第一篇：傳感器原理及檢測技術(shù)
傳感器原理及檢測技術(shù)
（工程碩士）考試題
1、簡要說明非電量電測法的基本思想。
2、簡要說明傳感元件與敏感元件的作用及區(qū)別。
3、簡述現(xiàn)代測量系統(tǒng)由那幾部分組成及各部分的功能與特點(diǎn)。
4、何為傳感器靜態(tài)特性？靜態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？何為傳感器動態(tài)特性？動態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？
5、系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差及粗大誤差產(chǎn)生的原因是什么？對測量結(jié)果有何影響？從提高測量精度來看，應(yīng)如何處理這些誤差？
6、說明誤差的分類，以及各類誤差的性質(zhì)，特點(diǎn)及對測量結(jié)果的影響？
7、某測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線H(j?)?1，若輸入周期信號1?0.05j?
x(t)?2cos10t?0.8cos(100t?300)，試求其響應(yīng)y(t)。
8、有一個傳感器，其微分方程為30dy其中y為輸出電壓(mV),x?3y?0.15x。
為輸入溫度(0C)，試求傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度S。
9、根據(jù)磁電式傳感器工作原理，設(shè)計(jì)一傳感器測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。要求畫出原理結(jié)構(gòu)簡圖并說明原理。
10、談?wù)勀銓鞲衅髟砑皺z測技術(shù)這門課程學(xué)習(xí)的體會及建議，你認(rèn)為檢測技術(shù)將來的發(fā)展方向是什么？
要求：每道題必須認(rèn)真完成。
第二篇：傳感器原理與檢測技術(shù)考試題B
一、單項(xiàng)選擇題(每小題2分，共40分)
1．固體半導(dǎo)體攝像元件CCD是一種（）
A．PN結(jié)光電二極管電路B．PNP型晶體管集成電路
C．MOS型晶體管開關(guān)集成電路D．NPN型晶體管集成電路
2．差動螺線管式電感傳感器配用的測量電路有（）。
A．直流電橋B．變壓器式交流電橋
C．差動相敏檢波電路D．運(yùn)算放大電路
3、在以下幾種傳感器當(dāng)中（）屬于自發(fā)電型傳感器。
A、電容式B、電阻式C、熱電偶D、電感式
4、（）的數(shù)值越大,熱電偶的輸出熱電勢就越大。
A、熱端直徑B、熱電極的電導(dǎo)率
C、熱端和冷端的溫度D、熱端和冷端的溫差
5、熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了（）
A、提高測量靈敏度B、減小引線電阻的影響
C、減小非線性誤差D、提高電磁兼容性
6．按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（）
A．光電式傳感器B．電容式傳感器
C．壓電式傳感器D．磁電式傳感器
7．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（）
A．變極板面積型B．變極距型
C．變介質(zhì)型D．容柵型
8．利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（）
A．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片
B．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)
C．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片
D．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片
9．影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（）
A．電纜的安裝與固定方式B．電纜的長度
C．前置放大器的輸出阻抗D．前置放大器的輸入阻抗
10、汽車衡所用的測力彈性敏感元件是（）。
A、實(shí)心軸B、彈簧管C、懸臂梁D、圓環(huán)
11、在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補(bǔ)償導(dǎo)線的最主要的目的是（）。
A、補(bǔ)償熱電偶冷端熱電勢的損失B、起冷端溫度補(bǔ)償作用
C、將熱電偶冷端延長到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方D、提高靈敏度
12、以下四種傳感器中，屬于四端元件的是）。
A、霍爾元件B、壓電晶體C、應(yīng)變片D、熱敏電阻
13、下列（）不能用做加速度檢測傳感器。
A、電容式B、壓電式C、電感式D、熱電偶
14、將超聲波（機(jī)械振動波）轉(zhuǎn)換成電信號是利用壓電材料的（）。
A、應(yīng)變效應(yīng)B、電渦流效應(yīng)C、壓電效應(yīng)D、逆壓電效應(yīng)
15、在實(shí)驗(yàn)室中測量金屬的熔點(diǎn)時(shí),冷端溫度補(bǔ)償采用（）。
A、冰浴法B、儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法C、計(jì)算修正法D、電橋法
16.屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是()
A.遲滯B.過沖量C.穩(wěn)定性D.線性度
17.傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的()
A.線性度越好B.遲滯越小
C.重復(fù)性越好D.分辨力越高
18.下列測力傳感器中，屬于發(fā)電型測力傳感器的是()
A.自感式傳感器B.磁電感應(yīng)式傳感器
C.電容式傳感器D.應(yīng)變式傳感器
19．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測量的是（）
A．壓力B．力矩C．溫度D．厚度
20．屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是（）
A．重復(fù)性B．線性度C．靈敏度D．固有頻率
二、填空（每題2分，共20分）
1、已知某銅熱電阻在0℃時(shí)的阻值為5 0Ω，則其分度號是CU50，對于鎳鉻-鎳硅熱電偶其正極是鎳鉻。
2．空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實(shí)際中大都采用差動式電容傳感器
3、在壓電晶片的機(jī)械軸上施加力,其電荷產(chǎn)生在電軸。
4、霍爾元件采用恒流源激勵是為了克服霍爾片輸入電阻隨溫度的變化。
5．由光電管的光譜特性看出，檢測不同顏色的光需要選用陰極材料不同的光電管，以便利用光譜特性的靈敏的區(qū)段。
6．傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出的變化量與輸入的變化量的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是 輸出比輸入。
7．用彈性元件和電阻應(yīng)變片及一些附件可以組成應(yīng)變片傳感器，按用途劃分用應(yīng)變式 測力傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器等（任填兩個）。
8．采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度的測量轉(zhuǎn)換為電阻的測量。
9．電容式壓力傳感器是變極板間距離型的。
10、傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路三部分組成。
三、問答題（本大題共4小題，每小題2.5分，共10分）
1.色譜分析儀由那幾部分夠成？
2.測量誤差按規(guī)律可分為那三種誤差？
3.簡述電磁流量儀組成及特點(diǎn)？
4.簡述傳感器定義。
四、根據(jù)你所學(xué)的傳感器相關(guān)知識，請分別列出下列物理量可以使用什么傳感器來測量？（本題10分）
1、加速度；
2、溫度；
3、工件尺寸；
4、壓力；
5、流量
五、推導(dǎo)差壓式流量計(jì)的流量公式，并解釋每一項(xiàng)的意義。（10分）
六、已知對某一溫度的10次測量值分別為（單位℃）:
75.0175.0475.0775.0075.03
75.0975.0675.0675.0275.08
求測量列的算術(shù)平均值、均方根誤差及算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。（10分）
第三篇：傳感器原理與檢測技術(shù)試題2005(3本B)
考試方式： ： …………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
閉卷
太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 自動檢測技術(shù) B 試卷
專業(yè)： 題 得 號 分 自動化 一 二 考試日期： 三 四 五 時(shí)間： 六 七 分鐘 共 八 九 頁 總 分
一、單項(xiàng)選擇題（本大題共 10 小題，每小題 2 分，共 20 分）
(密封線外不要寫姓名、學(xué)號、班級、密封線內(nèi)不準(zhǔn)答題，違者按零分計(jì))
1．下列不是電感式傳感器的是（
）。
A 變磁阻式自感傳感器 器
B 電渦流式傳感器
C 變壓器式互感傳感器
D 霍爾式傳感
學(xué)號
2．傳感器在不考慮遲滯蠕變等因素的影響下，其靜態(tài)特性方程
y = a 0 + a1 x + a 2 x 2 + LL a n x n
中，定義為理論靈敏度的量為（an
）。
姓名
A
a0
B
a1
C
a2
D
3．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測量的是（
）
A．壓力
B．力矩
C．溫度
D．厚度
4．屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是（
）
專業(yè)班級
A．重復(fù)性
B．線性度
C．靈敏度
D．固有頻率
5．按照工作原理分類，壓電式傳感器屬于（
）
A．光電式傳感器
B．阻抗式傳感器
C．電勢式傳感器
D．電阻式傳感器
6．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（
）
A．變極板面積型
B．變極距型
C．變介質(zhì)型
D．容柵型
（B）
7．利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。?br />
）
A．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片
B．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)
C．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片
D．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片
8．影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（
）
A．電纜的安裝與固定方式
B．電纜的長度
C．前置放大器的輸出阻抗
D．前置放大器的輸入阻抗
9．固體半導(dǎo)體攝像元件 CCD 是一種（
）
A．PN 結(jié)光電二極管電路
B．PNP 型晶體管集成電路
C．MOS 型晶體管開關(guān)集成電路
D．NPN 型晶體管集成電路
10．下列器件中是基于外光電效應(yīng)制成的是
。
A
光敏電阻
B
光電池
C
光電倍增管
D
光敏晶體管
二、填空題：(每空 1 分，共 25 分)1.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有遲滯、______、______、靈敏度、穩(wěn)定性、精度等。
2.電容式傳感器可分為________、________、________三種基本類型。
3.要使直流電橋平衡，必須使電橋相對臂電阻值的________相等。
4.在熱電偶中，當(dāng)引入（B）
無影響。這一結(jié)論被稱為熱電偶的________定律。
…………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
5.測量誤差可分為___________、___________和_________三種誤差。
6.工業(yè)上壓力計(jì)常使用的彈性元件有________、_________、_________。
7.工業(yè)上流量的單位有_________和__________。
學(xué)號
8.差壓式流量計(jì)由__________、___________、___________組成。
(密封線外不要寫姓名、學(xué)號、班級、密封線內(nèi)不準(zhǔn)答題，違者按零分計(jì))
9.非接觸式測溫計(jì)的種類有__________、__________、__________。
10.機(jī)械量包括_________、_________、_________、__________。
姓名
三、簡答題：(每題 4 分，共 24 分)1.簡述傳感器定義和組成。
系 專業(yè)班級
2.
寫出工業(yè)用熱電阻的分度號、材料及測量溫度范圍？
學(xué)院
（B）
3.
質(zhì)量流量計(jì)有哪幾種類型？
4.
簡述電磁流量儀組成及特點(diǎn)？
5.
簡述色譜儀的分析原理和工作流程。
6.
有那些非接觸式測溫方法？。
（B）
四、簡述熱電偶測溫原理，說明熱電偶測溫時(shí)為何要冷端補(bǔ)償，冷端補(bǔ)償有那幾種方法？（10 分）
…………………………………………密…………………………封……………………………………線…………………………………
學(xué)號(密封線外不要寫姓名、學(xué)號、班級、密封線內(nèi)不準(zhǔn)答題，違者按零分計(jì))姓名
五、測量某電路電流共五次，測得數(shù)據(jù)分別為： 168.41、168.54、168.59、168.40、168.50，試用 3σ準(zhǔn)則檢查測量之中是否有壞值，如有壞值，求出去掉壞值后的算術(shù)平均值標(biāo) 準(zhǔn)誤差。（10 分）
學(xué)院
系 專業(yè)班級
（B）
六、推導(dǎo)差壓式流量計(jì)流量，并說明差壓式流量計(jì)的流量公式每一項(xiàng)的意義。（11 分）
（B）
第四篇：傳感器與檢測技術(shù)論文
光電傳感器--太陽能電池板
太陽能電池板是利用光生伏特效應(yīng)原理制造的。在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。
太陽能電池板 Solar panel
分類：晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。
非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機(jī)太陽能電池。
化學(xué)染料電池板：染料敏化太陽能電池。太陽能發(fā)電系統(tǒng)
太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：
（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。
（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。
（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。
（四）逆變器：在很多場合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。
晶體硅太陽能電池的制作過程：
晶體硅太陽能電池
“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。
太陽能電池的應(yīng)用：
太陽能電池,1971年首次應(yīng)用于我國發(fā)射的衛(wèi)星上。1973年開始將太陽能電池用于地面。由于受到價(jià)格和產(chǎn)量的限制,市場發(fā)展很緩慢,除了作為衛(wèi)星電源,在地面上太陽能電池僅用于小功率電源系統(tǒng),如航標(biāo)燈、鐵路信號系統(tǒng)等。
2002年,國家有關(guān)部委啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”,通過光伏和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項(xiàng)目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè),國內(nèi)建起了幾條太陽能電池的封裝線,使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。
目前太陽能電池已經(jīng)開始廣泛用于通信、交通、民用產(chǎn)品等各個領(lǐng)域,光伏發(fā)電不但列入到國家的攻關(guān)計(jì)劃,而且列入國家電力建設(shè)計(jì)劃,同時(shí)也在一些重大工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。2003年底，我國太陽能電池的累計(jì)裝機(jī)達(dá)到5萬千。目前，光伏發(fā)電已遍及我國西部各省區(qū)、以及中部和東部的部分省、市、自治區(qū)，投入總規(guī)模已經(jīng)超過30億元人民幣。太陽能電池高效和低價(jià)統(tǒng)一始終是國際開發(fā)的目標(biāo)。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮如下因素：
問題
1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？
問題
2、系統(tǒng)的負(fù)載功率多大？
問題
3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是交流？
問題
4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時(shí)？
問題
5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？
問題
6、負(fù)載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？
問題
7、系統(tǒng)需求的數(shù)量？
太陽能電池的原理
太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。
一、太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。
（1）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
（2）光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或 并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的
電池板原料：玻璃，EVA，電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼支架、蓄電池等。
太陽能電池板新型涂層研發(fā)成功
美國倫斯勒理工學(xué)院研究人員2008年開發(fā)出一種新型涂層，將其覆蓋在太陽能電池板上能使后者的陽光吸收率提高到96.2%，而普通太陽能電池板的陽光吸收率僅為70%左右。
新涂層主要解決了兩個技術(shù)難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。
普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時(shí)工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調(diào)整系統(tǒng)，以保證太陽能電池板始終與太陽保持最有利于吸收能量的角度。
多元化合物太陽電池
除了常用的單晶、多晶、非晶硅電池之外，多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：
a)硫化鎘太陽能電池
b)砷化鎵太陽能電池
c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池)全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
據(jù)Dataquest的統(tǒng)計(jì)資料顯示,目前全世界共有136 個國家投入普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中,其中有95 個國家正在大規(guī)模地進(jìn)行太陽能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。1998年,全世界生產(chǎn)的太陽能電池,其總的發(fā)電量達(dá)1000兆瓦,1999年達(dá) 2850兆瓦。2000年,全球有將近4600 家廠商向市場提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。
目前,許多國家正在制訂中長期太陽能開發(fā)計(jì)劃,準(zhǔn)備在21世紀(jì)大規(guī)模開發(fā)太陽能，美國能源部推出的是國家光伏計(jì)劃, 日本推出的是陽光計(jì)劃。NREL光伏計(jì)劃是美國國家光伏計(jì)劃的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，該計(jì)劃在單晶硅和高級器件、薄膜光伏技術(shù)、PVMaT、光伏組件以及系統(tǒng)性能和工程、光伏應(yīng)用和市場開發(fā)等5個領(lǐng)域開展研究工作。
美國還推出了太陽能路燈“計(jì)劃”,旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電,根據(jù)計(jì)劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度。日本也正在實(shí)施太陽能“7萬套工程計(jì)劃”，日本準(zhǔn)備普及的太陽能住宅發(fā)電系統(tǒng),主要是裝設(shè)在住宅屋頂上的太陽能電池發(fā) 電設(shè)備,家庭用剩余的電量還可以賣給電力公司。一個標(biāo)準(zhǔn)家庭可安裝一部發(fā)電3000瓦的系統(tǒng)。歐洲則將研究開發(fā)太陽能電池列入著名的“尤里卡”高科技計(jì)劃，推出了“10萬套工程計(jì)劃”。這些以普及應(yīng)用光電池為主要內(nèi)容的“太陽能工程”計(jì)劃是目前推動太陽能光電池產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的重要動力之一。
日本、韓國以及歐洲地區(qū)總共8個國家最近決定攜手合作,在亞洲內(nèi)陸及非洲沙漠地區(qū)建設(shè)世界上規(guī)模最大的太陽能發(fā)電站,他們的目標(biāo)是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長時(shí)間日照資源有效地利用起來,為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計(jì)劃將從2001年開始，花4年時(shí)間完成。
目前,美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。美國擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠,其功率為7MW,日本也建成了發(fā)電功率達(dá)1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設(shè)備,以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。
20世紀(jì)90年代以來,全球太陽能電池行業(yè)以每年15%的增幅持續(xù)不斷地發(fā)展。據(jù)Dataquest發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)和預(yù)測報(bào)告顯示,美國、日本和西歐工業(yè)發(fā)達(dá)國家在研究開發(fā)太陽能方面的總投資, 1998年達(dá)570億美元;1999年646億美元;2000年700億美元;2001年將達(dá)820億美元;2002年有望突破1000億美元。
我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國對太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視,早在七五期間,非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題;八五和九五期間,我國把研究開發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月，國家發(fā)改委、科技部制定出未來5年太陽能資源開發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億元用于推進(jìn)太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計(jì)劃到2005年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到300兆瓦。
2002年，國家有關(guān)部委啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，通過太陽能和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項(xiàng)目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。我國目前已有10條太陽能電池生產(chǎn)線,年生產(chǎn)能力約為4.5MW,其中8條生產(chǎn)線是從國外引進(jìn)的,在這8條生產(chǎn)線當(dāng)中,有6條單晶硅太陽能電池生產(chǎn)線,2條非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線。據(jù)專家預(yù)測,目前我國光伏市場需求量為每年5MW,2001～2010年,年需求量將達(dá)10MW,從2011年開始,我國光伏市場年需求量將大于20MW。
目前國內(nèi)太陽能硅生產(chǎn)企業(yè)主要有洛陽單晶硅廠、河北寧晉單晶硅基地和四川峨眉半導(dǎo)體材料廠等廠商，其中河北寧晉單晶硅基地是世界最大的太陽能單晶硅生產(chǎn)基地，占世界太陽能單晶硅市場份額的25％左右。
在太陽能電池材料下游市場，目前國內(nèi)生產(chǎn)太陽能電池的企業(yè)主要有無錫尚德、南京中電、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、蘇州阿特斯、常州天合、云南天達(dá)光伏科技、寧波太陽能電源、京瓷（天津）太陽能等公司，總計(jì)年產(chǎn)能在800MW以上。
2009年，國務(wù)院根據(jù)工信提供的報(bào)告指出多晶硅產(chǎn)能過剩，實(shí)際業(yè)界人并不認(rèn)可，科技部已經(jīng)表態(tài)，多晶硅產(chǎn)能并不過剩。太陽能電池發(fā)展市場
當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的新動力。歐洲一些高水平的核研究機(jī)構(gòu)也開始轉(zhuǎn)向可再生能源。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽能電池制造業(yè)爭相投入巨資，擴(kuò)大生產(chǎn)，以爭一席之地。
全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)1994-2004年10年里增長了17倍，太陽能電池生產(chǎn)主要分布在日本、歐洲和美國。2006年全球太陽能電池安裝規(guī)模已達(dá)1744MW，較2005年成長19％，整個市場產(chǎn)值已正式突破100億美元大關(guān)。2007年全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到3436MW，較2006年增長了56%。
中國對太陽能電池的研究起步于1958年，20世紀(jì)80年代末期，國內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽能電池生產(chǎn)線，使中國太陽能電池生產(chǎn)能力由原來的3個小廠的幾百kW一下子提升到4個廠的4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。2002年后，歐洲市場特別是德國市場的急劇放大和無錫尚德太陽能電力有限公司的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展給中國光伏產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和示范效應(yīng)。
目前，我國已成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2007年全國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到1188MW，同比增長293%。中國已經(jīng)成功超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。在產(chǎn)業(yè)布局上，我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。
中國的太陽能電池研究比國外晚了20年，盡管最近10年國家在這方面逐年加大了投入，但投入仍然不夠，與國外差距還是很大。政府應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和政策激勵，盡快解決太陽能發(fā)電上網(wǎng)與合理定價(jià)等問題。同時(shí)可借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn)，在公共設(shè)施、政府辦公樓等領(lǐng)域強(qiáng)制推廣使用太陽能，充分發(fā)揮政府的示范作用，推動國內(nèi)市場盡快起步和良性發(fā)展。
太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30％以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10％以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50％以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20％以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80％以上，太陽能發(fā)電將占到60％以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。
利用太陽能電池的離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括
1、太陽能控制器(光伏控制器和風(fēng)光互補(bǔ)控制器)對所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當(dāng)蓄電池所儲存的電能放完時(shí)，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池?？刂破鞯男阅懿缓脮r(shí)，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。
2、太陽能蓄電池組的任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負(fù)載用電。
3、太陽能逆變器負(fù)責(zé)把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負(fù)荷使用。太陽能逆變器是光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。由于使用地區(qū)相對落后、偏僻，維護(hù)困難，為了提高光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 5 的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運(yùn)行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發(fā)電成本較高，太陽能逆變器的高效運(yùn)行也顯得非常重要。
太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏組件 B、風(fēng)機(jī) C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風(fēng)力/光伏發(fā)電控制與逆變器一體化電源。
利用太陽能電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列、風(fēng)力機(jī)以及燃料電池等產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。
因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負(fù)載的電源，降低整個系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。同時(shí)，可再生能源并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向，代表了21世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。
太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏并網(wǎng)逆變器 B、小型風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)逆變器 C、大型風(fēng)機(jī)變流器（雙饋?zhàn)兞髌鳎β首兞髌鳎?/p>
第五篇：傳感器與檢測技術(shù)總結(jié)
《傳感器與檢測技術(shù)》總結(jié)
姓名：王婷婷 學(xué)號：14032329 班級：14-1
1傳感器與檢測技術(shù)
這學(xué)期通過學(xué)習(xí)《傳感器與檢測技術(shù)》，懂得了很多，以下是我對這本書的總結(jié)。第一章 概 述
傳感器的作用是：傳感器是各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。
傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。
傳感器的組成：被測量量---敏感元件---轉(zhuǎn)換元件----基本轉(zhuǎn)換電路----電量輸出
傳感器的分類：按被測量對象分類（內(nèi)部系統(tǒng)狀態(tài)的內(nèi)部信息傳感器{位置、速度、力、力矩、溫度、導(dǎo)演變化}、外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器{接觸式[觸覺、滑動覺、壓覺]、非接觸式[視覺、超聲測距、激光測距）；按工作機(jī)理分類（結(jié)構(gòu)型{電容式、電感式}、物性型{霍爾式、壓電式}）；按是否有能量轉(zhuǎn)換分類（能量控制型[有源型]、能量轉(zhuǎn)換型[無源型]）；按輸出信號的性質(zhì)分類（開關(guān)型[二值型]{接觸型[微動、行程、接觸開關(guān)]、非接觸式[光電、接近開關(guān)]}、模擬型{電阻型[電位器、電阻應(yīng)變片]，電壓、電流型[熱電偶、光電電池]，電感、電容型[電感、電容式位置傳感器]}、數(shù)字型{計(jì)數(shù)型[脈沖或方波信號+計(jì)數(shù)器]、代碼型[回轉(zhuǎn)編碼器、磁尺]}）。
傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)，稱為靜態(tài)特性；輸出量對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，這一關(guān)系稱為動態(tài)特性，這一特性取決于傳感器本身及輸入信號的形式?？梢苑譃榻佑|式環(huán)節(jié)（以剛性接觸形式傳遞信息）、模擬環(huán)節(jié)（多數(shù)是非剛性傳遞信息）、數(shù)字環(huán)節(jié)。動態(tài)測量輸入信號的形式通常采用正弦周期（在頻域內(nèi)）信號和階躍信號(在時(shí)域內(nèi))。
傳感器的靜態(tài)特性：線性度（以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線比較?L??LmaxY?100%）、遲滯、重復(fù)性、靈敏度（K0=△Y/△X=輸出變化量/輸入變化量=k1k2···kn）和靈敏度誤差（rs=△K0/K0×100%、穩(wěn)定性、靜態(tài)測量不確定性、其他性能參數(shù)：溫度穩(wěn)定性、抗干擾穩(wěn)定性。
傳感器的動態(tài)特性：傳遞函數(shù)、頻率特性（幅頻特性、相頻特性）、過渡函數(shù)。
0階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度；一階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時(shí)間常數(shù)；二階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時(shí)間常數(shù)，阻尼比。
傳感器的標(biāo)定：通過各種試驗(yàn)建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關(guān)系。國家標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)允許誤差±0.001%，省、部一級計(jì)量站允許誤差±0.01%，市、企業(yè)計(jì)量站允許誤差±0.1%，三等標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)、傳感器允許誤差±（0.3～0.5）%，工程測試、試驗(yàn)裝置、測試用力傳感器允許誤差±1%。分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定。
第二章 位 移 檢 測 傳 感 器
測量位移常用的傳感器有電阻式、電容式、渦流式、壓電式、感應(yīng)同步器式、磁柵式、光電式。參量位移傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，即電阻、電容或電感等。發(fā)電型位移傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電源性參量，如電動勢、電荷等。屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器，這類傳感器有磁電型、壓電型等。
電位計(jì)的電阻元件通常有線繞電阻、薄膜電阻、導(dǎo)塑料（即有機(jī)實(shí)心電位計(jì)）等。電位計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，性能穩(wěn)定，并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系。其缺點(diǎn)是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。
Rx?線性電位計(jì)的空載特性：
Rx?KRxl，KR----電位計(jì)的電阻靈敏度（Ω/m）。電位計(jì)輸出空載電壓為U0?Uix?Kuxl，Ku------電位計(jì)的電壓靈敏度（V/m）。
C?電容式傳感器的基本原理：
?S?r?oS???δ、S和εr中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容C0，δ或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；εr的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。ε0=8.85×10-12F/m。
K?a.變極距型電容位移傳感器的靈敏度為
?C?S?C???????0??0，C0?0；b.變極板面積型電C?容位移傳感器2??(l?x)x?Cx??C0?C0??lnRB/RAl, C0l? ； c.變介質(zhì)型電容式位移傳感器
C??0Sd????/?r，其中ε0為真空介電常數(shù)（空氣介電常數(shù)ε1=ε0）εr為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，?r??/?0，ε為介質(zhì)的介電常數(shù)； d.容柵式電容位移傳感器
Cmax?n?ab??(R?R?r?r)?n?2?，其中n為可動容柵的柵極數(shù)，a、b分別為柵極的寬度寬度和長度，α為每條柵極所對應(yīng)的圓心角，R、r分別為柵極外半徑和內(nèi)半徑。特點(diǎn)分辨力高、精度高、量程大，刻劃精度和安裝精度要求有所降低。
電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：電橋電路、二極管雙T形電路、差動脈沖調(diào)寬電路、運(yùn)算放大器式電路、調(diào)頻電路。
電容式傳感器的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：溫度特性好，結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。缺點(diǎn)：輸出阻抗高、負(fù)載能力差，寄生電容影響大。
電感式位移傳感器：是一種利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測的裝置。感測量：位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重。種類有：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理：分自感式和互感式兩種；根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，分氣隙型、面積型和螺管型。
電感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：調(diào)幅電路；調(diào)頻電路；調(diào)相電路。
自感式電感受位移傳感器：N?m?Li ；
?m?NiN?NL?Rm ；Rm ；Rm?l2???S?0S0；其中l(wèi)----鐵心與銜鐵中的導(dǎo)磁長度；μ---鐵心與銜鐵的磁導(dǎo)率（H/m）；S---鐵心與銜鐵中的導(dǎo)磁面積；δ---氣隙厚度；μ0---真空磁導(dǎo)率；S0---氣隙導(dǎo)磁橫截面積?；ジ惺轿灰苽鞲衅鳎簩⒈粶y物理量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。常接成差動形式，故也稱差動變壓器式位移傳感器，屬于螺管型。則總輸出電動勢E0?E1?E2?(M2?M1)di1dt
互感式位移傳感器的誤差因素：零點(diǎn)殘余電壓（當(dāng)差動變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個微小的電壓值（從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV）存在，稱為零點(diǎn)殘余電壓。電渦流式傳感器：電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導(dǎo)體時(shí)，金屬導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流的流線呈閉合回線，類似水渦形狀，稱之為電渦流。電渦流式傳感器是以電渦流效應(yīng)為基礎(chǔ)，由一個線圈和與線圈鄰近的金屬體組成，當(dāng)線圈通入交變電流I時(shí)，在線圈的周圍產(chǎn)生一交變磁場H1，處于該磁場中的金屬體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并形成渦流。金屬體上流動的電渦流也將產(chǎn)生相應(yīng)的磁場H2，H2與H1方向相反，對線圈磁場H1起抵消作用，從而引起線圈等效阻抗Z或等效電感L或品質(zhì)因素相應(yīng)變化。金屬體上的電渦流越大，這些參數(shù)的變化亦越大。如圖如式：
渦流位移傳感器主要分為高頻反射和低頻透射兩類。電渦流式傳感器的轉(zhuǎn)換電路：電橋電路法、諧振電路法、正反饋法。其特點(diǎn)是渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于進(jìn)行非接觸測量，靈敏度高，應(yīng)用廣泛，可測位移、厚度、振動等。
霍爾效應(yīng)的定義：磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢，霍爾效應(yīng)的大?。篣H?BI/ned?UH?kHBI
霍爾式傳感器的誤差因素：元件幾何誤差以及電極焊點(diǎn)的大小造成的影響；不等位電勢的影響；寄生直流電勢的影響；感應(yīng)電勢的影響；溫度誤差的影響（恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻；合理選取負(fù)載電阻；恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻；采用溫度襝元件。）
光柵式位移傳感器：長光柵（測量線位移）、圓光柵（測量角位移）。長光柵：是根據(jù)
BH?莫爾條紋效應(yīng)設(shè)計(jì)的。兩個莫爾條紋的間距
WW?2sin?/2?。光柵條紋密度有25條/mm，50條/mm，100條/mm或更密，柵線長度一般為6～12mm。其測長精度可達(dá)0.5～3μm(3000mm范圍內(nèi)），分辨力可達(dá)0.1μm。圓光柵：圓光柵同心放置時(shí)，條紋間距BH?WRWRBH?r1?r2；偏心放置時(shí)，e，測量精度可達(dá)到0.15“，分辨力可達(dá)0.1”。W：光柵柵距。R：圓的半徑。R1、R2:分別為切線圓半徑。e :偏心量。
光柵可以制成透射光柵和反射光柵,透射光柵的柵線刻制在透明村料上,要求較高時(shí),可以采用光學(xué)玻璃；而指示光柵最好采用光學(xué)玻璃，反射光柵的柵線刻制在具有反射率很高的金屬或鍍以金屬膜的玻璃上。
感應(yīng)同步器：利用電磁感應(yīng)原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。根據(jù)用途可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測量線位移和角位移。
激光式位移傳感器：由激光器、光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的將測位移量轉(zhuǎn)換成電信號。常用的激光干涉測長傳感器分為單頻激光干涉?zhèn)鞲衅骱碗p頻激光干涉?zhèn)鞲衅鳌?/p>
第三章 力、扭矩和壓力傳感器 測力傳感器：用于測力的傳感器多為電氣式。電氣式測力傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換方式不同又分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應(yīng)變式、電容式、電感式等。發(fā)電測力傳感器有壓電式、壓磁式等。
電阻應(yīng)變式測力傳感器:將力作用在彈性元件上,彈性元件在力作用下產(chǎn)生應(yīng)變,利用貼在彈性元件上的應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。然后利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換成電壓（或電流）的變化，再送入測量放大電路測量。最后利用標(biāo)定的電壓（或電流）和力之間的對應(yīng)關(guān)系，可測出力的大小或經(jīng)換算得到被測力。
dRdLdSd???????2????LE???(1?2?)??LE?LS?應(yīng)變片：R；其中μ：電阻絲的泊松系數(shù)；ζ：電阻絲受到的應(yīng)力（Pa)；E：電阻絲的彈性模量；πL：電阻絲材料的dR?(1?2?)??K?縱向壓阻系數(shù)。對于金屬絲，（1+2μ）ε?πLEε，則R；其中K：金屬電阻絲靈敏系數(shù)，K約在1.7～3.6之間。常用金屬絲材料在200℃～300℃以下工作可選用康銅絲應(yīng)變絲，在300℃以上工作可選用鎳鉻合金應(yīng)變片、鉑銥合金應(yīng)變片等。
半導(dǎo)體應(yīng)變片：其工作原理是基于壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時(shí)，由于截流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。表達(dá)電阻絲電阻應(yīng)變效應(yīng)的公
K?式也適用于半導(dǎo)體電阻材料。其應(yīng)變靈敏系數(shù)為：
dR/R???LE，半導(dǎo)體應(yīng)變片的缺點(diǎn)是應(yīng)變靈敏系數(shù)的離散性大，機(jī)械強(qiáng)度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大。
應(yīng)變片的布置和接橋方式：則電橋的輸出U0?電壓為：
R1R3?R2R4Ui(R1?R2)(R3?R4)，當(dāng)R1=R2=R3=R4=R，U0?Ui?R1?R2?R3?R4(???)4RRRR，應(yīng)變儀電橋式作方式有：單臂、雙臂、四臂。應(yīng)變片在彈性元件上典型的布片和接橋方式有：柱型、環(huán)形、懸臂梁式、兩端固定梁、軸。壓電式力傳感器：是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。正壓電效應(yīng)：當(dāng)某些晶體沿一定方向受到外力作用而變形時(shí)，在其相應(yīng)的兩個相對表面產(chǎn)生極性相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，電荷的極性取決于變形的形式。逆壓電效應(yīng)：在某些晶體的極化方向（受力能產(chǎn)生電荷的方向）施加外電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)外電場撤去后，變形也隨之消失。
壓電元件及其晶片連接方式有：單片式、兩片串聯(lián)式、兩片并聯(lián)式、剪切式、扭轉(zhuǎn)式。壓磁式力傳感器：在機(jī)械力作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)力變化，使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁阻相應(yīng)也發(fā)生變化的現(xiàn)象。外力是拉力時(shí)，在作用方向鐵磁材料磁導(dǎo)率提高，垂直作用力方向磁導(dǎo)率降低；作用力為壓力時(shí)，則反之。常用的鐵磁材料有硅鋼片和坡莫合金。
第四章 速度、加速度傳感器
直流測速發(fā)電機(jī)：按定子磁極的勵磁方式不同，可分為電磁式、永磁式兩類；若按電樞的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為無槽電樞、有槽電樞、空心杯電樞、圓盤印刷繞組等。電樞感應(yīng)電動勢為Es?Ke?n?Cen，其中Ke：感應(yīng)系數(shù)；Φ：磁通；n：轉(zhuǎn)速；Ce:感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)?？蛰d時(shí)：Is=0 ,則有直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動勢相等，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。有負(fù)載時(shí)，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為VCF?Es?Isrs，rS：電樞回路的總電阻。電樞電流為
IS?VCFRL，RL：測速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻。則可得VCF?Cen?Cn1?rs/RL
直流測速發(fā)電機(jī)在工作中，其輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間不能保持比例關(guān)系，原因和改進(jìn)方法：一是有負(fù)載時(shí)，電樞反映去磁作用的影響，使輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比（在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組，或使負(fù)載電阻大于規(guī)定值）。二是電刷接觸壓降的影響（應(yīng)采用接觸壓降較小的銅-石墨電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀）。三是溫度的影響（在直流測速發(fā)電機(jī)的繞組回路中串聯(lián)一個電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上）。
交流測速發(fā)電機(jī)：可分為永磁式、感應(yīng)式、脈沖式三種。永磁式并流測速發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是單向永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī),定子繞組感應(yīng)的交變電動勢的大小和頻率都隨輸入信號而變f?化:
ppnE?4.44fNKw?m?44.4NKw?mn?Kn6060 ；
；其中K：常系數(shù)，K?4.44pNKw?m60 ；p：電機(jī)極對數(shù)；N：定子繞組每相匝數(shù)；KW：定子繞組基波繞組系數(shù)；Φm：電機(jī)每極基波磁通的幅值。通常此電機(jī)只做指示式轉(zhuǎn)速計(jì)使用。感應(yīng)式測速發(fā)電機(jī)與脈沖式測速發(fā)電機(jī)的工作原理基本相同，都是利用定子、轉(zhuǎn)子齒槽相互位置的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈動，從而感應(yīng)出電動勢，也稱為感應(yīng)子式發(fā)電機(jī)原理。輸出電動f?勢的頻率為ZrnHz60，其中Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)；n：電動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min)線振動速度傳感器：當(dāng)一個繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相對運(yùn)動時(shí)，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E?NBlv，其中B：線圈所在磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）；l：每匝線圈的平均長度；v：線圈磁場的運(yùn)動速度。
變磁通式：開磁路式：測量時(shí)，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通亦變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。閉磁路式：測量轉(zhuǎn)速時(shí)，磁能周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。n?60f/z ； w?(2?/z)f(rad/s)
陀螺式角速度傳感器：包括轉(zhuǎn)子陀螺、壓電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺。半導(dǎo)體硅流速傳感器是一種可測流速、流動方向的傳感器。其工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率λ與流體流速相關(guān)原理制成的。Q??(T1?T2)?(A?Bvt)(T1?T2)，Q：流體介質(zhì)從溫度T1流向溫度T2的熱量；λ：熱導(dǎo)率；vt:流體介質(zhì)流速；B：常數(shù)，A為vt=0時(shí)的熱導(dǎo)率，A與B均由由流體介質(zhì)性質(zhì)和發(fā)熱體性質(zhì)決定。
加速度傳感器：常用的有壓電式、應(yīng)變式、磁致伸縮式等。
壓電式加速度傳感器包括：壓縮型(為了區(qū)分異常振動與其它噪聲振動，傳感器的固有頻率設(shè)計(jì)成與異常振動頻率相同，從而提高了信噪比）、剪切型（可忽略橫向加速度的影響，還能在高溫環(huán)境中使用）、彎曲型（結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、靈敏度高，但壓電材料有阻抗高、脆性大、難于與金屬粘結(jié)）。因?yàn)槠浔旧韮?nèi)阻抗很高，輸出微弱，則必須接高輸入阻抗的前置放大器。這類放大器有電壓放大器（第一級采用場效應(yīng)管構(gòu)成源極輸出器，第二級晶體管構(gòu)成對輸入端的負(fù)反饋，以提高輸入阻抗）和電荷放大器（輸出電壓u0??Q/Cf，Q：傳感器輸出電荷，Cf:反饋電容，即輸出電壓與電纜分布、長短無關(guān)）。壓電加速度傳感器屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度{輸出電壓（mV）與所承受加速度之比}、電荷靈敏度{輸出電荷（Q）與所承受加速度之比）。對給定的壓電材料，靈敏度隨質(zhì)量的增大或壓電片的增多而增大。一般加速度傳感器尺寸越大，其固有頻率越低。因此在選用加速度傳感器時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。
第五章 視覺、觸覺傳感器
視覺傳感器：以光電變換為基礎(chǔ)，由四個部分組成，照明部（鎢絲燈、閃光燈等）、接收部（由透鏡和濾光片組成，具有聚成光學(xué)圖像或抽出有效信息的功能）、光電轉(zhuǎn)換部（將光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號）、掃描部（將二維圖像的電信號轉(zhuǎn)換成時(shí)間序列的一維信號）。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用有三：進(jìn)行位置檢測；進(jìn)行圖像識別；進(jìn)行物體形狀、尺寸缺陷的檢測。
視覺傳感器分為:光電式攝像機(jī)（即工業(yè)電視攝像機(jī)）{其光導(dǎo)攝像管是一種兼有光電轉(zhuǎn)換功能和掃描功能的真空管}、固體半導(dǎo)體攝像機(jī){由許多光電二極管組成陣列代替光導(dǎo)攝像管。其攝像元件為CCD即電荷耦合器件,它是一種MOS型晶體管開關(guān)集成電路，它的構(gòu)成主要有隔行傳送方式、幀傳送方式}、激光式視覺傳感器{利用激光作為定向性高密度光源，由光電轉(zhuǎn)換及放大元件、高速回轉(zhuǎn)多面棱鏡、激光器組成}、紅外圖像傳感器{由紅外敏感元件、電子掃描電路組成}。
人工視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：圖像輸入、圖像處理、圖像存儲、圖像輸出四個子系統(tǒng)組成。圖像輸出裝置分為兩類：一類是只要求瞬時(shí)知道處理結(jié)果，以及計(jì)算機(jī)用對話形式進(jìn)行處理的顯示終端，稱為軟拷貝；另一類可長時(shí)間保存結(jié)果，如寬行打印機(jī)、繪圖機(jī)、X-Y繪圖儀以及顯示器圖面照像裝置等，稱為硬拷貝。圖像信息的處理技術(shù)中，區(qū)域法與微分法不同，它不直接檢測灰度的變化點(diǎn)，而是以灰度大致相同的像素集合作為區(qū)域而匯集的方法。
觸覺傳感器：接觸覺、壓覺的閾值單位為104Pa，人的壓覺閾值約為1.28×104Pa，人的手指接觸覺閾值約為3×104Pa。接觸覺傳感器的代表是用硅橡膠制成的矩陣式觸覺傳感器。硅橡膠與金屬電極對置、接觸。由于硅橡膠受壓其電阻值就改變，所以輸出電壓相應(yīng)變化?；瑒佑X傳感器：被用于工業(yè)機(jī)器人手指把持面與操作對象之間的相對運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制指部的夾緊力。它是檢測指部與操作物體在切向的相對位移。
第六章 溫度傳感器
熱電偶式溫度傳感器：屬于接觸式熱電動勢型傳感器，基于熱電效應(yīng)（當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起組成一個閉合電路時(shí)，由于兩個端點(diǎn)溫度不同，回路中將產(chǎn)生熱電動勢，并有電流通過，即將熱能轉(zhuǎn)換成電能。）它由熱電偶（閉合回路）、熱電極（兩導(dǎo)體）、熱端、冷端組成。熱電動勢由接觸電動勢、溫差電動勢兩部分組成。
熱電偶的分類:普通熱電偶(主要用于測量液體和氣體的溫度)、鎧裝熱電偶（也稱纜式熱電偶，可分為有碰底型、不碰底型、露頭型、帽型。特點(diǎn)是測量結(jié)熱容量小、熱慣性小、動態(tài)響應(yīng)快、撓性好、強(qiáng)度高、抗震性好，適用于普通熱電偶不能測量的空間溫度）、薄膜熱電偶（可分為片狀、針狀，主要用于測量固體表面小面積瞬時(shí)變化的溫度。特點(diǎn)是熱容量小、時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)速度快）、并聯(lián)熱電偶（它是把幾個同一型號的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起，而各個熱電偶的測量結(jié)處于不同溫度下，其輸出電動勢為各熱電偶熱電動勢的平均值，所以這種熱電偶可用于測量平均溫度）、串聯(lián)熱電偶（又稱熱電堆，它是把若干個同一型號的熱電偶串聯(lián)在一起，所有測量端處于同一溫度T之下，所有連接點(diǎn)處于另一溫度TO之下，則輸出電動勢是每個熱電動勢之和。為保證測量值的真實(shí)性，常用的方法有恒溫法、溫度修正法、電橋補(bǔ)償法、冷端補(bǔ)償法、電位補(bǔ)償法。）
電阻式溫度傳感器：分為金屬熱電阻式、熱敏電阻式兩大類。金屬熱電阻式溫度傳感器：其基理是在金屬導(dǎo)體兩端加電壓后，使其內(nèi)部雜亂無章運(yùn)動的自由電子形成有規(guī)律的定向運(yùn)動，而使導(dǎo)體導(dǎo)電。對于大多數(shù)金屬導(dǎo)體而言Rt?Ro(1??1t??2t2??????ntn)；鉑電阻物理化學(xué)性能穩(wěn)定，搞氧化能力強(qiáng)，測溫精度
23Rt?Ro[1??1t??2t??3(t?100?C)t]，在高，在（-200～0）℃范圍內(nèi)的阻溫特性是：（0～850）℃內(nèi)的阻溫特性是：Rt?Ro(1??1t??2t)，一般在RO=100Ω或RO=50Ω時(shí)，α1=3.96847×10-3/℃,α2=-5.847×10-7/℃2，α3=-4.22×10-12/℃4。銅價(jià)格低，在（-50～150）℃，23Rt?Ro(1??1t??2t??3t)其電化學(xué)性和物理性能穩(wěn)定，則有。為了避免通過交流電時(shí)產(chǎn)
2生感抗，或有交變磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在繞制時(shí)要采用雙線無感繞制法。
熱敏電阻式溫度傳感器：所用材料是陶瓷半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性取決于電子-空穴的濃度。其阻溫特性為RT=ROeB(1/T-1/TO)；正溫度系數(shù)熱敏電阻，隨溫度增加而增加，高溫不得超過140℃，臨界溫度系數(shù)熱敏電阻，不適于較寬溫度范圍內(nèi)的測量；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值隨溫度增加而下降，一般用于（-50～300）℃之間的溫度測量。硅熱敏電阻即可具有正溫度系數(shù)也可具有負(fù)溫度系數(shù)，采用線性化措施后，可在（-30～150）℃內(nèi)實(shí)現(xiàn)近似線性化。鍺熱敏電阻廣泛應(yīng)用于低溫測量；硼熱敏電阻在工作中700℃高溫時(shí)仍能滿足要求。
非接觸式溫度傳感器：可分為全輻射式溫度傳感器、亮度式溫度傳感器、比色式溫度傳感器。
全輻射式溫度傳感器：利用物體在全光譜范圍內(nèi)總輻射能量與溫度的關(guān)系測量溫度。
4全輻射式溫度傳感器測得的溫度總是低于物體的真實(shí)溫度。測量溫度：T?Tr1/?T ；Tr:輻射溫度；εT：溫度T時(shí)物體的全輻射發(fā)射系數(shù)。這種傳感器適用于遠(yuǎn)距離、不能直接接觸的高溫物體，其測量范圍為（100～2000）℃。
亮度式溫度傳感器：利用物體的單色輻射亮度隨溫度變化的原理。傳感器測得的溫度
11???ln??T值小于被測物體的真實(shí)溫度T：TTLC2，ελT：單色輻射發(fā)射系數(shù)；C2：第二輻射常數(shù)，C2=0.014388(m·K）；λ：波長（m)。
比色溫度傳感器：通常，將波長選在光譜的紅色和藍(lán)色區(qū)域內(nèi)。真實(shí)溫度T：11ln(??1/??2)??TTPC2(1?1)?1?2 ；其量程（800～2000）℃，測量精度為0.5%。如果兩個波長的單色發(fā)射系數(shù)相等，則真實(shí)溫度與比色溫度相同。一般灰體的發(fā)射系數(shù)不隨波長而變，故比色溫度等于真實(shí)溫度。通常λ1：對應(yīng)藍(lán)色，λ2：對應(yīng)為紅色。對于很多金屬，由于單色發(fā)射系數(shù)隨波長的增加而減小，故比色溫度高于真實(shí)溫度。半導(dǎo)體溫度傳感器：以半導(dǎo)體P-N結(jié)的溫度特性為理論基礎(chǔ)，利用晶體二極管與晶體三極管作為感溫元件。采用晶體二極管，測溫范圍在（0～50）℃；采用晶體三極管，測溫范圍在（-50～150）℃。
第七章 氣敏、溫度、水份傳感器 氣敏傳感器（N型半導(dǎo)體）：是一種將檢測到的氣體成份和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。具有代表性的是SnO2系和ZnO系氣敏元件。這些金屬氧化物都是利用陶瓷工藝制成的具有半導(dǎo)體特性的材料，簡稱半導(dǎo)瓷。材料吸收吸附分子，為正離子吸附（O2和氮氧化合物，為氧化型氣體）；材料釋放電子，為負(fù)離子吸附（H2、CO碳?xì)浠衔锖途祁悆A向，為還原型氣體）。SnO2氣敏半導(dǎo)瓷摻加Pd、Mo、Ga等雜質(zhì)，可供制造常溫工作的煙霧報(bào)警器。
濕度傳感器：分為絕對溫度（一定大小空間中水蒸氣的絕對含量，kg/m3，又稱為水氣濃度或水氣密度。它可以用水的蒸氣壓表示，空氣水氣密度
?v?pvMRT，其中M：水氣摩爾質(zhì)量；R：摩爾氣體常數(shù)；Pv：蒸氣壓力；T：熱力學(xué)溫度）、相對溫度（為某一被測蒸氣壓與相同溫度下飽和蒸氣壓比值的百分?jǐn)?shù)，常用%RH表示。是無量綱值。表示為潮濕程度。）
濕敏元件有：氯化鋰濕敏元件、半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件、熱敏電阻濕敏元件、高分子膜濕敏元件。
氯化鋰濕敏元件：利用吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。是典型的離子晶體。
熱敏電阻式濕敏元件：特點(diǎn)有靈敏度高且響應(yīng)速度快；無滯后現(xiàn)象；不像干濕球溫度計(jì)需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)；可連續(xù)測量（不需要加熱清洗）；抗受風(fēng)、油、塵埃能力強(qiáng)。可制造精密的恒濕槽，精度達(dá)±0.2g/m3。
高分子膜濕敏元件：它是以隨高分子膜吸收或放出水份而引起電導(dǎo)率或電容變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。根據(jù)電容器的容量值
C??Sd，再測得相對溫度。電子溫度計(jì)由檢測部分（有攜帶型、墻袋型、凸緣型）、數(shù)字顯示器、變換器構(gòu)成。常用于工業(yè)溫度監(jiān)視、記錄和控制，尤可用于濕度小于20%RH的測量。在超過90%RH的高濕區(qū)域會出現(xiàn)結(jié)露。結(jié)露時(shí)濕度傳感器在沾濕間歇不能測量，一旦沾濕消失，恢復(fù)原來特性。
水份傳感器：水份是存在于物質(zhì)中水的數(shù)量，以百分比表示。種類有:直流電阻型、高頻電阻型、電容率型、氣體介質(zhì)型、近紅外型、中子型、核磁共振型。
第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成
傳感檢測系統(tǒng)的組成：傳感器（信息獲?。⒅虚g轉(zhuǎn)換（信號調(diào)理）電路（信號轉(zhuǎn)換調(diào)理）、微機(jī)接口電路（信息傳輸）、分析處理及控制顯示電路（信息分析處理、顯示記錄）等部分組成。目前常用的有模擬顯示（精度受標(biāo)尺最小分度限制，易引入主觀誤差）、數(shù)字顯示（有利于消除讀數(shù)主觀誤差）、圖像顯示（常用的自動記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀）三種。
電橋：是把電阻、電感、電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種測量電路。
直流電橋：在電橋的輸入端加入直流電源ES。當(dāng)輸出端與高輸入阻抗裝置相接時(shí)，電橋相當(dāng)于工作在輸出端開路狀態(tài)，其輸出電壓Uo?R1R3R1R4?R2R3Es?Es?EsR1?R2R3?R4(R1?R2)(R3?R4)。當(dāng)R2R3=R1R4時(shí)，輸出電壓UO為0，稱這種狀態(tài)為平衡狀態(tài)。若將電橋輸出端與內(nèi)阻為Rg的檢流計(jì)相連接，由戴維南定
Ro?理知，AB端的等效電阻
R1R2R3R4?R1?R2R3?R4，AB端的開路電壓Uoc?R1R4?R2R3RgEsUo?Uoc(R1?R2)(R3?R4)，則電橋輸出端的電壓為Ro?Rg。如下圖。
交流電橋：采用交流電源供電的電橋。如果交流電源是頻率為f的正弦交流信號，則有Z1?Z1??1，Z2?Z2??2，Z3?Z3??3，Z4?Z4??4。???當(dāng)電橋輸出端開路時(shí)，其輸出
?UsUsZ1Z4?Z2Z3Uo?Z1?Z3?UsZ1?Z2Z3?Z4(Z1?Z2)(Z3?Z4)電壓，當(dāng)Z1Z4=Z2Z3，則有Z2Z3?Z1Z4，?2??3??1??4。如下圖
電橋的分類：按電橋采用電源的不同分為：直流電橋、交流電橋。按電橋的工作方式可分為：平衡電橋、不平衡電橋。按電橋被測電阻的接入方式：單臂電橋、差動電橋。
電橋的工作特性指標(biāo)分別為：電橋的靈敏度、電橋的非線性誤差。電橋的靈敏度是單
Kus?位輸入量時(shí)的輸出變化量，對于不平衡電橋：
?U/Uo?R/R。電橋的非線性誤差：若線
?f?性化后的輸出電壓為UOS，則有
Uos?UoUo。
各類電橋的靈敏度與非線性誤差：單臂電橋：當(dāng)R2=R1、R3=R4時(shí)，???R1/R1，Uo?則有?R1R4?1Us?UsUos??Us(R1??R1?R2)(R3?R4)2(2??)，化簡可得4，非線性誤差?f?Uos?Uo1??Uo2?？梢娸斎胱兓吭酱?，非線性誤差越大，若要求電橋的誤差小于3%，Kus?Uos/Us?14。差動電橋：
時(shí)允許ε的最大值為0.06。對于單臂電橋，其輸出電壓靈敏度當(dāng)R2=R
1，????R1/R1，R2R3=R1R4Uo?(R1??Rx)R4?(R2??Rx)R3?Rx1Us?UsUo??Us(R1??Rx?R2??Rx)(R3?R4)R1?R2，化簡得2，得差動電橋靈
11?Us??Us2?f?2?0Uo/Us11Kus???Us?2，非線性誤差2敏度。如下圖。有源電橋：裝有一個具有高輸入阻抗和低輸出阻抗及高增益等特點(diǎn)的運(yùn)算放大器A，當(dāng)△R=0時(shí)，電橋平衡，當(dāng)
UsUsUs?R?Uo?(R??R)?Uo?(1?)I1?I2?Us/(2R)22R2RR變化到R+△R時(shí)，則有，?(Us/Us)?Uo/Us1Uo??UsKus??2??2，則輸出靈敏度及非線性誤差分別為??2，即
??f?0。如下圖
電橋調(diào)零：測量前電橋的輸出應(yīng)調(diào)為零，通常采用的有串聯(lián)調(diào)零法（多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調(diào)零電位器的阻值RW ? RO）和并聯(lián)調(diào)零法（并聯(lián)在電橋輸出端，多用于橋參數(shù)R值較大的場合，調(diào)零電位器的阻值RW ? RO）。
無源濾波器：特點(diǎn)是電路簡單，但是帶負(fù)載能力差。有源濾波器：由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成。特點(diǎn)是1）有源濾波器不用電感線圈，因而在體積、重量、價(jià)格、線性度等方面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。2）由于運(yùn)算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。3）可以使低頻截止頻率達(dá)到很低的范圍。
低通濾波器：具有低頻信號容易通過并抑制高頻信號的作用。高通濾波器：RC電路具有高頻信號容易通過并抑制低頻信號的作用。帶通濾波器：RLC電路用于通過某一頻段
Q?的信號，而將此頻段外的信號加以抑制或衰減。品質(zhì)因素
fo1?B3?RF?RfRf，帶阻濾波器：用于抑制某一頻段的信號，而讓此頻段外的信號通過。品質(zhì)因素Q?fo1?B2(2?Rf?RF)Rf。
一階RC低通濾波器的幅頻及相頻特性如圖。
一階高通濾波器的幅頻及相頻特性如圖所示：
數(shù)字濾波：利用程序來實(shí)現(xiàn)，因而不需增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。常用的方法有：限定最大偏差法：當(dāng)
Yn?Yn?1??Y，則令Yn?Yn?1。如果Yn?Yn?1??Y，則Yn?Yn。算術(shù)平均值法：
Yn?Yn?1?YnYn?k?kk，適用于壓力測量、流
i量測量等。加權(quán)平均濾波法：
Yn??CiYn?1i?0n?1，其中滿足i?0?C?1n?1。
數(shù)/模轉(zhuǎn)換：它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件，它由四個部分組成：電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源、模擬開關(guān)。目前用得較多的是T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）。D/A集成電路芯片分為八位、十位、十二位、十六位等。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖器的八位D/A芯片。其分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如八位D/A的11??0.00398分辨率2?1256?1。其精度的誤差由參考電壓的波動、運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移、模擬開關(guān)的壓降以及電阻阻值的偏差。通常用非線性誤差的大小表示D/A的線性度。
多路模擬開關(guān)環(huán)節(jié)：采用分時(shí)法切換信號，完成多路切換的器件稱為多路模擬開關(guān)。常用的模擬開關(guān)有晶體管開關(guān)、光耦合器開關(guān)、結(jié)型場效應(yīng)管開關(guān)、CMOS場效應(yīng)開關(guān)。其中應(yīng)用最多的是CMOS場效應(yīng)開關(guān)。多路模擬開關(guān)電路由地址譯碼器和多路雙向模擬開關(guān)組成。
采樣保持環(huán)節(jié)：其作用是在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化，而在保持狀態(tài)能使其輸出值保持不變。采樣理論表明，連續(xù)模擬信號可以表示為一組等間隔離散化瞬時(shí)采樣序列，反之也可由這組離散采樣脈沖序列恢復(fù)為原連續(xù)信號。但其中必有采樣頻率fs?2fH采樣信號頻譜中的最高頻率分量，如不滿足，將會出現(xiàn)信息丟失或信號失真。LF398采樣保持器具有采樣速度高、保持電壓下降速率慢、精度高等特點(diǎn)。
傳感檢測信號的細(xì)分：為了提高檢測系統(tǒng)的分辨力，需要對傳感檢測信號進(jìn)行細(xì)分。如幾何量測量中采用機(jī)械式細(xì)分（如游標(biāo)卡尺）、光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等。四倍細(xì)分原理：莫爾條紋的間距為BH?W/[2sin(?/2)]?W/?。
傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題：產(chǎn)生內(nèi)部干擾的因素有：信號通過公共電源、地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾；元件之間、導(dǎo)線之間通過寄生電容或互感耦合造成的干擾；大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場；電子開關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾源；工作電源，交叉走線等。外部干擾的因素有：外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播電視、高頻感應(yīng)加熱等；空間電磁波的輻射；周圍機(jī)械振動和沖擊的影響。信噪比是指信號通
SPS?10lgPN。形成干擾路中，有用信號功率Ps與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，N的三個條件有：干擾源、干擾的耦合通道[電容性耦合，互感性耦合，公共地線的耦合，漏電耦合，輻射電磁場耦合]、干擾的接收電路。
抑制干擾的方法：主要是采取單點(diǎn)接地、屏蔽隔離（靜電屏蔽、低頻磁感應(yīng)屏蔽、高頻磁感應(yīng)屏蔽）、濾波（電源濾波、退耦濾波器、有源濾波、數(shù)字濾波）等。接地在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地（強(qiáng)電應(yīng)用設(shè)備）、信號源地、數(shù)字信號地、模擬信號地（此三地是為了防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦合）。
典型噪聲干擾的抑制：設(shè)備啟、停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾：消除這種干擾的方法通常是RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開關(guān)兩端。共模噪聲：抑制這種干擾可采用差分放大器，差分放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強(qiáng)。串?dāng)_：克服串?dāng)_的有效方法是將不同信號線分開，并且留有最大可能的空間隔離。
ADC與CPU的時(shí)間協(xié)調(diào)：其控制方式有延時(shí)等待、中斷式、查詢式。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的典型結(jié)構(gòu)有：高電平單路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（性能一般，成本低，全部輸入通道共用一路信號調(diào)理電路）、低電平多路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（最常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，性能較高，每個通道均有各自的信號調(diào)理電路）、多路信號調(diào)理多ADC系統(tǒng)（通過多路ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號由一個多路數(shù)字開關(guān)送入微機(jī)，其成本雖高，但性能較高）。
A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口示例：8位8通道A/D轉(zhuǎn)換電路：由模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（LF13508）、采樣/保持器（LF398）、A/D轉(zhuǎn)換（ADC0804：逐次逼近式8位轉(zhuǎn)換芯片，屬于脈沖啟動轉(zhuǎn)換芯片）和并行接口PIO組成。ADC574是12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，很容易與8031單片機(jī)的接口相連。
傳感器信號的溫度補(bǔ)償：在計(jì)算機(jī)能力允許時(shí)，可采用計(jì)算機(jī)軟件（常用公式法、表格法）進(jìn)行，也可采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。溫度補(bǔ)償公式法的步驟：1。給定m+1個溫度值，測出每一個溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距；2。將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項(xiàng)式Y(jié)?a0?a1T?a2T?????anT，用最小二乘曲線擬合法確定a0?，在測得
2nx?每一個y值對應(yīng)的T值，計(jì)算出Y，再求傳感器的輸入值
y?Yk。溫度補(bǔ)償表格法的步Y(jié)?Yi?(T?Ti)驟：Yi?1?YiTi?1?Ti，若T
線性化處理方法：可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)線性化處理。常用的方法有公式法、表格法。公式法也稱曲線擬合法，（求完）
第九章 信號分析及其在測試中的應(yīng)用
信號的分類：信號有靜態(tài)信號、動態(tài)信號。按能否用明確的時(shí)間函數(shù)關(guān)系描述，可將信號分為確定性信號與非確定性信號。確定信號是指能用明確的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式或圖表描述的信號，如簡諧波、方波、矩形波等信號。確定性信號又可分為周期信號和非周期信號。非確定性信號也稱隨機(jī)信號，是指時(shí)域波形不確定，無法用確切的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述，也不能準(zhǔn)確預(yù)測未來的結(jié)果。只能用概率統(tǒng)計(jì)方法描述它的規(guī)律。
模擬信號：在某一自變量連續(xù)變化的間隔內(nèi)，信號的數(shù)值連續(xù)。離散信號：自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時(shí)，輸出信號才具有確定值。如果將其各離散點(diǎn)的幅值也作離散化，以二進(jìn)制編碼表示，則稱為數(shù)字信號。
?x?lim信號的均值
1T??T?T0x(t)dt，它表示信號中常值分量或直流分量。信號的方差1??limT??T2x?T0[x(t)??x]2dt，它描述信號的波動范圍，其正平方根為信號的標(biāo)準(zhǔn)差。信號的均方值?x2?lim1T??T?T0x2(t)dt，它描述信號的強(qiáng)度，表示信號的平均功率。則有?????2x2x2x。信號的概率密度函數(shù)
px?limTxT0??T0?x，它描述了信號x(t)對指定幅值的取值機(jī)會。
信號的相關(guān)描述：它又稱為信號的時(shí)差描述。信號的自相關(guān)函數(shù)Rx(?)?lim1T??T?T0x(t)x(t??)dt，其中η---時(shí)延量，自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：1）當(dāng)時(shí)延??0，1Rx(0)?limT??T信號的自相關(guān)函數(shù)就是信號的均方值
?T0x2(t)dt??2,2）當(dāng)Rx(0)?Rx(?)時(shí)，即在η=0處取峰值；3）Rx(?)?Rx(??)；4）周期信號的自相關(guān)函數(shù)必呈周期性，這是因?yàn)橛衳(t)?x(t?nT)，故
Rx(??nT)?lim1Tx(t?nT)x(t?nT??)dt?Rx(?)0T??T?。信號的Rxy(?)?lim互相關(guān)函數(shù)
1T??T?T0x(t)y(t??)dt，互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)有：1）Rxy(η)通常不在η=0處取峰值，其峰值偏離原點(diǎn)的位置為ηd，圖反映兩信號相互有ηd時(shí)移時(shí)，相關(guān)程度
1Rxy(?)?limT??T最高；2）Rxy(η)與Ryx(η)是兩個不同的函數(shù)。根據(jù)定義Ryx(?)?lim1T??T?T0x(t)y(t??)dt；?T0y(t)x(t??)dt，不難證明Rxy(?)?Ryx(??)；3）均值為零的兩個統(tǒng)計(jì)獨(dú)y(t)，其中Rxy(?)?0。信號的互相關(guān)系數(shù)立的隨機(jī)信號x(t)和?xy(?)?Rxy(?)Rxy(?)?Rx(0)Ry(0)xrmsyrms，由于Rxy(?)?Rx(0)Ry(0),故?xy(?)?1，一般有：?xy(?)?1說明x(t)和y(t)完全相關(guān)；?xy(?)?0說明x(t)和y(t)完全不相關(guān)；0??xy(?)?0，?x(?)?說明x(t)和y(t)部分相關(guān)。自相關(guān)系數(shù)
Rx(?)Rx(0)。
?周期信號與離散頻譜：傅里葉級數(shù)
x(t)?a0??(ancosnw0t?bnsinnw0t)n?1，其中w0?2?/T，a0?1T?T0x(t)dt,an?2T2Tx(t)cosnw0tdt,bn?x(t)sinnw0tdt,T?0T?0如果周期信號x(t)為奇函數(shù)時(shí)，an?0,a0?0，此時(shí)
?x(t)??bnsinnw0tn?1?；如果周期信號x(t)為偶函數(shù)時(shí)，bn?0，此時(shí)x(t)?a0??ancosnw0tn?1。周期信號頻譜特點(diǎn)：離散性、收斂性、諧波性。瞬態(tài)信號的頻譜連續(xù)。傅里葉變換的主要性質(zhì)有：（如圖所示
非確定性信號的功率譜密度函數(shù)：自功率譜密度函數(shù)：若自相關(guān)函數(shù)滿足絕對可積條件，即????Rx(?)d???，則定義
Sx(f)??Rx(?)e?j2?f?d????，為x(t)的自功率譜密度函數(shù)，?稱自譜或自功率譜。頻域上Sx(f)曲線下的總面積代表信號x(t)的總功率?；スβ首V密度函數(shù)：如果互相關(guān)函數(shù)Rxy(η)滿足傅里葉變換的條件???Rxy(?)d???，則定義
稱Sxy(f)為信號x(t)和y(t)的互譜密度函數(shù)，簡稱互譜。互相干函數(shù)：有一種方法能評價(jià)測試系統(tǒng)輸入信號和輸出信號之間的因果性，即輸出信號的功率譜中有多少是所測輸入信號引起的響應(yīng)，這個指標(biāo)常用相干函數(shù)γxy(f)表示，其定義為??Sxy(f)??Rxy(?)e?j2?f?d??2?xy(f)?Sxy(f)22(0??xy?1)Sx(f)Sy(f)。當(dāng)
2?xy(f)?0，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)不相干；當(dāng)2?xy(f)?1，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)完全相干，系統(tǒng)無干擾輸入；若
2?xy(f)在0~1之間，則表示下述可能性：測試中有外界噪聲干擾輸入；聯(lián)系x(t)和y(t)的系統(tǒng)非線性；輸出y(t)和x(t)和其它輸入的綜合。
第十章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
零位和極限位置的檢測：零位的檢測精度直接影響工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度和軌跡精度；極限位置的檢測則起保護(hù)機(jī)器人和安全動作的作用。工業(yè)機(jī)器人常用的位置傳感器有：接觸式微動開關(guān)、精密電位計(jì)，非接觸式光電開關(guān)、電渦流傳感器。
位移量的檢測：機(jī)器人上常用的位移傳感器有：旋轉(zhuǎn)變壓器、差動變壓器、感應(yīng)同步器、電位計(jì)、光柵、磁柵、光電編碼器等。例如關(guān)節(jié)型機(jī)器人大多采用光電編碼器，由于剛性原因，位移傳感器多與驅(qū)動元件同軸，以提高分辨力。直角坐標(biāo)機(jī)器人中的直線關(guān)節(jié)或氣動、液壓驅(qū)動的某些關(guān)節(jié)采用線位移傳感器。
速度、加速度的檢測：速度傳感器是為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的速度閉環(huán)控制。加速度傳感器被用于機(jī)器人中關(guān)節(jié)的加速度控制。
在大位移量中，常用位移傳感器有感應(yīng)同步器、光柵、磁尺、容柵等。傳感器在位置反饋系統(tǒng)中，在傳感器安裝位置的不同有半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制；按反饋信號的檢測和比較方式不同有脈沖比較伺服系統(tǒng)、相伴比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)。光電編碼器PE同時(shí)進(jìn)行速度反饋和位置反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，光電編碼器將電動機(jī)轉(zhuǎn)角變換成數(shù)字脈沖信號，反饋到CNC裝置進(jìn)行位置伺服控制。又由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速與編碼器反饋的脈沖頻率成比例，因此采用F/V（頻率/電壓）變換器將其變換為速度電壓信號就可以進(jìn)行速度反饋。
“測量中心”是指三坐標(biāo)測量與機(jī)械加工中心相配合。測量系統(tǒng)按其性質(zhì)可以分為機(jī)械式測量系統(tǒng)、光學(xué)式測量系統(tǒng)、電氣式測量系統(tǒng)。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量頭按測量方法分為接觸式{ 應(yīng)用廣泛，它可分為硬測頭[多為機(jī)械測頭，使用較少]、軟測頭[可分為觸發(fā)式測頭、三維測微測頭（可分為模擬測頭、數(shù)字測頭）}，、非接觸式{常用激光測頭、光學(xué)測頭、電視掃描測頭等} 汽車機(jī)電一體化的中心內(nèi)容是以微機(jī)為中心的自動控制系統(tǒng)取代原有純機(jī)械式控制部件，從而改善汽車的性能，增加汽車的功能，實(shí)現(xiàn)汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和合適性。汽車行駛控制的重點(diǎn)是：1）汽車發(fā)動機(jī)的正時(shí)點(diǎn)火、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制，使燃燒充分、減少污染、節(jié)省能源；2）汽車行駛中的自動變速和排氣凈化控制，以使其行駛狀態(tài)最佳化；3）汽車的防滑制動、防碰撞，以提高行駛的安全性；4）汽車的自動空調(diào)、自動調(diào)整車高控制，以提高舒適性。
公路交通用傳感器：國外采用的傳感器有電感式、橡皮管式、超聲波式、雷達(dá)式及紅外線式。
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