1、1 。传感器定义：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或装置。2 。传感器组成：敏感元件，转换元件，基本转换电路3 。传感器分类：A按工作原理：物理型、化学型、生物型B按构成原理：结构型、物性型C按能量转换原理：能量控制型，能量转换型D按转换过程可逆与否：可逆传感器和单向传感器E 按输出信号：模拟传感器和数字传感器4 。传感技术领域的发展1. 扩展检测范围 2.提高检测性能 3.传感器的集成化、功能化 4.新领域、新原理的传感5 。传感器的集成化含义：其一是将传感器与其后级的放大电路、运算电路、温度补偿电路等制成一个组件、实现一体化其二是同一类传感器集成于同一芯片或器件上
2、构成二维或三维式传感器6 。传感器的研究与开发可以分成两大方面：一是传感器本身的研究开发，另一个是与计算机相连接的传感器系统（或智能传感器）的研究开发7 。传感器本身的研究开发分为两大方面：一个是面对生产和生活的需要，研制大批新颖传感器、开辟和扩大传感器市场。另一个则是开发新领域，应用新原理新技术的基础研究。8 。改善传感器的性能采用的技术途径：1.差动技术 2.平均技术 3.补偿与修正技术 4.屏蔽、隔离与干扰抑制 5.稳定性处理9 。智能传感器定义：是电五官和微电脑的统一体，对外界信息具有控测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能的传感器。还具有与主机互相对话的功能，也
3、可以自行选择最佳方案。还能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离高速度、高精度传输第一章 传感器的一般特性1 。传感器的特性：主要是指输出与输入之间的关系2 。静特性：当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静特性动特性：当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动特性3 。误差因素是衡量传感器特性的主要技术指标。4 。线性化方法：a.直线拟合 b. 硬件实现 c. 软件实现5 。非线性误差或线性度：采用直线拟合线性化时，输出输入的实际测量曲线与其拟合直线之间的最大偏差。6 。非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线得来的7 。选择拟合直线的主要出发点，应试获得最小的非线性误差。另外，
4、还应考虑使用是否方便，计算是否方便8 。拟合方法：1. 理论拟合 2. 过零旋转拟合 3. 端点连线拟合 4. 端点连线平移拟合 5. 最小二乘法拟合 6. 最小包容拟合9 。最小二乘法原理：使Xi2 为最小值10 。迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合的现象11 。迟滞误差的另一个名称叫回程误差12 。重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得的特性曲线不一致的程度13 。静态灵敏度： k=y/x y：传感器输出的变化量 x 引起该变化量的输入变化量14 。分辨力：传感器能检测到的最小的输入增量15 。稳定性：传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变
5、化，有时成为长时间工作稳定性或零点漂移16 。稳定性误差的测试：先将传感器输出调至零点或某一特定点，相隔 4h、8h 或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差表示17 。温度稳定性：温度稳定性又称温度漂移，它是指传感器在外界温度变化时输出量发生的变化。测试时先将传感器置于一定温度，将其输出调至零点或某一特定点，使温度上升或下降一定的度数，再读出输出值，前后两次输出值之差即为温度稳定性误差18 。静态测量不确定度（静态误差）是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的可能偏离程度19 。传感器组成环节：模拟环节、数字环节、
6、接触环节20 。动态测量输入信息：规律性的：周期性：正弦复杂 非周期性：阶跃线性其它随机性的：平移的：各态非各态非平移的21 。稳定时间：当过渡过程基本结束， 处于允许误差 n 范围内所经历的时间22 。传感器的标定：通过试验确立传感器的输入量和输出量之间的关系，也确定出不同使用条件下的误差关系23 。传感器的标定有静态标定和动态标定两种24 。标定系统框图：、【标定装置】（标准传感器） 【待标定传感器】 （输出量显示）【输出量测量】注：【】环节组成绝对标定系统， （）环节组成比较法标定系统25 。静态标准条件主要包括没有加速度、震动、冲击，环境温度一般为室温（205） ，相对湿度不大于 85
7、%，气压为（ 1017）kPa 等条件26 。静态标定的步骤：1.将传感器测量范围分成若干等间距点 2.根据传感器量程分点情况，由小到大、逐点递增输入标准量值，并记录下各点输入值相对应的输出值 3.将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下各点输入值相对应的输出值4.按 2、3 所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次（一般310 次）测试，将得到的输出输入测试数据用表格列出或画成曲线5.对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以得到传感器校正曲线，进而可以确定出传感器的灵敏度、线性度、迟滞和重复性第二章 电阻式传感器1 。电阻式传感器的基本原理就是将被测的非电量转换成电阻值的变化，通过测量
8、电阻值变化达到测量非电量的目的2 。电阻式传感器分为：应变式传感器、压阻式传感器和电位式传感器3 。电阻式传感器测量原理：利用金属弹性元件的电阻应变效应，将被测物体变形转换成电阻变化4 。金属的电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化5 。k。称金属电阻的灵敏系数：k。受两个因素影响： 1.材料的几何尺寸变化 2. /，它是由材料的电阻率变化引起的6 。应变片的规格以使用面积和电阻值表示7 。电阻应变片分金属丝式、金属箔式和金属薄膜式8 。金属丝式应变片有回线式和短接式9 。金属箔式应变片利用照相制板或光刻腐蚀的方法10 。金属薄膜应变片采用真空蒸发或真空沉积等方法
9、11 。灵敏系数 k=R/R/ 电阻应变片的灵敏系数 k 恒小于电阻丝灵敏系数 k。12 。对于已安装好的应变片，在恒定幅值的交变力作用下，可以连续工作而不产生疲劳损坏的循环次数 N 称为应变片的疲劳寿命13 。疲劳损坏 1.应变片的敏感栅或引线发生断路 2.应变片输出指示应变的幅值变化 10%3.应变片输出信号波形上出现穗状尖峰14 。应变片的电阻 R：应变片在未经安装也不受外力的作用下，在室温下测得的电阻值，是使用应变片时需知道的一个特性参数15 。对称电桥：n=1 时的电桥，目前常采用这种电桥形式16 。减小非线性误差： 1.采用差动电桥 2.采用恒流源电桥17 。产生温度误差的原因：1
10、.敏感栅电阻随温度的变化引起的误差2.试件材料的线膨胀引起的误差18 。补偿温度误差的方法：1.应变片自补偿法：组合式自补偿法、单丝自补偿法2.线路补偿法19 。压阻系数不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关20 。晶向的表示方法：截距法（用窗勒指数表示晶向）法线法（用方向余弦表示晶向）21 。掺杂浓度高时，温度系数可以很小，但压阻灵敏度系数太低，一般不会用高掺杂的方法来降低温度误差22 。压阻效应形成原因：在外力作用下，原子点阵排列发生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化第三章 电感式传感器1 。电感式传感器核心部分是可变自感或可变互感，在将被测量转换成线圈自感或线圈互感的变化时，
11、一般要利用磁场作用作为媒介或利用铁磁体的某些现象2 。自/互感式传感器分为：气隙型、截面型、螺管型3 。根据一次二次线圈的排列不同，可分为二次环节、三次环节、四次环节、五次环节4 。把传感器的自感（或互感）接入不同的转换电路后，原则上可将其转换成电压（电流）的幅值、频率、相位的变化，它们分别为调幅、调频、调相电路。在自感式传感器中，调幅电路用得最多，调频、调相电路用得最少5 。 （有图见笔记）6 。互感式传感器的转换电路一般次啊用反串电路和桥路两种7 。在零点总有一个最小的输出电压，叫零点残余电压8 。零点残余电压过大造成的后果：1.灵敏度下降 2.非线性误差增大 3.放大器末级趋于饱和，致使
12、仪器电路不能正常工作 4.不再反映被测量的变化9 。造成零残电压的原因：两电感线圈等效参数不对称10 。在电路上进行补偿的方法：1.加串联电阻 2.加并联电阻 3.加并联电容 4.加反馈绕组 5.加反馈电容 11 。涡流效应：金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流就像水中漩涡那样在导体内转圈12 。涡流形成条件：1.存在交变磁场 2.导电体处于交变磁场之中13 。压磁元件是一个力/电变换元件第四章 电容式传感器1 。电容式传感器分为：变极距（变间隙） （）型，变面积（ S）型和变介电常数（）型2 。电容式传感器的是三种基本结构形式，按位移的形式分为线位移和角位移两种3 。电
13、容式传感器等效电路：（有图见笔记）4 。静态灵敏度：减小 可以提高灵敏度。但 过小易导致电容器击穿，可在极间加一层云母片或塑料膜来改善电容器的耐压性能第五章 磁电式传感器1 。磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器2 。磁电式传感器是以电磁感应原理为基础的3 。磁电感应式传感器分为恒定磁通式和变磁通式4 。恒定磁通式分为动圈式和动铁式5 。变磁通式分为开磁路变磁通式和闭磁路变磁通式6 。霍尔式传感器：基于霍尔效应原理而将被测量，转换成电动势输出的一种传感器7 。霍尔效应：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流与磁场的方向上将产生电动势8 。磁阻效应：霍尔元
14、件的内阻随磁场的绝对值增加而增加9 。霍尔元件的误差：零位误差、温度误差10 。零位误差主要包括：不等位电动势（主要误差） 、寄生直流电动势11 。不等位电动势：当霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时，霍尔输出端之间的空载电动势12 。不等位电动势 U。产生原因：由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不可能完全位于同一等位面上。此外，霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制电流极接触不良都将使等位面倾斜，致使两霍尔电极不再同一等位面上而产生不等动电动势13 。降低不等位电动势 U。： 1.工艺上采取措施 2.补偿电路14 。寄生直流电动势：当霍尔元件通以交
15、流控制店里路而不加外磁场时，霍尔输出除了交流不等位电动势外，还有直流电动势分量防止措施：在元件制作和安装时，应尽量使电极欧姆接触，并做到散热均匀，有良好的散热条件15 。霍尔元件的温度补偿方法：1.采用横流源供电和输入回路并联电阻2.合理选取负载，电阻 Rn 的阻值3.采用恒压源和输入回路串联电阻4.采用温度补偿元件（热敏电阻、电阻丝等）5.霍尔元件不等位电动势 U。的温度补偿16 。磁栅式传感器由磁栅和磁头组成17 。磁栅分为长磁栅和圆磁栅两大类，前者用于测量直线位移，后者用于测量角位移18 。长磁栅又分为尺型、带型和同轴型19 。磁头可分为动态磁头和静态磁头第六章 压电式传感器1 。压电式
16、传感器不能用来静态测量是因为经过外力作用后的电荷只有在回路具有无限大的输入阻抗时才能保存2 。正压电效应：当沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态3 。逆压电效应：当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失4 。压电方程：Q=dF5 。 （？）压电常数 g：在短路条件下单位压力在晶体内部产生电势梯度或应变引起的电移位 g=d/q1q。 q1：相对介电常数 q。：真空压电常数 h：每单位机械应电在晶体内部产生电势梯度是关系到材料力学型性能的参数机械耦合系数：6 。短路条件：是指压电元件的表面电荷从一产生就立即被引开，因而在晶体形变上不存
17、在“二次效应”7 。电轴：垂直于此轴的面上压电效应最强，成为“纵向压电效应”机械轴：垂直于六边形对边的轴线，在电场作用下，沿该轴方向的机械变形最明显，沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应成为“横向压电效应”8 。晶体轴并非一条直线，而是晶体的参考方向9 。适于各种不同应用的切割方法很多，最常用的就是 X 切和 Y 切10 。单元系：钛酸钡（BaTiO3）压电陶瓷二元系：锆钛酸铅 Pb（Ir、Ti ）O3 系压电陶瓷（PZT）三元系：铌镁酸铅压电陶瓷（PMN）11 。把两片或两片以上的压电片组合在一起的原因：在实际使用中，如使用压电片工作的话，要产生足够的表面电荷就要有较大的作用力。而想用作
18、测量粗糙度和微压差时所提供的力是很小的12 。压电式传感器的灵敏度有电压灵敏度 ku 和电荷灵敏度 kq 两种，之间的关系：ku=kq/Ca13 。与压电元件配套的测量电路的前置放大器有两个作用：1.放大压电元件的微弱电信号 2.把高阻抗输入变换为低电阻抗输出第七章 光电式传感器1 。光电式传感器的工作原理：先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电器件变换成电信号2 。光电传感器一般由辐射源、光学通路和光电器件组成3 。光电传感器原理框图：辐射源(光学通路(光学器件输出4 。人造光源按工作原理分为：热辐射光源、气体放电光源、电致发光源和激光光源5 。热辐射光源：利用物体升温产生光辐射原
19、理制成，物体升温越高，辐射能量越大，辐射光谱的峰值波长也就越短6 。白炽灯是一种典型的可见光谱辐射光源7 。气体放电光源：电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之间会放电发光的原理8 。气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件有关9 。电致发光：固体发光材料在电场激发下产生的发光现象10 。激发器的种类多，按工作物质来分，可分为固体激发器、气体激发器、半导体激发器、液体激发器11 。光电器件的作用是将光信号转变为电信号12 。光电器件按探测原理可分为两类：热探测型和光子探测型13 。热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的传感器14 。常见的热探测器有测辐射热电偶，测辐射热
20、敏电阻和热释电探测器15 。光电效应：光照射在物体上可看成是一连串具有能量为亿的光子轰击物体，如果光子的能量足够大，物质内部电子在吸收光子后就会摆脱内部力的束缚,成为自由电子,自由电子可能从物质表面逸出,也可能参与物质内部的导电过程16 。电子逸出物质表面的成为光电效应,电子并不溢出物质表面的称为内光电效应17 。在光线作用下能使电子逸出物体表面，这种现象成为光电发射，也称为外光电效应18 。要使一个电子从物质表面逸出，光子具有的能量 E 必须大于该物质表面的逸出功 A19 。光导效应：半导体材料在光线作用下，其电阻值往往变小，这种现象叫光导效应20 。光电伏特效应：光电伏特型光电器件是自发电式的，即这种半导体器件受到光照射会产生一定方向的电动势，而不需外部电源。这种因光照射而产生电动势的现象叫光电伏特效应
