分 前 ,光 栅 地 分 辨 力 只
有一个栅距地大小。采用 四 细 分 技 术 后 ,计 数 脉 冲 地 频 率 提 高 了 四 倍 ,相 当
于原光栅地分辨力提高了
三 倍 ,测 量 步 距 是 原 来 地
一/四,较大地提高了测量 细分后 精度。
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光栅细分举例
有一直线光栅,每毫米刻线数为五0,细分数为四细分,则: 分辨力 =W /四 =（一mm/五0）/四 =0.00五mm=五m 采用细分技术,在不增加光栅刻线数（成本）地情况下,将分辨力提高了三 倍。
接转换成相应代码地检测元件。编码盘有光电式,接触式与 电磁式三种。光电式码盘是目前应用较多地一种 。它是在 透明材料地圆盘上精确地印制上二制编码。图一五-一一 所示为四位二制地码盘,
传感器的定义、组成及分类
传感器一．传感器的定义传感器是一种能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
其包含以下几个方面的含义：1.传感器是测量装置，能完成检测任务2.它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等3.输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量。
4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
二．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成：1.敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2.转换元件（Transduction element）：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3.转换电路（Transduction circuit）：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。
如热电偶。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。
有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转换。
三．传感器的分类一、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。
二、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。
三、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器和数字式传感器。
即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号.四、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。
有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。
传感器分类表。
传感器技术智慧树知到期末考试章节课后题库2024年北京航空航天大学
传感器技术智慧树知到期末考试答案章节题库2024年北京航空航天大学1.压磁式传感器和磁阻式传感器都属于磁敏传感器。
（）答案:对2.传感器材料时传感器发展的重要基础。
（）答案:对3.MOS光敏结构中，当在金属电极上施加一正电压时，在电场的作用下，电极下的P型硅区域里的空穴被赶尽，从而形成一个耗尽区，也就是说，对带负电的电子而言，是一个势能很低的区域，称为（）答案:势阱4.滤波器的带宽B和建立时间T的乘积是（）。
答案:常数5.非线性度是表示定度曲线（）的程度。
答案:偏离其拟合直线6.下列参量一般情况下不能用电感式传感器转换为电量的是（）答案:光学量7.一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（）。
答案:较宽8.为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是（）。
答案:适当提高电桥的电源电压9.对压电式加速度传感器，希望其固有频率（）答案:尽量高些10.零点残余电压产生的原因是（）答案:传感器的两次级绕组的电气参数不同###传感器的两次级绕组的几何尺寸不对称###磁性材料磁化曲线的非线性11.属于传感器静态特性指标的是（）答案:线性度###迟滞###稳定性12.属于传感器动态特性指标的是（）答案:固有频率13.热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时需要外加电源。
（）答案:错14.气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器。
（）答案:对15.传感器在第一次使用前或长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器的静态特性指标和动态特性参数。
（）答案:对16.用来测量一氧化碳、二氧化硫等气体的固体电介质属于（）。
答案:气敏传感器17.电涡流传感器可用于（）。
答案:测转速18.全桥差动电路的灵敏度是单臂工作时的（）。
答案:4倍19.不等位电势为其重要参数的传感器是（）。
答案:霍尔传感器20.以下属于无源型传感器是（）。
答案:电阻式传感器21.下面不是液位检测的是（）。
答案:蒸汽法22.下列微分方程中（）是线性系统的数学模型。
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3. 电磁式码盘 它是在导磁体(软铁)圆盘上用腐蚀的方法做成一定的编
码图形， 把码道分为导磁区和非导磁区， 再用一个很小的
马蹄形磁芯作磁头， 上面绕两组绕组， 一次绕组用正弦电 流激励， 二次绕组产生感应电动势。 显然各磁头感应电动 势与被测物体转动的角度相对应。
5.3 感 应 同 步 器
5.3.1 感应同步器的结构和种类 1. 直线式感应同步器的结构 直线式感应同步器的定尺和滑尺， 都由图中的基板、 绝缘 层和绕组构成， 绕组的外面包有一层与绕组绝缘的接地屏蔽层， 如图5-4所示。 定尺安装在静止的机械设备上，与导轨母线平行； 滑尺安装在活动的机械部件上，与定尺之间保持均匀的狭小气 隙。 滑尺相对定尺而移动。
图5-2 连续激励方式电路
2. 测量电路 频率的测量常用两种方法，一是直读法，即将传感器的
输出电动势经放大、整形后送计数器显示其频率值，或者用
数字频率计测量；二是比较法，即将传感器输出电动势的频 率与标准振荡器发出的频率相比较， 当两者频率相等时，标 准振荡器所指频率值就为被测频率值。 常用的比较方法有用 示波器显示的李沙育图形法、 用单机指示的谐振法及用检零
（ 2） 图 5-1 （ b）为他激式： 在弦的两侧分别放一个激 励线圈和测量线圈。激励线圈绕在软磁铁上，测量线圈绕在永
久磁铁上， 弦上固定一个软铁块。 给激励线圈通以脉冲电流，
振弦便被吸放一次，开始起振。 振弦在振动中引起测量线圈 磁路的交替变化，线圈中便感应出交变电动势，感应电动势的
频率就等于振弦的自由振动频率。若振弦为铁磁材料，则可省
志开始的计数值， 其分辨力即为脉冲当量值。 例如， 用增量 式光电编码器或光栅测量直线位移， 若当量值为0.01 mm， 计
数值为200时， 则位移为2.00 mm， 分辨力为0.01 mm。 增量式
测量的缺点是： 一旦中途断电， 将无法得知运动部件的绝对 位置。
5.2.2
1. 接触式码盘 图5-3（a）为一个四位接触式码盘。 涂黑部分为导电区， 输出为“1”，空白部分为不导电区，输出为“0”。 所有导电 部分连在一起，接高电位。 图示码盘共有四圈码道，在每圈码
指示器测量的差频法等。
5.2 数 字 编 码 器
5.2.1 数字式编码器的输出形式 1. 绝对式编码器
绝对式编码器是按位移量直接进行编码的转换器， 其精
度达1%。它的结构和原理可分为接触式、 光电式和电磁式。
绝对式编码器将被测点的绝对位置转换为二进制的数字编码
输出， 即便中途断电， 重新上电后也能读出当前位置的数据。 显然， 若要求的分辨力越高、 量程越大，二进制的数位就越
道上都有一个电刷，电刷经电阻接地。 当码盘与被测物转轴一
起转动时，电刷上出现的电位对应一定的数码。若有n 条码道， 则角度分辨率为
360 Q n 2
（5-2）
图5-3 码盘式转角（a） 接触式8421码盘； （b） 接触式格雷码盘；（c) 光电式角编码器
2. 光电式码盘
光电式码盘亦称脉冲式角度—数字编码器， 其结构示意 图如图5-3（c）所示。 在一个圆盘上按码道开有相等角距的 缝隙， 在码道上分为透明区和不透明区， 分别代表“1”和 “0”， 相当于接触式码盘的导电区和不导电区。 在开缝圆 盘两边分别安装光源及光敏元件， 相当于接触式码盘的电优点是无触点磨损， 因而允许高转速； 每 条缝隙宽度可做得很小， 所以精度和分辨率很高， 单个码盘 可做到18位，组合码盘达22位。 其缺点是结构复杂、 价格昂 贵、 光源寿命短。
1 f 2
F ml
（5-1）
式（5-1）说明，当m、l不变，张力F变化Δ F时，弦的自振频 率也有一个变化Δ f。这里的Δ F是由压力p经膜盒产生的，测出 这个频率变化，便可得压力p。根据力与应力、应变的关系， 通过测量弦的自振频率也可以测量应力与应变。
图5-1 （a） 自激式； （b） 他激式； （c） 激励与输出波形
去软铁块。 对于深井井下压力的测量， 一般采用间歇振荡电路， 可 使连线最少。如图5-1（c）所示， 其输出波形是一个衰减振荡， 但频率不变，因此可通过频率测量得到被测非电量的数值。
2）
如图5-2所示， 振弦接在放大器的正反馈回路中， 起着选 频元件的作用。 因振弦在其固有频率下具有尖锐的阻抗特性， 所以电路只能在振弦的固有频率上才能满足振荡条件。电阻 R1、R2和场效应管VD1组成负反馈电路， 自动控制起振条件 和振幅， 而由R4、R5及VD2和C组成的电路控制场效应管的栅 极电压， 自动稳定输出信号幅度， 并为起振创造条件。 当电 路不振荡时，输出信号为零， 场效应管处于偏压状态，漏源 间电阻较小，负反馈较弱，有利于起振。 振荡时，输出信号 经VD2整流，电容C滤波，R4、R5分压，得到一个与输出信号 幅度成正比的负电压，使场效应管漏源间电阻增大， 负反馈 加强。 输出信号越大，负反馈越强， 更能达到稳定输出信号 幅度的作用。
第5章 频率式和数字式传感器
5.1 振弦式频率传感器 5.2 数字编码器 5.3 感应同步器 5.4 磁栅传感器
5.5 光栅传感器
5.6 容栅传感器
5.7 球同步器(球栅)
5.1 振弦式频率传感器
5.1.1 振弦式频率传感器的结构原理
振弦式传感器是以被拉紧了的细弦作为敏感元件， 其结构
如图5－1所示。 当一根工作长度为l， 工作段质量为m的细弦， 一端固定，另一端施加一个初始张力F时， 弦的横向振动的固 有频率f可由下式计算：
多， 结构就越复杂。
2. 增量式编码器 增量式编码器测量输出的是当前状态与前一状态的差值，
即增量值。 它通常是以脉冲数字形式输出， 然后用计数器计
取脉冲数。 因此它需要规定一个脉冲当量， 即一个脉冲所代 表的被测物理量的值， 同时它还要确定一个零位标志， 即测
量的起始点标志。 这样， 被测量就等于当量值乘以自零位标
5.1.2 频率测量方案 1. 激励方式
1）
振弦的间歇激励有自激式和他激式两种方式。
（1） 图5-1（a）为自激式： 在弦的两侧放一永久磁铁，
工作时， 弦中通以脉冲电流， 脉冲电流受磁场作用使弦起振。
起振后， 弦作为导体在磁场中运动， 感应出交变电动势， 通
过测量感应电动势的频率， 即为振弦的自由振动频率。