1、传感器总结一、 测量技术概述信息获取是信息流的一环；获取信息是仪器科学的基本任务；仪器仪表是信息工业的源头；检测基本概念：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出检测方法分类：1. 直接测量 （绝对测量、相对测量）间接测量2. 开环测量与闭环测量3. 偏差法、零位法、微差法现代检测技术发展趋势：智能化、虚拟化、网络化、微型化、软测量技术二、 传感器概述什么是传感器？传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的输出信号通常是电量；通常传感器由敏感元件和转换元件组成；传感器的分类方法：按被测参数分类, 如温度
2、压力、位移、速度等按传感器的工作原理分类, 如应变式、电容式、压电式、 磁电式等静态特性：指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。重要指标是线性度、 灵敏度, 迟滞和重复性、分辨率与阈值、稳定性、静态误差等。传感器的校准与标定：传感器的标定分为静态标定和动态标定。动态特性：指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。当被测量随时间变化,是时间的函数时, 则传感器的输出量也是时间的函数 ,其间的关系要用动态特性来表示。一个动态特性好的传感器, 其输出将再现输入量的变化规律, 即具有相同的时间函数。传感器的输入量随时间变化的规律
3、是各种各样的, 下面在对传感器动态特性进行分析时，采用最典型、最简单、易实现的正弦信号和阶跃信号作为标准输入信号。对于正弦输入信号, 传感器的响应称为频率响应或稳态响应对于阶跃输入信号, 则称为传感器的阶跃响应或瞬态响应。传感器的瞬态响应是时间响应，在研究传感器的动态特性时, 有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。这种分析方法是时域分析法三、 应变式传感器概述：应变式传感器是电阻式传感器的一种，电阻式传感器主要是使用传感器阻值的变化来检测被测量工作原理：电阻应变片的工作原理是基于应变效应, 即在导体产生机械变形时 , 它的电阻值相应发生变化。半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原
4、理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其电阻率 发生变化的现象应变片的种类、材料及粘贴：可分为两类:金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属应变片有丝式电阻应变片和箔式应变片构成：金属应变片由敏感栅、 基片、 覆盖层和引线等部分组成电阻应变片的特性：弹性元件的基本特性有：刚度、灵敏度、灵敏系数等金属应变片的主要特性:横向效应、温度误差及补偿（线路补偿法、应变片自补偿）电阻应变片的测量电路：通常采用直流电桥（差动电桥、全桥）和交流电桥（全桥）应变式传感器的应用：电阻应变仪；应变式力传感器（被测物理量为荷重或力的应变式传感器, 统称为应变式力传感器） ；应变式加
5、速度传感器四、 电容式传感器什么是电容式传感器：电容是传感器是将被测参数变换成电容量的测量装置。优点和不足工作原理：电容式传感器是将被测非电量变化成电容量的变化类型：变极距型传感器（一般采用差动结构，差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍）变面积型传感器（输出特性为线性，适合大位移测量）变介质型传感器测量电路电容传感器的等效电路、电桥电路、交流不平衡电路、二极管双 T 型电路、差动脉冲调宽电路、运算放大器式电路误差分析（温度对结构尺寸的影响、电容电场的边缘效应、寄生与分布电容的影响）减小误差的方法：1）减小温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料的绝缘性能2）消除和减小边缘效应3）消除和减
6、小寄生电容的影响在设计电容传感器时，正确选择各零件的尺寸，可以减小温度造成的测量误差应用举例：电容式压力传感器电容测厚仪电容测位移五、 电感式传感器变磁阻式传感器（自感式、差动变压器式（互感式） ）：工作原理、结构形式、等效电路输出特性测量电路应用举例：压力测量差动变压器式传感器工作原理、结构形式、等效电路输出特性测量电路应用举例：压差计液位测量电感测厚仪电涡流式传感器电涡流效应工作原理等效电路分析涡流的分布和强度测量电路（调幅式、调频式、变频调幅式）应用（测位移、振动、转速、测厚度、测材料、测温度、电涡流探伤）六、 压电式传感器压电效应及压电材料工作原理压电材料的特性参数（压电常数、固有频率
7、、动态特性、介电常数、机械耦合系数、电阻压电材料的绝缘电阻、居里点）石英晶体、压电陶瓷、高分子材料的压电效应压电传感器测量电路等效电路测量电路（前置放大器也有两种形式: 电压放大器和电荷放大器。 ）压电式传感器的应用压电式测力传感器压电式加速度传感器压电式金属加工切削力测量压电式玻璃破碎报警器七、 热电式传感器温度与温标温度测量的主要方法和分类（感温元件和控制室的显示装置两部分组成）集中温度传感器的有点和缺点热电偶热电效应热电势：温差电势和接触电势热电偶基本定律（中间导体定律、中间温度定律、均质导体定律）热电偶的优势（测量上千度高温，并且精度高、性能好）热电偶的结构和种类热电偶的补偿热电偶测量
8、电路热敏电阻热敏电阻传感器主要有两大类（金属热电阻 （热电阻） 、半导体热敏电阻 （热敏电阻） ）广泛用于测量 -200+850，少数可测 1000铜热电阻热敏电阻测量电路（二线制、三线制（工业测量） 、四线制（标准和实验室） ）热敏电阻的劣势（负温度系数）集成温度传感器测温原理信号输出方式AD590 特性和典型应用八、 磁电式传感器工作原理分类磁电感应式传感器工作原理性能（输出功率大且性能稳定, 具有一定的工作带宽）两种结构：变磁通式和恒磁通式非线性误差（主要原因、加上补偿线圈）温度误差（采用热磁分流器进行温度补偿）测量电路应用：动圈式振动速度传感器磁电式扭矩传感器霍尔式传感器工作原理：基于
9、霍尔效应原理而将被测量物理量（如电流、磁场、位移、压力等）转换成电动势输出的一种传感器。霍尔效应霍尔元件基本结构霍尔元件基本特性（额定激励电流、最大激励电流、输入电阻和输出电阻、不等位电势和不等位电阻、寄生直流电势、霍尔电势温度系数）霍尔元件不等位电势补偿霍尔元件温度补偿应用：霍尔式微位移传感器霍尔式转速传感器霍尔计数装置HK600 系列军用霍尔开关型集成电路九、 半导体传感器气敏传感器工作原理（气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化）结构和种类（烧结型、薄膜型、厚膜型）非电阻型半导体气敏传感器主要类型MOS 二极管气敏元件MOSFET 气敏元件肖特基二极管湿敏
10、传感器绝对湿度、相对湿度氯化锂湿敏电阻半导体陶瓷湿敏电阻负特性湿敏半导瓷的导电机理正特性湿敏半导瓷的导电机理典型半导瓷湿敏元件色敏传感器半导体色敏传感器的基本原理光电二极管的工作原理光生伏特效应半导体色敏传感器工作原理基本特征半导体式传感器的应用 实用酒精测试仪直读式湿度计彩色信号处理电路十、 波与射线传感器超声波传感器超声波及物理特性超声波传感器工作原理工作方式（反射式 TX、直射式 RX）超声波传感器测距原理超声波传感器的应用医学超声波检测、超声波探伤传感器、超声波测液位红外传感器分类和组成红外辐射红外辐射探测器（两大类型：热探测器、光子探测器）红外传感器应用红外摄像、红外探测制导空空导弹
11、、红外测温、红外线气体分析仪、红外光束报警电路、红外报警电路）红外辐射应用红外报警、红外测温核辐射传感器定义典型应用实例：集装箱检测系统。种类（气体电离探测器、闪烁探测器、半导体探测器）射线式传感器应用方式：两种主要形式辐射源、传感器、电离室盖格计数管闪烁计数器正比计数器半导体探测器应用： 射线可实现气体分析，如气体压力、流量测量； 射线可进行带材厚度、密度检测； 射线可探测材料缺陷、位置、密度与厚度测量测厚（散射式测厚） 、物位测量、流量计（气体） 、探伤、X 射线荧光分析仪、医学应用 -CT十一、 数字传感器数字传感器的特点编码器结构分类旋转式光电编码器绝对编码器增量编码器光电增量编码器的
12、应用测量转速测量线位移测量电路细分电路光栅传感器光栅结构光栅测量原理莫尔条纹测位移光栅传感器的组成感应同步器定义：是应用电磁感应原理把位移量转换成数字量的传感器优点结构组成工作原理三种处理输出信号的方式数字测量系统鉴相法测量系统鉴幅法测量系统感应同步器的接长使用频率式传感器RC 频率式传感器石英晶体频率式传感器弹性振体频率式传感器振弦式频率传感器振筒式频率传感器十二、 光纤传感器光纤传感器基础光纤的优点、应用范围光纤的结构光纤的种类光纤的特性光纤传感器的分类光调制与解调技术强度调制与解调微弯效应光强度的外调制折射率光强度调制偏振调制与解调调制原理：普克耳（Pockels）效应法拉第磁光效应光纤
13、光弹效应相位调制与解调应力应变效应热胀冷缩效应相位解调原理干涉测量仪与光纤干涉传感器原理4 种类型的光纤干涉仪频率调制与解调光纤传感器实例结构特点光纤电流传感器十三、 生物传感器概述：生物传感器及其分类分子识别功能及信号转换方式生物物质的固定化技术（化学固定法、物理固定法）生物传感器的工作原理及结构酶传感器葡萄糖传感器微生物传感器免疫传感器半导体生物传感器多功能生物传感器机器人传感器：机器人传感器的分类触觉传感器机器人触觉的两方面功能：检测功能、识别功能接近觉传感器（电磁式、电容式、超声波式、红外线式、光电式）视觉传感器（人工网膜、光电探测器件）听觉、嗅觉、味觉及其它传感器十四、 图像传感器C
14、CD 图像传感器优点CCD 电荷耦合器件CCD 图像传感器的应用固态图像传感器输出信号具有的特点CMOS 图像传感器CMOS 型光电转换器件CCD 和 CMOS 图像传感器应用实例月票自动发售机数字摄像机数码相机彩信手机计算机摄像头十五、 智能传感器各种传感器的应用：1、 应变式力传感器被测物理量为荷重或力的应变式传感器, 统称为应变式力传感器。其主要用作各种电子称与材料试验机的测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 应变式力传感器要求有较高的灵敏度和稳定性, 当传感器在受到侧向作用力或力的作用点发生轻微变化时, 不应对输出有明显的影响。2、 应变式加速度传感器基本结构由悬臂梁、应变片、质量块、机座外壳组成。悬臂梁（等强度梁）自由端固定质量块，壳体内充满硅油，产生必要的阻尼。 当壳体与被测物体一起作加速度运动时，悬臂梁在质量块的惯性作用下作反方向运动，使梁体发生形变，粘贴在梁上的应变片阻值发生变化。通过测量阻值的变化求出待测物体的加速度。
