1、Review of Sensor Technology,第1章复习思考题,1.传感器的定义与组成。 2.传感器有哪些分类方法？什么是结构型传感器与功能型传感器？ 3.传感器技术的主要发展动向如何？,能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装制，称传感器(sensors)。,结构型与物性型结构性：利用敏感元件自身体积、形状、几何尺寸等的变化来实现信息获取。 如应变片和电位器、电容器型等传感器。物性型：利用敏感元件自身特性（载流子浓度、迁移率、电子得失等）受 外界因素而变化，以实现获取信息。 如热敏电阻、光电二极管、生物传感器等。 按能量关系、物理现象等分类 如物理传
2、感器、化学传感器。 根据工作原理分类如应变式、电容式、电感式、热电式、光电传感器等。 按被测量方式分类生物量；物理量；化学量。,传感器的发展趋势,新材料的开发应用；新工艺、新技术的应用；新的效应开发新型传感器 技术动向 集成化、智能化 无线化和网络化 微机械化和系统化,第2章复习思考题,1. 检测系统及其组成。 2.什么叫信号？怎样分类？ 3.什么是传感器的静态特性，有哪些重要的静态特性参数？ 4.什么是传感器的动态特性？研究与分析传感器的动态特性有哪些方法？ 5. 什么是一阶传感器与二阶传感器？ 6.动态良好的传感器在时域和频域上的特点,感测系统,感测就是在选定的激劢方式下对信号进行测量、变
3、换、处理后显示出记录或图象。,信号,任何信息都是以一定形式的信号表示，信号是信息的载体,静态特性,传感器的静态特性是指被物理测量不随时间变化或随时间变化极其缓慢的情况（稳态）下，传感器的输出与输入的关系。 表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等,动态特性,传感器的动态特性是指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性对传感器进行动态特性分析时常采用时（间）域和频（率）域二个方面着手，分别以阶跃信号采用瞬态响应法分析时间常数等参数；以正弦信号作输入进行频率响应法分析，采用幅频特性和相频特性描述,一价传感器和二价传感器,一价传感器的频率特性可用一价微分方程描述二价传感器和输入-
4、输出关系用二价微分方程来描述,一个动态特性良好的传感器的要求为： 响应时间很短 频率响应范围很宽,第4章复习思考题,1.电位器式传感器的工作原理与优缺点。 2.比较电感式式传感器与涡流式传感器的异同。 3.电容式传感器的工作原理。 4.本章讨论的传感器从电、磁特性上看是一种什么类型的传感器？从工作特点看是什么类型的传感器？ 5.用本章讨论的传感器设计一种非接触的测量位移的传感器。,电位器式传感器的工作原理与优缺点,电位器是一种可变电阻，它有两个固定端，和一个滑动端（电刷），当电刷在电阻体表面滑动时引起电阻改变，利用这一特性，可将非电量转变成电量（电压或电流）的测量。 电位器传感器结构简单、成本
5、低、精度较高、性能稳定摩擦磨损、输入能量大、分辩率低、动态特性不好,电感式传感器与涡流式传感器,电感式传感器将被测量量转换成是利用线圈自感或互感的变化来测量非电量的 涡流式传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗（或电感，或Q值）变化从而进行非电量测量的,电容式传感器的工作原理,在进行非电量电测时，往往把力、加速度、位移及转速等力学量转换成d、A或l等的变化，进而转换成电容量的变化。 但电容的变化不便于作为输出信号记录，需通过测量电路，将电容变化进一步转换为电压、电流或频率等信号输出。,第5章复习思考题,1.应变式传感器的工作原理。 2.弹性元件在力传感器中的作用和对弹性材料的基
6、本要求。 3.应变片的分类。 4.应变传感器在测量时，有几种类型的电桥电路？哪一种灵敏度高？为什么？,应变式传感器的工作原理,以电阻应变计为传感元件，将形变转变为金属丝电阻值变化从而进行应变测量。,弹性元件在力传感器中的作用和对弹性材料的基本要求,弹性敏感元件在力传感器中直接参与变换与测量所以对它有以下要求： （1）弹性滞后和弹性后效小， （2）弹性模数要小而稳定， （3）线性膨胀系数要小而稳定， （4）弹性极限和强度极限要高， （5）具有良好的稳定性与耐蚀性， （6）具有良好的机械加工和热处理性能， （7）具有高的抗氧化和抗腐蚀性。,应变片的分类,（1）按敏感栅的制造方法 丝式： 0.025
7、mm金属丝（康铜、镍铬合金、贵金属）做敏感栅。 箔式 用光刻腐蚀工艺、照相制版制作成厚0.003mm0.01 mm的金属箔栅， 金属薄膜式用真空溅射或真空沉积技术，在绝缘基片上蒸度几几百纳米金属电阻薄膜。 2.按工作温度分 常温（-3060 ） 中温（6030） 高温300以上。 3.按用途分 单轴应变片 应变花 测压片等。,应变传感器在测量时，有几种类型的电桥电路？ 哪一种灵敏度高？为什么？,电桥有直流与交流两种，它们有各自的优缺点。 在应变仪中直流电桥通常采用全等臂电桥，全等臂电桥有单臂、双臂和全桥等三种类型 全桥电路灵敏度最高，单臂电路灵敏度最低,第6章复习思考题,1.什么是压电效应与逆
8、压电效应？ 2.压电元件有哪些等效电路？ 3.什么是电压灵敏度与电荷灵敏度？两者有何关系？ 4.压电传感器的前置放大电路有何作用？常用的前置电路有哪些？ 5.单片压电元件等效电容为C，输出电荷为q输出电压为U。求两片串联与并联时的电容、电荷与输出电压各是多少？,压电效应与逆压电效应,当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态， 这种现象就称为压电效应,压电元件等效电路,电压灵敏度与电荷灵敏度,压电式传感器的灵敏度有两种表示方法： 电压灵敏度Su；表示单位输入量的电压值。 电荷灵敏度Sq，表示单位输入量的电荷值。Su =
9、Sq/Ca Ca为压电元件的电容。,压电传感器的前置放大电路,电压放大器的功能是将压电式传感器的高输出阻抗经放大器转变为低阻抗输出，并能将微弱的电压信号、适当放大。,电压放大器使所联接的压电式传感器的电压灵敏度随电缆的分布电容及传感器自身的电容而变化，而且改换电缆时传感器需重新标定。 电荷放大器是一种具有深度电容反馈的高增益运算放大器。其电路如下：,两片串联与并联时的电容、电荷与输出电压各是多少？,“并联”:Q2Q， U U，C 2C “串联”:Q Q，U 2U ，C C/2在这两种接法中，并联接法输出电荷大、本身电容大、时间常数大，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方， 而串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的地方,第7章复习思考题,1.什么是压阻效应？ 2.比较金属应变片与半导体应变片和它们的优缺点。 3.影响压阻系数的主要因素。 4.什么是扩散型压阻传感器（固态压阻传感器）？ 5.什么叫的各向异性？目前用阻传感器那种材料制作？常用的有那些晶面？,
