第一篇：河南理工傳感器與檢測技術(shù)(重點(diǎn)知識點(diǎn)總結(jié))

傳感器與檢測技術(shù)知識總結(jié)(部分)

1：傳感器是能感受規(guī)定的被檢測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出信號的器件或裝置。

一、傳感器的組成2：傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。①敏感元件是直接感受被測物理量，并以確定關(guān)系輸出另一物理量的元件（如彈性敏感元件將力，力矩轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出）。②轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)（電阻，電感，電容）及電流或電壓等電信號。③基本轉(zhuǎn)換電路是將該電信號轉(zhuǎn)換成便于傳輸，處理的電量。10

11、動態(tài)特性：反映了傳感器對于隨時(shí)間變化的動態(tài)量的響應(yīng)特性，傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)努力保持不失真測量條件。一般地，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)時(shí)間快，工作頻率范圍寬。

位移檢測傳感器

位移可分為線位移和角位移兩種，1、電阻式位移傳感器的電阻值取決于材料的幾何尺寸和物理特征，即R=p L/S

二、傳感器的特性及主要性能指標(biāo)

1性和動態(tài)特性。

2、傳感器的靜態(tài)特性是當(dāng)傳感器的輸入量為常量或隨時(shí)間作緩慢變化時(shí)，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系，叫靜態(tài)特性，簡稱靜特性。

表征傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)有線性度，敏感度，重復(fù)性等。

3、傳感器的動態(tài)特性是指傳感器的輸出量對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性稱為動態(tài)特性，簡稱動特性。

4、傳感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高靈敏度。3）工作可靠。4）穩(wěn)定性好，應(yīng)長期工作穩(wěn)定，抗腐蝕性好；5）抗干擾能力強(qiáng)；6）動態(tài)性能良好。7）結(jié)構(gòu)簡單、小巧，使用維護(hù)方便等；

五、基本特性的評價(jià)

1、測量范圍：是指傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍；量程：則是指傳感器在測量范圍內(nèi)上限值和下限值之差。

2、過載能力：一般情況下，在不引起傳感器的規(guī)定性能指標(biāo)永久改變條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。過載能力通常用允許超過測量上限或下限的被測量值與量程的百分比表示。

3、靈敏度：是指傳感器輸出量Y與引起此變化的輸入量的變化X之比。靈敏度越高越好。

5、反映非線性誤差的程度是線性度。線性度是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線作比較，用其不一致的最大偏差△Lmax與理論量程輸出值Y（=ymax—ymin）的百分比進(jìn)行計(jì)算。

6、穩(wěn)定性在相同條件，相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，其輸入/輸出特性不發(fā)生變化的能力，影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間和環(huán)境。7化而變化。長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。

8、重復(fù)性：是衡量在同一工作條件下，對同一被測量進(jìn)行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標(biāo)；

9、精確度：簡稱精度，它表示傳感器的輸出結(jié)果與被測量的實(shí)際值之間的符合程度，是測量值的精密程度與準(zhǔn)確程度的綜合反映。

2、電阻應(yīng)變式位移傳感器：是將被測位移引起的應(yīng)變元件產(chǎn)生的應(yīng)變，經(jīng)后續(xù)電路變換成電信號，從而測出被測位移。

3、電容式位移傳感器：是利用電容量的變化來測量線位移或角位移的裝置。

(1)變極距型的電容位移傳感器：有較高的靈敏度，但電容變化與極距變化之間為非線性關(guān)系，其它兩種類型的位移傳感器具有比較好的線性，但敏度比較低。

(2)變極板面積型電容位移傳感器：用于線位移測量，也可用于角位移測量。

(3)變介質(zhì)型電容式位移傳感器：用于位移或尺寸測量的改變介質(zhì)型電容位移傳感器，一般都具有較好的線性特性，但也有輸入/輸出呈非線性關(guān)系。

(4)容柵式電容位移傳感器是在面積型電容位移傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，可分為長容柵和圓容柵。（特點(diǎn)：因多極電容及平均效應(yīng)，分辨力高，精度高，量程大對刻劃精度和安裝精度要求可有所降低，一種很有發(fā)展前途的傳感器。

4、電容式位移傳感器的絕緣和屏蔽

（1）若絕緣材料性能不佳，絕緣電阻隨環(huán)境溫度和濕度而變化，還會使電容位移傳感器的輸出產(chǎn)生緩慢的零位漂移；

5、電感式位移傳感器：將被測物理量位移轉(zhuǎn)化為自感L,互感M的變化，并通過測量電感量的變化確定位移量。主要類型有自感式、互感式'、渦流式和壓磁式。輸出功率大，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

（1）自感式電感位移傳感器原理：纏繞在鐵心的線圈中通以交變電流，產(chǎn)生磁通，形成磁通回路。

為了提高自感位移傳感器的精度和靈敏度，增大特性的線性度，實(shí)際用的傳感器大部分都作為差動式

（2）互感式位移傳感器（測量范圍最大）：將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化，基本結(jié)構(gòu)原理與常用變壓器類似，故稱為變壓器式位移傳感器。

（3）渦流式位移傳感器：利用電渦流效應(yīng)將被測量變換為傳感器線圈阻抗Z變化的一種裝置。只要分為高頻反射和低頻透射兩類。

第二篇：傳感器與檢測技術(shù)(知識點(diǎn)總結(jié))

傳感器與檢測技術(shù)知識總結(jié) 第一章概述

1：傳感器是能感受規(guī)定的被檢測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出信號的器件或裝置。

一、傳感器的組成

2：傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。①敏感元件是直接感受被測物理量，并以確定關(guān)系輸出另一物理量的元件（如彈性敏感元件將力，力矩轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出）。②轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)（電阻，電感，電容）及電流或電壓等電信號。③基本轉(zhuǎn)換電路是將該電信號轉(zhuǎn)換成便于傳輸，處理的電量。

二、傳感器的分類

1、按被測量對象分類

（1）內(nèi)部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)內(nèi)部的位置，速度，力，力矩，溫度以及異常變化。（2）外部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對應(yīng)的接觸式（觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器）和非接觸式（視覺傳感器、超聲測距、激光測距）。

2、傳感器按工作機(jī)理

（1）物性型傳感器是利用某種性質(zhì)隨被測參數(shù)的變化而變化的原理制成的（主要有：光電式傳感器、壓電式傳感器）。（2）結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律和運(yùn)動定律等構(gòu)成的（主要有①電感式傳感器；②電容式傳感器；③光柵式傳感器）。

3、按被測物理量分類

如位移傳感器用于測量位移，溫度傳感器用于測量溫度。

4、按工作原理分類主要是有利于傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

5、按傳感器能量源分類（1）無源型：不需外加電源。而是將被測量的相關(guān)能量轉(zhuǎn)換成電量輸出（主要有：壓電式、磁電感應(yīng)式、熱電式、光電式）又稱能量轉(zhuǎn)化型；

（2）有原型：需要外加電源才能輸出電量，又稱能量控制型（主要有：電阻式、電容式、電感式、霍爾式）。

6、按輸出信號的性質(zhì)分類（1）開關(guān)型（二值型）：是“1”和“0”或開(ON)和關(guān)（OFF）；

（2）模擬型：輸出是與輸入物理量變換相對應(yīng)的連續(xù)變化的電量，其輸入/輸出可線性，也可非線性；

（3）數(shù)字型：①計(jì)數(shù)型：又稱脈沖數(shù)字型，它可以是任何一種脈沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比；②代碼型（又稱編碼型）：輸出的信號是數(shù)字代碼，各碼道的狀態(tài)隨輸入量變化。其代碼“1”為高電平，“0”為低電平。

三、傳感器的特性及主要性能指標(biāo)

1、傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜態(tài)特性和動態(tài)特性。

2、傳感器的靜態(tài)特性是當(dāng)傳感器的輸入量為常量或隨時(shí)間作緩慢變化時(shí)，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系，叫靜態(tài)特性，簡稱靜特性。

表征傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)有線性度，敏感度，重復(fù)性等。

3、傳感器的動態(tài)特性是指傳感器的輸出量對于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性稱為動態(tài)特性，簡稱動特性。傳感器的動態(tài)特性取決于傳感器的本身及輸入信號的形式。傳感器按其傳遞，轉(zhuǎn)換信息的形式可分為①接觸式環(huán)節(jié)；②模擬環(huán)節(jié)；③數(shù)字環(huán)節(jié)。評定其動態(tài)特性：正弦周期信號、階躍信號。

4、傳感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高靈敏度。3）工作可靠。4）穩(wěn)定性好，應(yīng)長期工作穩(wěn)定，抗腐蝕性好；5）抗干擾能力強(qiáng)；6）動態(tài)性能良好。7）結(jié)構(gòu)簡單、小巧，使用維護(hù)方便等；

四、傳感檢測技術(shù)的地位和作用

1、地位：傳感檢測技術(shù)是一種隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的技術(shù)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、作用：能夠進(jìn)行信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞及信息處理等功能。應(yīng)用：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、加工中心（MC）、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)（CAM）。

五、基本特性的評價(jià)

1、測量范圍：是指傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍； 量程：則是指傳感器在測量范圍內(nèi)上限值和下限值之差。

2、過載能力：一般情況下，在不引起傳感器的規(guī)定性能指標(biāo)永久改變條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。過載能力通常用允許超過測量上限或下限的被測量值與量程的百分比表示。

3、靈敏度：是指傳感器輸出量Y與引起此變化的輸入量的變化X之比。

4、靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統(tǒng)對被測物理量變化的反應(yīng)能力。靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，傳感器所能感知的變化量越小，即被測量稍有微小變化，傳感器就有較大輸出。K值越大，對外界反應(yīng)越強(qiáng)。

5、反映非線性誤差的程度是線性度。線性度是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線作比較，用其不一致的最大偏差△Lmax與理論量程輸出值Y（=ymax—ymin）的百分比進(jìn)行計(jì)算。

6、穩(wěn)定性在相同條件，相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，其輸入/輸出特性不發(fā)生變化的能力，影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間和環(huán)境。

7、溫度影響其零漂，零漂是指還沒輸入時(shí)，輸出值隨時(shí)間變化而變化。長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。

8、重復(fù)性：是衡量在同一工作條件下，對同一被測量進(jìn)行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標(biāo)；（分散范圍小，重復(fù)性越好）

9、精確度：簡稱精度，它表示傳感器的輸出結(jié)果與被測量的實(shí)際值之間的符合程度，是測量值的精密程度與準(zhǔn)確程度的綜合反映。

10、分辨力是指傳感器能檢出被測量的最小變化量。

11、動態(tài)特性：反映了傳感器對于隨時(shí)間變化的動態(tài)量的響應(yīng)特性，傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)努力保持不失真測量條件。一般地，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)時(shí)間快，工作頻率范圍寬。

12、環(huán)境參數(shù)：指傳感器允許使用的工作溫度范圍以及環(huán)境壓力、環(huán)境振動和沖擊等引起的環(huán)境壓力誤差，環(huán)境振動誤差和沖擊誤差。

六、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

1、標(biāo)定（計(jì)量學(xué)稱之為定度）是指在明確傳感器輸入/輸出變換關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具產(chǎn)生已知的標(biāo)準(zhǔn)非電量（或其它標(biāo)準(zhǔn)量）輸入，確定其輸出電量與其輸入量之間的過程。

2、校準(zhǔn)是指傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時(shí)間再使用時(shí)，必須對其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測或作必要的調(diào)整與修正，以確保傳感器的測量精度。

3、標(biāo)定系統(tǒng)的組成：①被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器；②待標(biāo)定傳感器；③它所配接的信號調(diào)節(jié)顯示、記錄器等。

4、靜態(tài)標(biāo)定是給傳感器輸入已知不變的標(biāo)準(zhǔn)非電量，測出其輸出，給出標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計(jì)算其靈敏度，線性度，滯差，重復(fù)性等傳感器的靜態(tài)指標(biāo)。

5、傳感器的靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備有力標(biāo)定設(shè)備，壓力標(biāo)定設(shè)備，溫度標(biāo)定設(shè)備等。

6、對設(shè)備要求：①具有足夠的精度；②量程范圍應(yīng)與被標(biāo)定傳感器的量程相適應(yīng)；③性能穩(wěn)定可靠，使用方便，能適應(yīng)多種環(huán)境。

7、傳感器的動態(tài)標(biāo)定的目的是檢驗(yàn)測試傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)。

8、動態(tài)標(biāo)定指標(biāo)是通過確定其線性工作范圍，頻率響應(yīng)函數(shù)，幅頻特性和相頻特性曲線，階躍響應(yīng)曲線，來確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍，幅值誤差和相位誤差，時(shí)間常數(shù)，阻尼比，固有頻率等。

9、常用的標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)激勵(lì)設(shè)備有激振器、激波管、周期與非周期函數(shù)壓力發(fā)生器；（其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、壓力傳感器的動態(tài)標(biāo)定）

10、傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展方向：⑴開發(fā)新型傳感器。⑵傳感檢測技術(shù)的智能化。⑶復(fù)合傳感器⑷研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。

11、開發(fā)新型傳感器：①利用新材料制作傳感器；②利用新加工技術(shù)制作傳感器；③采用新原理制作傳感器。

12、傳感檢測技術(shù)的智能化：傳感檢測系統(tǒng)目前迅速地由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。功能：①自動調(diào)零和自動校準(zhǔn)；②自動量程轉(zhuǎn)換；③自動選擇功能；④自動數(shù)據(jù)處理和誤差修正；⑤自動定時(shí)測量；⑥自動故障診斷。第二章位移檢測傳感器

1、移可分為線位移和角位移兩種，測量位移常用的方法有：機(jī)械法，光測法，電測法。

2、位移傳感器的分類：參量型位移傳感器，發(fā)電型位移傳感器，大位移傳感器。

一、參量型位移傳感器

1、參量位移傳感器的工作原理：將被測物理量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，即電阻，電容或電感等。

2、電阻式位移傳感器的電阻值取決于材料的幾何尺寸和物理特征，即R=p L/S（1）電位計(jì)由骨架、電阻元件、電刷等組成；

（2）電位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：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，缺點(diǎn)：是要求輸入量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。

3、⑴線性電位計(jì)的空載特性：Rx=RX/L=KrX(Kr——電位計(jì)的電阻靈敏度)。電位計(jì)輸出空載電壓為Uo=UiX/L=KuX(Ku——電位計(jì)的電壓靈敏度)⑵非線性電位計(jì)空載特性：其電阻靈敏度Kr=DR/Dx,電壓靈敏度Ku=Duo/Dx

4、電阻應(yīng)變式位移傳感器：是將被測位移引起的應(yīng)變元件產(chǎn)生的應(yīng)變，經(jīng)后續(xù)電路變換成電信號，從而測出被測位移。

5、電容式位移傳感器：是利用電容量的變化來測量線位移或角位移的裝置。

(1)變極距型的電容位移傳感器：有較高的靈敏度，但電容變化與極距變化之間為非線性關(guān)系，其它兩種類型的位移傳感器具有比較好的線性，但敏度比較低。

(2)變極板面積型電容位移傳感器：用于線位移測量，也可用于角位移測量。

(3)變介質(zhì)型電容式位移傳感器：用于位移或尺寸測量的改變介質(zhì)型電容位移傳感器，一般都具有較好的線性特性，但也有輸入/輸出呈非線性關(guān)系。

(4)容柵式電容位移傳感器是在面積型電容位移傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，可分為長容柵和圓容柵。（特點(diǎn)：因多極電容及平均效應(yīng)，分辨力高，精度高，量程大對刻劃精度和安裝精度要求可有所降低，一種很有發(fā)展前途的傳感器。

6、電容式位移傳感器的絕緣和屏蔽

（1）若絕緣材料性能不佳，絕緣電阻隨環(huán)境溫度和濕度而變化，還會使電容位移傳感器的輸出產(chǎn)生緩慢的零位漂移；（2）絕緣材料應(yīng)具有高的絕緣電阻、低的膨脹系數(shù)、幾何尺寸的長期穩(wěn)定性和低的吸潮性；（3）通常對電容位移傳感器及其引線采取屏蔽措施，即將傳感器放在金屬殼內(nèi)，接地應(yīng)可靠；

（4）可以消除不穩(wěn)定的寄生電容，還可以消除外界靜電場和交變磁場的干擾。

7、電感式位移傳感器：將被測物理量位移轉(zhuǎn)化為自感L,互感M的變化，并通過測量電感量的變化確定位移量。主要類型有自感式、互感式'、渦流式和壓磁式。輸出功率大，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

（1）自感式電感位移傳感器原理：纏繞在鐵心的線圈中通以交變電流，產(chǎn)生磁通，形成磁通回路。

為了提高自感位移傳感器的精度和靈敏度，增大特性的線性度，實(shí)際用的傳感器大部分都作為差動式

改善其性能考慮的因素有：1）損耗問題，2）氣隙邊緣效應(yīng)的影響，3）溫度誤差，4）差動式電感位移傳感器的零點(diǎn)剩余電壓問題。

（2）互感式位移傳感器（測量范圍最大）：將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化，基本結(jié)構(gòu)原理與常用變壓器類似，故稱為變壓器式位移傳感器。

（3）渦流式位移傳感器：利用電渦流效應(yīng)將被測量變換為傳感器線圈阻抗Z變化的一種裝置。只要分為高頻反射和低頻透射兩類。

二、發(fā)電型位移傳感器

1、發(fā)電型位移傳感器（壓電位移傳感器）是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電源性參量。

2、壓電式位移傳感器的基本工作原理是將位移量轉(zhuǎn)換為力的變化，然后利用壓電效應(yīng)將力的變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號。

三、大位移傳感器

1、磁柵式位移傳感器是根據(jù)用途可分為長磁柵和圓磁柵位移傳感器，分別用于測量線位移和角位移。磁頭分動態(tài)和靜態(tài)。

2、當(dāng)磁頭不動時(shí)，輸出繞組輸出一等幅的正弦或余弦電壓信號，其頻率仍為勵(lì)磁電壓的頻率，其幅值與磁頭所處的位置關(guān)系。當(dāng)磁頭運(yùn)動時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。

4、光柵式位移傳感器有測量線位移的長光柵和測量角位移的圓光柵。其性質(zhì)：光柵移動方向與莫爾條紋移動方向垂直。

5、兩塊光柵作為一個(gè)標(biāo)尺光柵（不動的）和一個(gè)指示光柵（動的），標(biāo)尺光柵是一個(gè)長條形光柵，光柵長度由所需量程決定。

6、莫爾條紋的性質(zhì)：①當(dāng)兩個(gè)光柵沿刻線垂直方向相對移動時(shí)，莫爾條紋相對柵外不動點(diǎn)沿著近似垂直的運(yùn)動方向移動，光柵移動一個(gè)柵距W，莫爾條紋移動一個(gè)條紋間距B；②光柵運(yùn)動方向改變，莫爾條紋的運(yùn)動方向也作相應(yīng)改變；③光柵條紋的光強(qiáng)度隨條紋移動按正弦規(guī)律變化。

7、感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成點(diǎn)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。

原理：當(dāng)滑塊的兩相繞組用交流電勵(lì)磁時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺的繞組中會產(chǎn)生與勵(lì)磁電壓同頻率的交變感應(yīng)電動勢E。當(dāng)滑尺相對定尺移動時(shí)，滑尺與定尺的相對位置發(fā)生變化，改變了通過定尺繞組的磁通，從而改變了定尺繞組中輸入的感應(yīng)電動勢E。

根據(jù)對滑尺的正、余弦繞組供給勵(lì)磁電壓方式的不同，又分為鑒相和鑒幅型測試系統(tǒng)。特點(diǎn)：①精度較高，對環(huán)境要求低，可測大位移；②工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)簡單，壽命長；③對局部誤差有平均化作用。）

8、激光式位移傳感器結(jié)構(gòu)由：激光器、光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換元件組成激光測試系統(tǒng)，將被測位移量轉(zhuǎn)化成電信號。（特點(diǎn)：精度高，測量范圍大、測試時(shí)間短、非接觸、易數(shù)字化、效率高。）

9、激光干涉測長技術(shù)用途：①精密長度測量（磁尺、感應(yīng)同步器、光柵檢定）；②精密機(jī)床位移檢測與校正；③集成電路制作中的精密定位。

10、常用的激光干涉測長傳感器：①單頻激光干涉?zhèn)鞲衅?；②雙頻激光干涉?zhèn)鞲衅?。第三章力、扭矩和壓力傳感?/p>

一、測力傳感器

1：測量力的傳感器多為電氣式，根據(jù)轉(zhuǎn)換方式分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應(yīng)變式，電容式，電感式，發(fā)電型測力傳感器有壓電式，壓磁式。

2：電阻式應(yīng)變測力傳感器原理是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，在送入測量放大電路測量。彈性元件：（1）柱型彈性元件；（2）薄壁環(huán)型彈性元件；（3）梁型彈性元件：懸臂梁式、兩端固定梁式。

3、應(yīng)變片是非電量電測中一種常見的轉(zhuǎn)換元件。，由于應(yīng)變片使用簡單，測量精度高，體積小，動態(tài)響應(yīng)好，應(yīng)用廣。

4、金屬絲的作用是感受機(jī)械試件的應(yīng)變變化，稱為敏感柵。

5、對金屬絲的要求：（1）具有較高的電阻系數(shù)（單位長度的電阻要大）；（2）具有盡可能大的電阻應(yīng)變靈敏度系數(shù)；（3）具有較小的溫度系數(shù)；（4）具有較高的彈性極限，以便得到較寬的應(yīng)變測量范圍；（5）良好的加工性和焊接性；（6）對銅的熱電動勢要小。

6、底基的作用：是將試件的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳給敏感柵，所以底基應(yīng)具有較低的彈性模量，較高的絕緣電阻，良好的抗?jié)窨篃嵝阅堋＃ǔＳ玫谆杭埢?、膠基、玻璃纖維布基）

紙基制作簡單，價(jià)格便宜，比較柔軟，易于粘貼，應(yīng)變極限打，但耐潮濕性和耐熱性差。膠基比紙基更柔軟，且具有較好的絕緣性，較高的彈性，耐熱和耐潮濕性都較好，7、箔式電阻應(yīng)變片：敏感柵是用（3~5）um厚的金屬箔粘于膠基上，用光刻技術(shù)加工成需要的形狀。優(yōu)點(diǎn)：（1）金屬箔很薄，因而所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面的應(yīng)力狀態(tài)更接近；（2）箔式敏感柵面積大，散熱條件好，允許通過較大的電流，靈敏度較高，輸出信號功率比較大，為絲式電阻應(yīng)變片的100~400倍；（3）箔式敏感柵的尺寸可以做的很準(zhǔn)確，基長可以很短，并能制成任意形狀，從而可擴(kuò)大使用范圍；（4）便于成批生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：生產(chǎn)工序復(fù)雜，引線的焊點(diǎn)采用錫焊，不適于在高溫環(huán)境中測量，另外價(jià)格比較高。

8、半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)。

（1）壓阻效應(yīng)是指固體受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化。這就叫壓阻效應(yīng)。

（2）優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體應(yīng)變片橫向效應(yīng)小，其橫向靈敏度幾乎為零；機(jī)械滯后小，可制成小型和超小型片子。

（3）缺點(diǎn)：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，使用于需要大信號輸出場合。

9、應(yīng)變片的布置和接橋方式：電橋又單臂、雙臂、四臂工作方式（平衡條件U。=0 R1R3=R2R4）工作方式

單臂

雙臂

四臂

應(yīng)變片所在位置

R1

R1，R2

R1，R2，R3，R4

輸出電壓Uo

1/4UiKε

1/2UiKε

UiKε

10、壓電式傳感器是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。壓電效應(yīng)有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

（1）正壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿一定方向受外力作用而變形時(shí)，在其相應(yīng)的兩個(gè)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)，電荷的極性取決于變形的形式。（2）逆壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體的極化方向施加外電場，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。

電壓式傳感器的前置放大器的輸入阻抗應(yīng)盡可能的高。壓電式力傳感器是利用壓電晶體的縱向和剪切向壓電效應(yīng)。（單分量和多分量）電荷放大器的選擇：要求電荷放大器輸入阻抗高于1012Ω，低頻響應(yīng)為0.001Hz

13、壓磁效應(yīng)是在機(jī)械力作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力變化，使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁阻相應(yīng)也發(fā)生的現(xiàn)象。外力是拉力時(shí)，在作用力方向鐵磁材料磁導(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

14、壓磁式力傳感器工作原理是根據(jù)壓磁效應(yīng)原理，當(dāng)在一次側(cè)繞組通過交變勵(lì)磁電流時(shí)，鐵心中產(chǎn)生磁場，由于壓磁元件在未受力時(shí)各向同性，磁力線呈軸對稱分布。

15、壓磁式力傳感器結(jié)構(gòu)主要是由壓磁元件，彈性機(jī)架，基座和傳力鋼球等組成。

二、扭矩傳感器

1、電阻應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理是在軸類零件受扭矩作用時(shí)，在其表面產(chǎn)生切應(yīng)變，此應(yīng)變可用電阻應(yīng)變片測量。（集流環(huán)按工作原理分類：電刷-滑環(huán)式、水銀式、感應(yīng)式。）

2、壓磁式扭矩儀又叫磁彈式扭矩儀工作原理是根據(jù)磁彈效應(yīng)，受扭矩作用的軸的導(dǎo)磁性發(fā)生相應(yīng)變化，即磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈的感抗變化，通過測量電路測量感抗的變化可確定扭矩。

3、電容式扭矩測量儀工作原理是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)，將軸受扭矩作用后的兩端相對轉(zhuǎn)角變化變換成電容器兩極板之間的相對有效面積的變化，引起電容量的變化來測量扭矩。其最要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，測量時(shí)它需要集流裝置傳輸信號。

4、光電式扭矩測量儀：這種扭矩傳感器的工作轉(zhuǎn)速為（100~800）r/min，測量精度為1%。

5、鋼弦式扭矩傳感器是將扭矩轉(zhuǎn)換成鋼弦固有頻率變化進(jìn)行工作。（優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，允許導(dǎo)線長達(dá)幾百米到幾千米，測量精度可達(dá)±1%。）

三、壓力式傳感器

1、彈性式壓力傳感元件有：波登管、膜片和波紋管三類。

2、電量式壓力計(jì)是用各種傳感器或測量元件將壓力變換成電量或電參數(shù)，再經(jīng)后接相應(yīng)的測量電路進(jìn)一步變換，最后由顯示或記錄儀顯示或記錄下來，以實(shí)現(xiàn)壓力測量的裝置。常用的測壓力系統(tǒng)所用的傳感器有電容式，電感式，電阻式，渦流式，壓電式。

（1）電容式壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換成電容的變化，經(jīng)電路變換成電量輸出。其特點(diǎn)是靈敏度高，適合測量微壓，頻響好，抗干擾能力較強(qiáng)。

（2）應(yīng)變式壓力傳感器的工作原理是利用應(yīng)變片將彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電量的變化。應(yīng)變式壓力傳感器體積小重量輕，精度高，測量范圍寬，從幾帕到500MPa，頻響高，同時(shí)耐壓，抗振，應(yīng)用廣泛。

（3）壓阻式壓力傳感器是利用壓阻效應(yīng)將壓力變換成電阻的變化實(shí)現(xiàn)壓力測量。其特點(diǎn)是頻響寬，動態(tài)響應(yīng)快，測量范圍從幾Pa到三億Pa，適用于爆炸，沖擊壓力的測量。

（4）電感式壓力傳感器是將壓力變化轉(zhuǎn)換成電感變化，通過測量電路再將電感變化轉(zhuǎn)換成電量實(shí)現(xiàn)壓力測量。其特點(diǎn)是頻響低，使用于靜態(tài)或變化緩慢壓力的測試。

（5）渦流式壓力傳感器屬于電感式壓力傳感器中的一種，它是利用渦流效應(yīng)將壓力變換成線圈阻抗的變化，再經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成電量。它有良好的動態(tài)特性，適合在爆炸等極其惡劣的條件下工作，如測量沖擊波。

（6）霍爾式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理是波登管在壓力作用下其末端產(chǎn)生位移，帶動了霍爾元件在均勻梯度的磁場中運(yùn)動。由于波登管的頻響較低，適用于靜態(tài)或變化緩慢壓力的測量。（7）壓電式壓力傳感器工作原理是壓力通過膜片或活塞，壓塊作用在晶片上，晶片上是產(chǎn)生了電荷，經(jīng)后接放大器的變換，由顯示或記錄儀器顯示或記錄，實(shí)現(xiàn)對壓力的測量。其特點(diǎn)是具有頻響寬，可測壓力范圍大，體積小，重量輕，安裝方便，可測多向壓力等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，適用于測動態(tài)力和沖擊力，但不適于測靜態(tài)力。第四章速度、加速度傳感器

一、速度傳感器

1、測速發(fā)電機(jī)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中用于測量和自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種傳感器。它由繞組的定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。

2、根據(jù)勵(lì)磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)分為直流測速發(fā)電機(jī)（電磁式和永磁式兩種）和交流測速發(fā)電機(jī)兩類。

3、在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)電一體化系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的主要要求有：①輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精準(zhǔn)的正比關(guān)系。②轉(zhuǎn)動慣量要小。③靈敏度要高，即測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)要靈敏。

(1)直流測速發(fā)電機(jī)是一種微型直流發(fā)電機(jī)。其工作原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而后測速的發(fā)電機(jī)。

(2)空載時(shí)，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。

負(fù)載時(shí)，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓應(yīng)比空載時(shí)小，這是電阻rs（中樞繞組）的電壓降造成的。

(3)直流測速電動機(jī)在理想情況下系數(shù)Ce和C與輸出電壓之間的關(guān)系：C=Ce/(1+Rs/Rl),Vcf=CeN/(1+Rs/Rl).（3）直流測速電動機(jī)產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法？

①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，遇到這種問題可以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。②電刷接觸降壓的影響，這是因?yàn)殡娝⒔佑|電阻是非線性的，即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，相應(yīng)的電樞電流較小時(shí)接觸電阻較大，從而使輸出電壓很小，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，電樞電流較大時(shí)，電刷壓降才可以認(rèn)為是常數(shù)，為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不靈敏區(qū)，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。

③溫度影響，這是因?yàn)閯?lì)磁繞組中長期流過電流易發(fā)熱，其電阻值也相應(yīng)增大，從而使勵(lì)磁電流減小的緣故，在實(shí)際使用中可在直流測速發(fā)電機(jī)的繞組回路中串聯(lián)一個(gè)電阻值較大的附加電阻，在接到勵(lì)磁電源上。

4、交流測速電動機(jī)可分為永磁式，感應(yīng)式和脈沖式三種。交流測速電動機(jī)的工作原理是利用定子，轉(zhuǎn)子齒槽相互的位置的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈沖，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種工作原理稱為感應(yīng)子式發(fā)電機(jī)原理。

5、線振動速度傳感器的工作原理是當(dāng)一個(gè)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)定律可得其線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

6、陀螺式角速度傳感器分為：轉(zhuǎn)子陀螺、壓電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺。

（1）轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器是一種慣性傳感器，安裝簡單，使用方便，但有機(jī)械活動部件，被測角速度范圍±30°~120°/s，質(zhì)量較大，成本高，壽命低。

（2）壓電陀螺式利用壓電晶體的壓電效應(yīng)工作，分：振梁型、雙晶片型、圓管型。

（3）光纖陀螺式：具有無機(jī)械傳動部件、無需預(yù)熱時(shí)間、對加速度不敏感、動態(tài)范圍寬、體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

7、霍爾式傳感器的工作原理是利用霍爾元件組成的傳感器，在被測物上粘有多對小磁鋼，霍爾元件固定于小磁鋼附近，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾元件，霍爾元件輸出一個(gè)相應(yīng)的脈沖，測得單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，即可得被測物的轉(zhuǎn)速和角速度。

8、電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理是在傳感器靠近在被測物上設(shè)定的等距標(biāo)記安裝，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時(shí)，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比的信號。

9、半導(dǎo)體硅流速傳感器的工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率與流體流速相關(guān)原理制成的。

二、加速度傳感器

1、常用加速度傳感器的種類有壓電式，應(yīng)變式，磁致伸縮式。

2、壓電式加速度傳感器的頻率范圍廣、動態(tài)范圍寬、靈敏度高，故應(yīng)用較為廣泛

壓電加速度傳感器的工作原理是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)可構(gòu)成不同使用要求的振動加速度傳感器來制作的。

常用的三種原理結(jié)構(gòu)式壓縮型，剪切型，彎曲型。其特點(diǎn)是它可以作得很小，重量很輕，對被測機(jī)構(gòu)的影響就小，壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，輸出的能量很微小，要在接高輸入阻抗的前置放大器。放大器有兩種是電壓放大器和電荷放大器。電荷放大器輸出電壓與電纜分布電容無關(guān)。一般加速度傳感器的尺寸越大，其固有頻率越低

3、應(yīng)變式加速度傳感器的工作原理是經(jīng)過質(zhì)量-彈簧慣性系統(tǒng)將加速度轉(zhuǎn)換為力，再將力作用于彈性元件，從而將力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，通過測量應(yīng)變可以測量加速度。第五章視覺、觸覺傳感器

1：視覺傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用有三種：①進(jìn)行位置檢測。②進(jìn)行圖像識別③進(jìn)行物體形狀，尺寸缺陷的檢測。

2：視覺傳感器（以光電變換為基礎(chǔ)）的組成及各組成環(huán)節(jié)的作用？(1)照明部：為了從被測物體得到光學(xué)信息而需要照明，是充分發(fā)揮傳感器性能的重要條件。(2)接受部：由透鏡和慮光片組成，具有聚成光學(xué)圖像或抽出有效信息的功能。(3)光電轉(zhuǎn)換部：將光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號。

(4)掃描部：將二維圖像的電信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間序列的一維信號。在機(jī)器人領(lǐng)域，幾乎都是采用工業(yè)電視攝像機(jī)作為視覺傳感器。

3：光電式攝像機(jī)是由接收部分，光電轉(zhuǎn)換部分和掃描部分組成的二維視覺傳感器。

4：固體半導(dǎo)體攝像機(jī)原理是由許多光電二極管組成陣列，作為攝像機(jī)的感光部分以代替光導(dǎo)攝像管。它是由攝像元件（CCD），信號處理電路，驅(qū)動電路和電源組成。攝像元件（CCD）是一種MOS行晶體開光集成電路。

5：二維CCD攝像元件的構(gòu)成主要有隔行傳送方式和幀傳送方式兩種。

6：激光式視覺傳感器的原理是利用激光作為定向性高密度光源的視覺傳感器構(gòu)成的，這種傳感器用作激光掃描器來識別商品上的條形碼。

7：紅外圖像傳感器原理是把波長（2~20）um的紅外光圖像變換成如同電視圖像的時(shí)序掃描信號輸出的傳感器。它通常由紅外敏感元件和電子掃描電路組成。8：人工視覺（機(jī)器視覺）：使用機(jī)器的自動化刀法實(shí)現(xiàn)類似人類視覺的功能。

人工視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成一般由圖像輸入，圖像處理，圖像存儲和圖像輸出四個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。各部件的用途是（1）圖像輸入是通過視覺傳感器將對象物體變成二維或三維圖像，再經(jīng)光電變換將光信號變成電信號，通過掃描采樣將圖像分解成許多像素，再把表示各個(gè)像素信息的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理。（2）圖像處理是對獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理（前處理），以濾去干擾，噪聲，并作幾何，色彩方面的校正，以提高信噪比。目的是改善圖像質(zhì)量，以利于進(jìn)行圖像識別。（3）圖像存儲是把表示圖像各個(gè)像素的信息送到存儲，以備調(diào)用。圖像的信息量大。（4）圖像輸出分為兩類：(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，該類稱為軟拷貝。(另一類是可長時(shí)間保存結(jié)果，稱為硬拷貝。9：物體圖像信息的輸入識別物體前先將物體的有關(guān)信息輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。被輸入的信息主要有明亮度信息，顏色信息和距離信息。10：圖像處理的方法有微分法和區(qū)域法。

10：接觸覺傳感器最早是微動開關(guān)。它工作范圍寬，不受電，磁干擾，簡單，易掌握，成本低，但響應(yīng)速度低，動作壓力高。原理：它們都是通過在一定接觸力下，切換通—斷狀態(tài)，輸出高或低的電平信號，以表示是否發(fā)生接觸。

11：硅橡膠觸覺傳感器的工作原理是硅橡膠與金屬電極對置，接觸，硅橡膠受壓其電阻值就改變，當(dāng)金屬電極受力壓硅橡膠時(shí)，輸出電壓相應(yīng)變化。12：壓覺傳感器定義通過高密度配置這種傳感器，可以獲得同物體接觸時(shí)各部分不同的壓力，將該壓力變換成相應(yīng)處的電壓信號，可以獲得關(guān)于物體形狀的信息。特點(diǎn)：動作準(zhǔn)確，精度高，缺點(diǎn)是體積大，不能高密度配置。13：滑動覺傳感器應(yīng)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。第六章溫度傳感器

1：溫度代表物質(zhì)的冷熱程度，是物體內(nèi)部分子運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志。測量溫度的方法有接觸式和非接觸式。

2：接觸式的特點(diǎn)是感溫元件與被測對象直接物理接觸，進(jìn)行熱傳導(dǎo)。

3：非接觸式的特點(diǎn)是感溫元件與被測對象不物理接觸，而是通過熱輻射進(jìn)行熱傳遞。4：熱電偶式溫度傳感器屬于接觸式熱電動勢型傳感器，它的工作原理是熱電效應(yīng)。熱點(diǎn)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(gè)閉合電路時(shí)，由于兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度T'和T0不同，回路中將產(chǎn)生熱電動勢，并有電流通過，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。

5：熱電動勢由接觸電動勢和溫差電動勢組成。

6：接觸電動勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。7：溫差電動勢是在同一根導(dǎo)體中由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢。中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體a，b組成的熱電偶，當(dāng)引入第三個(gè)導(dǎo)體時(shí)，只要保持其兩端溫度相同，則對總熱電動勢無影響，這一結(jié)論被稱為中間導(dǎo)體定律

8：熱電偶通常由熱電極，絕緣材料，接線盒和保護(hù)套組成。9：熱電偶可分為：（1）普通熱電偶：主要用于測量液體和氣體的溫度。（2）鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）：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，適用于普通熱電偶不能測量的空間溫度。

（3）薄膜熱電偶：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。

(4)并聯(lián)熱點(diǎn)偶：它是把幾個(gè)同一型號的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起。適用于測量平均溫度。

(5)串聯(lián)熱電偶：（熱電堆）

10：熱電偶參考端電位補(bǔ)償法有：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。

11：電位補(bǔ)償法是在熱電偶回路中接入一個(gè)自動補(bǔ)償?shù)碾妱觿荨?2：熱電阻式傳感器可分為金屬熱電阻式和熱敏電阻式。

13：金屬熱電阻式溫度傳感器是電阻體，電阻體是由金屬導(dǎo)體構(gòu)成的。

14：熱電阻的結(jié)構(gòu)主要由不同材料的電阻絲繞制而成，為了避免通過交流電時(shí)產(chǎn)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)采用雙線無感繞制法。15：熱敏電阻式溫度傳感器的感溫元件是對溫度非常敏感的熱敏電阻，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。其特點(diǎn)是熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬熱電阻大，體積小，重量輕，很適用于小空間溫度測量，它的熱慣性小，反應(yīng)速度快，適用于測量快速變化的溫度。

16：非接觸式溫度傳感器采用熱輻射和光電檢測的方法。其工作機(jī)理是當(dāng)物體受熱后，電子運(yùn)動的動能增加，有一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠芰康亩嗌倥c物體的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度較低時(shí)，輻射能力很弱；當(dāng)溫度較高時(shí)，輻射能力很強(qiáng)。17：非接觸式溫度傳感器可分為全輻射式溫度傳感器，亮度式溫度傳感器和比色式溫度傳感器。18：全輻射溫度傳感器是利用物體的全光譜范圍內(nèi)總輻射能量與溫度的關(guān)系測量溫度。特點(diǎn)是適用于遠(yuǎn)距離，不能直接接觸的高溫物體，其范圍是（100~2000度）19：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，并以被測物體光譜的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)的亮度與標(biāo)準(zhǔn)輻射體亮度進(jìn)行比較來測量溫度。特點(diǎn)是量程較寬，有較高的測量精度，一般用于測量（700~3200度）范圍的澆鑄。軋鋼，鍛壓，熱處理時(shí)的溫度。20：比色溫度傳感器以測量兩個(gè)波長的輻射亮度之比為基礎(chǔ)。特點(diǎn)是用于連續(xù)自動檢測鋼水，鐵水，爐渣和表面沒有覆蓋物的高溫物體溫度，其量程為（800~2000）度，測量精度為0.5%。它的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，測量范圍寬，測量溫度接近于實(shí)際值。21：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)的。是利用晶體二極管與晶體三極管為感溫元件。采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，有簡單，價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，用它可制成半導(dǎo)體溫度計(jì)，測量范圍在（0~50）度。用晶體三極管制成的溫度傳感器測量精度高，測量范圍較寬在（-50~150）度之間，因而用于工業(yè)，醫(yī)療等領(lǐng)域的測量儀器或系統(tǒng)。都還有很好的長期穩(wěn)定性

第七章氣敏、濕度、水份傳感器

一、氣敏傳感器

1：氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。2：氣敏元件的工作機(jī)理是吸附效應(yīng)。半導(dǎo)瓷氣敏電阻值將隨吸附氣體的數(shù)量和種類而改變。3：如果材料的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向材料釋放電子而成為正離子吸附。氧氣和氮氧化合物傾向于負(fù)離子吸附，稱為氧化型氣體。

4：氫氣，CO碳?xì)浠衔锖途祁悆A向于正離子吸附，稱為還原型氣體。

5：半導(dǎo)瓷氣敏元件與半導(dǎo)體單晶體相比，具有工藝簡單，使用方便，價(jià)格便宜，對氣體濃度變化響應(yīng)快，即使在低濃度下靈敏度也很高等優(yōu)點(diǎn)，故可用于制作多種具有實(shí)用價(jià)值的氣敏元件。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，老化較快。

6：常用氣敏元件的種類按其結(jié)構(gòu)可分為：燒結(jié)型，薄膜型和厚膜型。7：（1）燒結(jié)型器件的一致性較差，機(jī)械強(qiáng)度也不高，但它價(jià)格便宜，工作壽命較長，應(yīng)用廣泛。（2）薄膜型氣敏元件（如氧化錫，ZnO氣敏性最好）為物理性附著系統(tǒng)，器件之間的性能差異仍較大。（3）厚膜氣敏元件的一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。

8：氣敏元件的幾種應(yīng)用實(shí)例有：①氣敏電阻檢漏報(bào)警器。②礦燈瓦斯報(bào)警器。③一氧化碳報(bào)警器。④煤氣傳感器。它可分為半導(dǎo)式和接觸燃燒式。

二、濕度傳感器

9：濕敏元件是利用濕敏材料吸收空氣中的水份而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化的原理制成的。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，壽命長，可以進(jìn)行遙測和集中控制。

10：濕度是指大氣中所含的水蒸氣量。最常用的兩種方法是絕對濕度和相對濕度。11：絕對濕度是指一定大小空間中水蒸氣的絕對含量。12：相對濕度是指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)，這是一個(gè)無量綱值。

13：氯化鋰濕敏電阻式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。14：負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷是由于它們的電阻率隨濕度的增加而下降。

15：正特性濕敏半導(dǎo)瓷是一類材料（Fe3O4半導(dǎo)瓷）的電阻率隨著濕度的增加而增大。16：半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件的材料，主要是不同類型的金屬氧化物。

半導(dǎo)體濕敏元件具有較好的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抗沾污能力，能在惡劣，易污染的環(huán)境中測得準(zhǔn)確的濕度數(shù)據(jù)，而且有響應(yīng)快，使用溫度范圍寬（可在150度以下使用），可加熱清洗。17：熱敏電阻式濕敏元件特點(diǎn)和應(yīng)用是：（1）靈敏度高且響應(yīng)速度快，（2）滯后現(xiàn)象：（3）不像干濕球溫度計(jì)需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)：（4）可連續(xù)測量：（5）抗受風(fēng)，油，塵埃能力強(qiáng)。應(yīng)用：使用這種絕對濕度傳感器的濕度調(diào)節(jié)，可制造出精密的恒濕槽。18：高分子膜濕敏元件它用于工業(yè)濕度計(jì)測中。19：高分子膜濕度傳感器的工作原理是以隨高分子膜吸收或放出水份兒引起電導(dǎo)率或電容變化測量環(huán)境相對濕度的裝置。

20：電子濕度計(jì)的構(gòu)成它由檢測部分（有攜帶型，墻袋型和凸緣型三種傳感器），數(shù)字顯示器和變換器等構(gòu)成。

21：高分子膜濕敏元年的主要用途是廣泛用于濕度監(jiān)視，記錄和控制，尤其可用于普通濕度計(jì)難以測量的小于20%RH的濕度中，濕度計(jì)使用在超過90%RH的高濕度區(qū)域中會出現(xiàn)結(jié)露，結(jié)露時(shí)，濕度傳感器在沾濕間歇不能測量，一旦沾濕現(xiàn)象消失，恢復(fù)原來特性。

22：結(jié)露傳感器的優(yōu)點(diǎn)是（1）實(shí)際使用時(shí)，傳感器特性并不因表面的垃圾和塵埃以及其它氣體的污染而受影響。（2）可以用于高濕狀態(tài)。（3）具有快速開關(guān)特性，所以工作點(diǎn)變動小。（4）工作電路可用直流電壓。

三、水份傳感器

23：水份是存在于物質(zhì)中水的數(shù)量，以百分比表示。該項(xiàng)指標(biāo)是掌握物質(zhì)保存狀態(tài)和質(zhì)量管理的指標(biāo)。

24：水份傳感器（水份計(jì)）有直流電阻型，高頻電阻型，電容率型，氣體介質(zhì)，近紅外型，中子型和核磁共振型。25：水份傳感器的工作原理是利用了被測物質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)，高分子物質(zhì)的電阻R與其含水率M之間的關(guān)系，通過測定電阻值，就能測定水份含量。26：直流電阻式水份傳感器的工作原理是利用微型計(jì)算機(jī)儲存了溫度修正以及各種試樣水份與電阻值相關(guān)的特性，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行各種試樣的水份測定。第八章傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成 一：電橋

1：傳感檢測系統(tǒng)的組成及其各環(huán)節(jié)的功能是：通常是由傳感器，中間轉(zhuǎn)換電路，微機(jī)接口電路，分析處理及控制顯示電路等部分組成，分別完成信息的獲取，轉(zhuǎn)換，傳輸，分析處理，顯示記錄等功能。

2：電橋是把電阻，電感和電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種測量電路。這種測量電路簡單直接，而且精度和靈敏度都較高，在緝拿側(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

3：按電源的不同電橋分為直流電橋和交流電橋。按電橋的工作方式可分為平衡電橋和不平衡電橋。按電橋被測電阻的接入方式可分單臂電橋和差動電橋。4：直流電橋是在電橋的輸入端加入直流電源E。5：交流電橋是采用交流電源供電的電橋。

6：當(dāng)用電橋進(jìn)行測量時(shí)，可采用零測法和偏差測量法。

7：平衡狀態(tài)的應(yīng)用是基于零測法。利用熱電阻傳感器測量溫度，應(yīng)用的就是電橋的平衡狀態(tài)。它一般適合于測量靜態(tài)值。不平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于偏差測量法。它既可以測量靜態(tài)值又可以測量動態(tài)值，其測量精度受檢流計(jì)的精度及電源穩(wěn)定性的影響，但能滿足實(shí)際測量的要求。

8：衡量電橋的工作特性質(zhì)量的兩項(xiàng)指標(biāo)是電橋的靈敏度及電橋的非線性誤差。9：電橋的靈敏度是指單位輸入量時(shí)的輸出變化量。

10：電橋調(diào)零是在測量時(shí)，由于是利用了電橋的不平衡輸出反映被測量的變化情況，因此，測量前電橋的輸出應(yīng)調(diào)為零，稱為電橋調(diào)零。

11：電橋調(diào)零通常采用串聯(lián)調(diào)零和并聯(lián)調(diào)零兩種方法。串聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器Rw串聯(lián)在橋路中，它多用在橋臂參數(shù)R值較大的場合。調(diào)零電位器的阻值Rw<

13：調(diào)解是指當(dāng)直流信號被調(diào)制成交流信號后，若再將該交流信號還原成直流信號。常用的調(diào)制器是二極管調(diào)制器和三極管調(diào)制器。四：濾波器

14：濾波方式有無源濾波，有源濾波和數(shù)字濾波。

15：若檢測系統(tǒng)中對濾波要求不太高，可以采用無源濾波器。無源濾波器電路簡單缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差。

16：一階低通濾波器是指傳遞函數(shù)為一階。它適用于精度要求不高的場合。高通濾波器是指RC電路具有高頻信號容易通過并抑制低頻信號的作用。

17：帶通濾波器用于通過某一頻段的信號，而將此頻段以外的信號加以抑制或衰減。衡量帶通濾波器的工作特性好壞的重要指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù)，其定義為中心頻率fo與通頻帶寬度B之比。在fo一定的條件下，Q越大通頻帶越窄，選擇性越好。18：有源濾波器由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成。

19：有源濾波器與無源濾波器相比具有的優(yōu)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)到很低范圍。

20：一階低通濾波器的缺點(diǎn)是對截止頻率以外的信號衰減較慢，因此選擇性差。二階低通濾波器（R1=R2=R，C1=C2=C)能克服一階低通濾波器的缺點(diǎn)。二階高通濾波器可以克服一階濾波器在w小于wo附近衰減慢的缺點(diǎn)。帶通濾波器品質(zhì)因數(shù)Q越大，通頻帶寬度越窄，則選擇性越好，改變Rf或RF可以改變Q和B，不影響fo。帶阻濾波器是抑制某個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率分量，使其衰減，而讓此頻帶以外的頻率順利通過。

21：數(shù)字濾波方法有（1）限定最大偏差法，它最要用于變化比較緩慢的參數(shù)。（2）算術(shù)平均值法。適用于壓力測量，流量測量。（3）加權(quán)平均濾波法。

22：模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換是指將模擬量變?yōu)閿?shù)字量。數(shù)/模（D/A）是指將數(shù)字量變?yōu)槟M量。23：數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)是（1）分辨率：（2）精度：轉(zhuǎn)換器的精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。這種誤差由參數(shù)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引起的。（3）線性度。通常用非線性誤差的大小表示數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的線性度。（4）輸出電壓（或電流）的建立時(shí)間。

24：模擬量、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法很多，目前用的較多的是逐次逼近法。

25：多路模擬開關(guān)環(huán)節(jié)通常在微機(jī)控制的檢測系統(tǒng)中，要采用多路信號，為了減少檢測通道的設(shè)備，而使多個(gè)信號的采樣共同使用一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，需將經(jīng)過多路傳感器轉(zhuǎn)換后的信號采用分時(shí)法切換到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上。

26由于多路模擬開關(guān)在接通時(shí)有一定的導(dǎo)通電阻，在某種情況下對信號的傳遞精度帶來較大影響，一般可通用加大負(fù)載阻抗以減小其影響。

27：采樣保持器的原理是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程中需要一定的時(shí)間，這就要在模/數(shù)轉(zhuǎn)換開始時(shí)將信號電平保持住，而在模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能對輸入信號進(jìn)行采樣。

28：為了使采樣保持器達(dá)到一定的精度，需在它的輸入級采用緩沖器，以減少信號源的輸出阻抗，增加負(fù)載的輸入阻抗。采樣開關(guān)被接通的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。七：傳感器檢測信號的細(xì)分與辨向原理

1：幾何量測量中采用機(jī)械式細(xì)分、光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等方法。

2：辨向原理：相位角不能是0o、180o、360o，否則會出現(xiàn)兩路信號剛好相差整數(shù)周期或相位剛好想反。

3：四倍細(xì)分電路：又稱直接細(xì)分。

29：按照干擾的來源可以分兩類是系統(tǒng)內(nèi)部的干擾和來自系統(tǒng)外部的干擾。30：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。31：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等。

32：形成干擾的三個(gè)條件是：干擾源，干擾的耦合通道，干擾的接收電路。33：抑制干擾的方法有：（1）接地：在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地，信號源地，數(shù)字信號地和模擬信號地。

（2）屏蔽：①靜電屏蔽：其方法有兩種(是用金屬屏蔽罩罩住帶靜電的物體，并將屏蔽罩接地，使罩外空間不存在靜電場(用屏蔽罩罩住測量電路，保證罩內(nèi)部存在靜電場。②低頻磁感應(yīng)屏蔽：其原理是使絕大部分磁通量經(jīng)屏蔽體通過，選用導(dǎo)磁性能好的材料做屏蔽罩。③高頻磁感應(yīng)屏蔽：其對輻射電磁場屏蔽。（3）隔離：變壓器隔離電路和光電耦合電路。（4）濾波：①電源濾波②退耦濾波器③有源濾波④數(shù)字濾波

34：典型噪聲干擾的抑制（1）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采用RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開關(guān)兩端。（2）共模噪聲：噪聲電壓或電流同時(shí)加到兩信號上所產(chǎn)生的噪聲稱共模噪聲。抑制這種干擾采用差分放大器，因?yàn)樗鼛缀鯇材Ｔ肼暃]有放大作用。（3）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。

35：克服串?dāng)_在設(shè)計(jì)及組裝檢測系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意的問題是：（1）信號線，數(shù)據(jù)線，控制線盡可能分開，以避免不同類型的走線平行或靠近。（2）走線盡可能短，盡可能不在集成芯片之間走線。（3）電源線和地線要設(shè)計(jì)的盡量粗而短。（4）對于單穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器等易受電源影響的器件，要在近旁的電源-地線之間接入電容器進(jìn)行去耦，易受干擾的器件要遠(yuǎn)離振蕩器。

36：傳感檢測系統(tǒng)中的微機(jī)接口是將被測的模擬量，經(jīng)過傳感器，放大器，采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換后輸入微型計(jì)算機(jī)。

37：傳感檢測系統(tǒng)中微機(jī)接口的基本方式是（1）開關(guān)量接口方式（2）數(shù)字量接口方式（3）模擬量接口方式。

38：ADC 與CPU的時(shí)間協(xié)調(diào)，其時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)比CPU的指令周期長。其控制方式有（1）延時(shí)等待式（2）中斷式。（3）查詢式。39：液晶顯示器是一種低功耗器件，其液晶顯示器的驅(qū)動方式由電極引線的選擇方式確定一般有靜態(tài)驅(qū)動和時(shí)分割驅(qū)動。40：為消除環(huán)境溫度的影響，需要對傳感器信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其補(bǔ)償在計(jì)算機(jī)能力允許時(shí)，可采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行，也可采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)常用公式法和表格法。

第九章信號分析及其在測試中的應(yīng)用

1：信號有靜態(tài)信號與動態(tài)信號。靜態(tài)信號是指其量值與時(shí)間無關(guān)的信號。動態(tài)信號是指其量值隨時(shí)間變化的信號。

2：信號分為確定性信號與非確定性信號。

3：確定性信號是指能用明確的數(shù)字解析關(guān)系式或圖表描述的信號。確定性信號分為周期信號和非周期信號。

4：周期信號是指若信號依一定的時(shí)間間隔T周而復(fù)始，則該信號為周期信號。實(shí)際上周期信號往往不是僅含一個(gè)正（余）弦的簡單周期信號，但它們具有取值周期重復(fù)性的特征。5：非周期信號是指在時(shí)域內(nèi)不按周期重復(fù)出現(xiàn)，但仍可用明確的數(shù)字關(guān)系式或圖表描述的信號。

6：非確定性信號是指非周期性信號時(shí)域波形不確定，無法用確切的數(shù)字關(guān)系式描述，也不能準(zhǔn)確預(yù)測未來的結(jié)果的信號。

7：模擬信號是指在某一自變量連續(xù)變化的間隔內(nèi)，信號的數(shù)值連續(xù)，為模擬信號。8：離散信號是指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稱為離散信號。9：數(shù)字信號是指如果將其各離散點(diǎn)的幅值也作離散化，以二進(jìn)制編碼表示。

10：信號均值Ux是指信號x（t）在整個(gè)時(shí)間坐標(biāo)的積分平均，它表示信號中常值分量或直流分量。

11：信號的方差是指描述信號的(波動范圍)，其正平方根бx=√б2x稱為信號的標(biāo)準(zhǔn)差。12：信號的均方值描述信號的強(qiáng)度，表示信號的(平均功率)。13：信號的概率密度函數(shù)描述了信號的（指定幅值的取值機(jī)會）。

14：任意一個(gè)周期信號x（t）都可認(rèn)為由兩類基本信號組成一類是以ao描述的直流分量，一類是由許多正交的，幅值分別以an和bn描述的，頻率各為基頻整數(shù)倍的余弦和正弦分量的迭加而組成。

15：周期信號頻譜的特點(diǎn)：（1）離散性：頻譜譜線是離散的。（2）收斂性：諧波幅值總的趨勢隨諧波次數(shù)的增加而降低。（3）諧波性：譜線只出現(xiàn)在基頻整數(shù)倍的頻率處。16：非周期信號包括準(zhǔn)周期信號和瞬態(tài)信號。準(zhǔn)周期信號的特點(diǎn)是譜線離散，并無法確定其基頻wo和諧頻now，只有頻率分量幅值大小而沒有共同周期。

17：振動測試的目的是（1）檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動特性，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（2）考核機(jī)器設(shè)備承受振動和沖擊的能力及對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特征進(jìn)行測試。（3）分析查明振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，為減振和隔振措施提供資料。（4）對工作機(jī)器進(jìn)行故障監(jiān)控，避免重大事故發(fā)生。

18：振動測試的內(nèi)容是（1）振動參數(shù)的測試：對振動的位移，幅值，頻率，相位，波形等參數(shù)的測定。（2）物體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測試：對結(jié)構(gòu)的固有頻率，阻尼，剛性，振型等參數(shù)的測定。

19：按產(chǎn)生振動的原因可分為自由振動，強(qiáng)迫振動和自激振動；按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性可分為線性振動和非線性振動；按振動的規(guī)律可分確定性振動和隨機(jī)振動。

20：振動的激勵(lì)方式有（1）穩(wěn)態(tài)正弦激振（2）隨機(jī)激振（3）瞬態(tài)激振。常用的瞬態(tài)激振是①快速正弦掃描激振②脈沖激振③階躍激振

21：激振器是對被測對象施加某種預(yù)定要求的激振力，從而激起被測對象振動的裝置。22：電動式激振器按其磁場形成的方法是永磁式和勵(lì)磁式。前者多用于小型激振器，后者用于較大型的激振器。它主要用于對被測對象作絕對激振。23：振動測試的方法有機(jī)械法，電測法和光學(xué)法。

24：電測法測振系統(tǒng)有（1）壓電式測振系統(tǒng)：它是利用壓電式加速度傳感器直接測得振動加速度的測振系統(tǒng)。（2）磁電式測振系統(tǒng)：該系統(tǒng)用磁電式傳感器吧振動速度轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)測振儀器進(jìn)一步變換，再由指示儀器指出其振動值或用記錄儀器記錄出波形，或直接由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行需要的數(shù)據(jù)處理。（3）電參數(shù)測振系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用電容式或電感式，電阻應(yīng)變式，渦流式傳感器吧振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成電容或電感，電阻，電抗等電參數(shù)變化進(jìn)行測振的系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是傳感器大多數(shù)為非接觸式，且靈敏度較高，適于微小振動的旋轉(zhuǎn)體測振。25：機(jī)械阻抗的倒數(shù)稱為機(jī)械導(dǎo)納。26：機(jī)械阻抗是復(fù)數(shù)，可寫成幅值，相角或?qū)嵅?，虛部形式，也可用幅，相特性或奈奎斯特圖表示。

27：功率譜密度函數(shù)，可用于工業(yè)設(shè)備工作狀況的分析和故障診斷。第十章傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1：工業(yè)機(jī)器人的準(zhǔn)確操作取決于對其自身狀態(tài)，操作對象及作業(yè)環(huán)境的準(zhǔn)確認(rèn)識。

2：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)，或非接觸式光電開關(guān)，電渦流傳感器。

3：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。

4：機(jī)器人中使用速度傳感器是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的速度閉環(huán)控制。在用直流，交流伺服電動機(jī)作為機(jī)器人驅(qū)動元件時(shí)，一般采用測速發(fā)電機(jī)作為速度的檢測器。

5：三坐標(biāo)測量機(jī)由機(jī)械部分，計(jì)算機(jī)和三坐標(biāo)機(jī)系統(tǒng)軟件部分，測量系統(tǒng)，測量頭及附件構(gòu)成。按其性質(zhì)分為機(jī)械式測量系統(tǒng)，光學(xué)式測量系統(tǒng)和電氣式測量系統(tǒng)。6：三坐標(biāo)測量機(jī)的測量頭按測量的方法分為接觸式和非接觸式。

7：目前國內(nèi)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。

第三篇：檢測與傳感器知識點(diǎn)總結(jié)

第一章

1.傳感器的功能：信息收集，信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

2.傳感器的組成：傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、調(diào)解轉(zhuǎn)換電路3部分組成 3.衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和零點(diǎn)漂移等 線性度：是指傳感器輸出與輸入之間的線性程度

靈敏度：是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下的輸出變化量與引起變化的輸入變化量之比，用S表示

遲滯：傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程期間，其輸出--輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象

重復(fù)性：是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度

零點(diǎn)漂移：當(dāng)傳感器無輸入時(shí)，每隔一段時(shí)間對傳感器的輸出進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值的情況，即為零點(diǎn)漂移

溫度漂移：是指溫度變化時(shí)傳感器輸出值偏離程度

4.傳感器的動態(tài)特性：最大超調(diào)量、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間

第二章

1、應(yīng)變式傳感器可以測量力、荷重、應(yīng)變、位移、速度、加速度等各種參數(shù)。

2、電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬絲的電阻隨其所受機(jī)械形變（拉伸或壓縮）的大小變化。

3、電阻應(yīng)變主要有四部分組成：電阻絲、基片、覆蓋層和引出線。

4、按應(yīng)變片敏感柵所用的材料不同，應(yīng)變片可以劃分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片，其中金屬應(yīng)變片分為體型和薄膜型；半導(dǎo)體應(yīng)變片分為體型、薄膜型、擴(kuò)散型、PN結(jié)型及其他型。

5、半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，壓阻效應(yīng)是指對半導(dǎo)體施加壓力時(shí)半導(dǎo)體的電阻率會發(fā)生改變的現(xiàn)象。

6、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有：（1）、敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度發(fā)生變化

（2）、試件材料和電阻絲的線膨脹系數(shù)的影響

7、電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法有：線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩類。

8、應(yīng)變片自補(bǔ)償有選擇式自補(bǔ)償應(yīng)變片和雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片。

9、根據(jù)電橋電源的不同，可分為直流電橋和交流電橋。

第三章

1.電感式傳感器主要有自感式，互感式和渦流式三種 2.自感式電感傳感器由線圈、鐵心和銜鐵三部分組成

3.自感式電感傳感器的結(jié)構(gòu)類型有變間隙式、變面積式、螺線管式（變氣隙導(dǎo)磁系數(shù)）4.自感式電感傳感器的轉(zhuǎn)換電路有交流電橋式、交流變壓器式以及諧振式幾種形式，其中交流電橋式最為常用，諧振式轉(zhuǎn)換電路有諧振式調(diào)幅電路和諧振式調(diào)頻電路 5.互感式電感傳感器由一、二次繞組，鐵心，銜鐵三部分組成

6.互感式電感傳感器的主要特性：輸出電壓特性，靈敏度，溫度特性，零點(diǎn)殘余電壓的消除方法（提高互感式電感傳感器的組成結(jié)構(gòu)及電磁特性的對稱性，引入相敏整流電路，采用外電路補(bǔ)償法）

7.電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)：變間隙式，變面積式，螺線管式，低頻透射式，高頻反射式

8.影響電渦流式傳感器的靈敏度的因素：被測體材料對測量的影響，被測體大小和形狀對測量的影響，傳感器形狀和大小對傳感器靈敏度的影響 9.電渦流傳感器的轉(zhuǎn)換電路：調(diào)頻式電路，調(diào)幅式電路

10.電渦流式傳感器的應(yīng)用：電渦流式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可進(jìn)行位移，厚度，轉(zhuǎn)速，振動，溫度等多參數(shù)的測量

第四章

1、電容式傳感器：把某些非電量的變化通過一個(gè)可變電容轉(zhuǎn)化成電容變化的裝置。

2、平板電容傳感器：C=

3、電容式傳感器分為變極距型、變面積型、變介質(zhì)型。

4、電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器式轉(zhuǎn)換電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路。

5、P64 P67

第五章

1.壓電式傳感器的工作原理：壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應(yīng)。當(dāng)沿著一定方向?qū)δ承╇娊赓|(zhì)施力而使它變形時(shí)，其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象。同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱之為壓電效應(yīng)，又稱為正壓電效應(yīng)。

2.沿X軸施力，而在垂直與X軸的晶體表面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱之為“縱向壓電效應(yīng)”。沿Y軸施力，而在垂直與X軸的晶體表面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱之為“橫向壓電效應(yīng)”。上述均假設(shè)晶體沿X軸和Y軸方向受到壓力。當(dāng)晶體沿X軸和Y軸方向受到拉力作用時(shí)，同樣有壓電效應(yīng)，只是電荷的極性隨之改變。壓電系數(shù)矩陣！??？？？

P72 3.壓電傳感器的等效電路 電壓源 電荷源

4.壓電傳感器的轉(zhuǎn)換電路：壓電式傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出的能量較小，因此它的轉(zhuǎn)換電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。

第六章

1、磁電式傳感器有磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管等。

2、磁電式傳感器是一種機(jī)—電能量轉(zhuǎn)化型傳感器。

3、磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的原理制成的。

4、磁電式傳感器基本上由以下3部分組成：○1磁路系統(tǒng)、○2線圈、○3運(yùn)動機(jī)構(gòu)。

5、通常所使用的磁電感因時(shí)傳感器有恒磁通式和變磁通式。

6、恒磁通式：由永久磁鐵（磁鋼）、線圈、彈簧、金屬框架和外殼等組成。

7、變磁通式又稱為變磁阻式和變氣隙式。

8、霍爾效應(yīng)：當(dāng)把一塊金屬或者半導(dǎo)體薄片垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流Ic，就會在薄片的另一對側(cè)面產(chǎn)生電動勢。

9、造成測量誤差的主要因素有兩類：半導(dǎo)體固有特性及半導(dǎo)體制造工藝的缺陷，主要表現(xiàn)為溫度誤差和零位誤差。

10、溫度誤差的補(bǔ)償方法：○1采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻；○2選取合適的負(fù)載電阻Rl；○3采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻；○4采用溫度補(bǔ)償元件。

11、產(chǎn)生零位誤差的原因：制造工藝不可能保證兩個(gè)霍爾電極絕對對稱地焊在霍爾片的兩側(cè)，致使兩電極點(diǎn)不能完全位于同一等位面上；此外霍爾片電阻率不均勻或片厚薄不均勻或控制電流極接觸不良將使等位面歪斜。

12、磁阻效應(yīng)：將一載流導(dǎo)體至于外磁場中，除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外，其電阻也會隨磁場而變化。

13、常見的磁敏電阻有單晶型、薄膜型和共晶型。

第七章

1.光電效應(yīng)一般分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類

外光電效應(yīng)：在光照射下，電子溢出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，亦稱光電發(fā)射效應(yīng)

內(nèi)光電效應(yīng)：通過入射光子引起物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，這些光生載流子引起物質(zhì)電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。（1)光電導(dǎo)效應(yīng)：絕大多數(shù)的高電阻率半導(dǎo)體，受光照射吸收光子能量后，產(chǎn)生電阻率降低而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。(2)光生伏特效應(yīng)：光照引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng) 2.基于外光電效應(yīng)原理工作的光電式傳感器有光電管和光電倍增管 光電管結(jié)構(gòu)：當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長的光線照射時(shí)便發(fā)射光電子，光電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生光電流，輸出電壓。光電流的大小與照射在陰極上的光強(qiáng)度成正比，并于陰極的材料有關(guān)。

光電管的基本特性：光電管的伏安特性，光電管的光照特性，光電管的光譜特性

3.光敏電阻又稱光導(dǎo)管，無光照時(shí)電阻(暗電阻）很大，電路中的電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長的范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小。4.光敏電阻的基本特性：（1）光敏電阻的伏安特性：所加的電壓越高，光電流越大

（2）光敏電阻的光照特性：光敏電阻的光照特性用于描述光電流和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，不同光敏電阻的光照特性是不相同的。（3）光敏電阻的光譜特性：對于不同波長的光，光敏電阻的靈敏度是不相同的。（4）光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間：光敏電阻的光電流不能隨著光照量的改變而立即改變，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性。（5）光敏電阻的溫度特性：隨著溫度的不斷升高，光敏電阻 的暗電阻和靈敏度都要下降，同時(shí)溫度變化也影響它的光譜特性曲線 5.光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng) 6.光電池的基本特性：（1）伏安特性

（2）光照特性：短路電流在很大范圍內(nèi)與光強(qiáng)成線性關(guān)系。開路電壓隨光強(qiáng)的變化是非線性的（3）光譜特性（4）頻率特性（5）溫度特性 7.其它光電元件（1）光電耦合器件 光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接受元件合并使用的光電器件。光電耦合器中的發(fā)光元件通常是半導(dǎo)體的發(fā)光二極管，光電接受元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管（最多）或光和控硅等。

8.一般將紅外線分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)和極遠(yuǎn)紅外區(qū)

9.波長為2~2.6um、3~5um、8~14um的三個(gè)波段紅外線，很少被大氣吸收，所以稱這三個(gè)波段為“大氣的窗口”，適用于遙感技術(shù)。

10.紅外線傳感器根據(jù)探測機(jī)理，可分為光子探測器和熱探測器 11.紅外線傳感器的主要特性：靈敏度，噪聲等效功率，檢測度 12.光纖傳感器基本結(jié)構(gòu)：保護(hù)層，包層和纖芯

13.光纖傳感器一般可分為兩大類：一類是功能型傳感器，又稱FF型光纖傳感器；另一類是非功能型傳感器，又稱NF型光纖傳感器

14.莫爾條紋：所謂莫爾條紋就是把光柵常數(shù)相等的主光柵和指示光柵相對疊合在一起（片見留有很小的間隙），并使兩者柵線（光柵刻線）之間保很小的夾角，由于擋光效應(yīng)或光的衍射，這時(shí)在與光柵線紋大致垂直的方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。

15.莫爾條紋的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)（1）莫爾條紋的移動量，移動方向與光柵尺的移動量，移動方向有對應(yīng)關(guān)系（2）莫爾條紋對光柵的柵距有放大作用（3）莫爾條紋對光柵柵距局部誤差有作用 16.光柵常用的光電元件有硅光電池、光敏二極管、光敏晶體管。17.主光柵移動一個(gè)柵距W，莫爾條紋就變化一個(gè)周期2π

第八章

1、P149 圖8—1

2、氣敏元件是氣敏傳感器的核心，有3種結(jié)構(gòu)類型：燒結(jié)體型、薄膜型和厚膜型。

3、加熱方式一般有值熱式和旁熱式兩種。

4、濕度常用的表示方法有質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、絕對濕度、相對濕度、露點(diǎn)（霜點(diǎn)）等。以下為各種公式：P157

第九章

1、在兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成的閉合回路中如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，則回路中產(chǎn)生一個(gè)電動勢，通常這種電動勢為熱電動勢，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。

2、接觸電動勢就是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢，又稱珀?duì)栙N電動勢。

3、溫差電動勢是在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電動勢。

4、熱電偶的幾個(gè)注意問題：

1）熱電偶必須采用兩種不同材料作為電極，否則無論熱電偶兩端溫度如何，熱電偶回路總熱電動勢為零。

2）盡管采用兩種不同的金屬，若熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相等，即T=T0，回路總電動勢為零。

3）熱電偶AB的熱電動勢只與結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與材料A、B的中間各處溫度無關(guān)。

5、中間溫度定律：1）熱電偶在兩結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、T0時(shí)的熱電動勢等于該熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度分別為T、Tn和結(jié)點(diǎn)溫度分別為Tn、T0時(shí)的相應(yīng)電動勢的代數(shù)和

6、中間導(dǎo)體定律

7、標(biāo)準(zhǔn)電極定律：

8、熱電偶的結(jié)構(gòu)：普通型熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶。

9、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法：導(dǎo)線補(bǔ)償法、計(jì)算法、電橋補(bǔ)償法、冰浴法、軟件處理法。

10、熱電阻分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。

11、物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。

12、熱敏電阻：是用一種半導(dǎo)體材料制成的敏感元件，其特點(diǎn)是電阻隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換成能量的變化。

13、熱敏電阻按溫度系數(shù)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻和正溫度系數(shù)熱敏電阻兩大類。

14、臨界溫度型主要用作溫度原件開關(guān)

15、熱敏電阻可根據(jù)要求，封裝加工成各種形狀的探頭，如園片形、柱形、鎧裝型薄膜型、厚膜型。

16.熱敏電阻伏安特性：電壓降與電流之間符合歐姆定律，當(dāng)電流I>I(s）隨著電流的增加，功耗增大，產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢，因而出現(xiàn)非線性的正阻區(qū)ab。電流增大到I（m）時(shí)，電壓降達(dá)到最大值U（m）。此后，電流繼續(xù)增大時(shí)自熱更為強(qiáng)烈，由于熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，阻值隨電流增大而減小的速度大于電壓降增加的速度，于是就出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)bc段。

第四篇：傳感器與檢測技術(shù)部分重點(diǎn)

1.傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的非電量信息，如溫度、壓力、流量、位移等，并將檢測到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的信息輸出，用以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄或控制等要求。

2.傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。

3.傳感器的定義：（1）傳感器是一種能夠檢測被測量的器件或裝置；（2）被測量可以是物理量、化學(xué)量或生物量等；（3）輸出信號要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，一般是電參量；（4）輸出信號要正確地反映被測量的數(shù)值、變化規(guī)律等，即兩者之間要有確定的對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)具有一定的精確度。

4.傳感器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)，這一關(guān)系稱為靜態(tài)特性。當(dāng)輸入量隨時(shí)間較快地變化時(shí)，這一關(guān)系稱為動態(tài)特性。

5.實(shí)際曲線與其兩個(gè)端點(diǎn)連線（擬合曲線）之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差。取其最大偏差與理論滿量程之比作為評價(jià)線性度（或非線性誤差）的指標(biāo)。

6.傳感器在正(輸入量增大)反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。產(chǎn)生原因：傳感器機(jī)械部分存在摩擦、間隙、松動、積塵等

7.重復(fù)性是指傳感器的輸入量按同一方向變化，作全量程連續(xù)多次測量時(shí)所得到的曲線不一致的程度。

8.傳感器輸出的變化量Δy與引起該變化量的輸入量變化Δx之比即為其靜態(tài)靈敏度。

9.漂移指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。10.傳感器的標(biāo)定工作分為靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定兩種。傳感器的靜態(tài)標(biāo)定主要是檢驗(yàn)、測試傳感器或整個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)。

11.預(yù)處理電路把傳感器輸出的非電壓量轉(zhuǎn)換成具有一定幅值的電壓量； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；計(jì)算機(jī)接口電路把A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)，并把計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號送至輸入接口的各功能部件。

12.調(diào)制是利用信號來控制高頻振蕩的過程，進(jìn)行放大和傳輸，已期得到最好的放大和傳輸效果，通常有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻調(diào)制三種方法。解調(diào)是從已被放大和傳輸?shù)?，且有原來信號的高頻信號中，把原來信號取出的過程。

13.電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器

14.金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力（如壓力等）作用時(shí)，會產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

15.根據(jù)敏感柵材料的不同，應(yīng)變片主要分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。

16.?R3R1U0?UAB?UAD????R?RR3?R42?116.電橋的連接方式（1）單臂電橋

?R1R4?R2R3?E?E??R1?R2??R3?R4??U0? R??RE2R?2R??R?

(2)差動半橋

E?REU0??K?2R2(3)差動全橋

?RU0??E?EK?R

17.電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器

18.電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力（如壓力等）作用時(shí)，會產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng) 19.電阻應(yīng)變片的應(yīng)用

（1）力的測量(應(yīng)變式力傳感器)

（2）位移傳感器： 應(yīng)變式位移傳感器是把被測位移量轉(zhuǎn)換成彈性元件的變形和應(yīng)變，然后通過應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變電橋，輸出一個(gè)正比于被測位移的電量

（3）加速度測量(應(yīng)變式加速度傳感器)質(zhì)量塊固定在懸臂梁的一端，梁的上下表面粘貼有應(yīng)變片。測量時(shí)將傳感器的殼體與被測對象剛性連接，在一定的頻率范圍內(nèi)，質(zhì)量塊產(chǎn)生的加速度與被測加速度相等，因而作用于懸臂梁上的慣性力亦與被測加速度成正比。

（4）測量扭矩(應(yīng)變式扭矩傳感器)應(yīng)變式扭矩傳感器利用應(yīng)變片將扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。彈性元件為整體式薄壁筒，應(yīng)變片在薄壁筒的同一圓周線上成45°和135°方向粘貼。

20.壓電式傳感器

壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電式傳感器，它是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。可以測量最終能變換為力的各種非電物理量，例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。壓電式傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

21.壓電效應(yīng)：某些晶體，在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

22.壓電式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路（1）等效電路

壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為 Ca = εrε0A /δ

A——壓電元件電極面面積；

δ——壓電元件厚度；

εr——壓電材料的相對介電常數(shù)； ε0——真空的介電常數(shù)。

（2）測量電路

壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：

一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出； 二是把傳感器的微弱信號進(jìn)行放大。

電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。壓電元件可以等效為一個(gè)電容C和一個(gè)電荷源并聯(lián)的形式。

UO?輸出電壓：

QA?UmACa?Cc?Ci?Cf(A?1)

23.壓電式傳感器的應(yīng)用（1）壓電式力傳感器 壓電式力傳感器是以壓電元件為轉(zhuǎn)換元件，輸出電荷與作用力成正比的力-電轉(zhuǎn)換裝置。常用的形式為荷重墊圈式，它由基座、蓋板、石英晶片、電極以及引出插座等組成。（2）壓電式加速度傳感器 壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高、體積小、重量輕、測量頻率上限高、動態(tài)范圍大。但它易受外界干擾，在測量前需進(jìn)行各種校驗(yàn)。

（3）壓電式金屬加工切削力測量 利用壓電陶瓷傳感器測量刀具切削力 21.電渦流式傳感器定位測量

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，金屬導(dǎo)體處于變化著的磁場中或者在磁場中做切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中的漩渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流。電渦流式傳感器利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行工作。22.電渦流式傳感器的測量電路

（1）電橋電路：將傳感器線圈的阻抗Z變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。

（2）調(diào)幅式（AM）電路： 由于渦流效應(yīng)使傳感器的品質(zhì)因數(shù)Q值下降，傳感器線圈的電感也隨之發(fā)生變化，從而使諧振回路工作在失諧狀態(tài)，這種失諧狀態(tài)隨被測導(dǎo)體與傳感器線圈距離越來越近而變得越來越大，回路輸出的電壓也越來越小。諧振回路輸出的信號經(jīng)檢波，濾波放大后送給后繼電路，可直接顯示出被測物體的位移量。

源極跟蹤器交流 放大器檢波濾波器VoutX 振蕩器f∞

（3）調(diào)頻式（FM）電路：傳感器線圈接入LC振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測導(dǎo)體距離X改變時(shí)，由于電渦流的影響，L改變，導(dǎo)致振蕩器頻率改變。該頻率可由數(shù)字頻率計(jì)直接測量或通過頻率電壓變換后，再由電壓表測得。

24.霍爾效應(yīng)

金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

25.光電式傳感器

光電式傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。利用這種傳感器測量非電量時(shí)，只需將非電量的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化進(jìn)行測量。光電式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、響應(yīng)速度快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于各種檢測技術(shù)中。26.光電效應(yīng)的分類：

（1）外光電效應(yīng)：在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也稱光電發(fā)射效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管（將光信號轉(zhuǎn)化成電信號）、光電倍增管（將微弱光信號轉(zhuǎn)化為電信號）等

（2）內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等

（3）光生伏特效應(yīng)：在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。27光電斷續(xù)器

光電斷續(xù)器是將光電發(fā)射器、光電接收器放置于一個(gè)體積很小的塑料殼體中，兩者能可靠地對準(zhǔn)，其外形如圖4所示。齒盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，光電斷續(xù)器就輸出一個(gè)脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖計(jì)數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。

（a）遮斷型，在機(jī)床轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)帶孔的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的一邊由發(fā)光管產(chǎn)生恒定光，透過轉(zhuǎn)盤小孔照射在光敏二極管或光敏三極管上，轉(zhuǎn)換成電信號輸出，經(jīng)放大整形電路輸出電脈沖信號，脈沖頻率的大小即反應(yīng)了轉(zhuǎn)速大小。（可以用來計(jì)數(shù)，測速度）

（b）反射型，在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一個(gè)涂有黑白相間條紋的圓盤，他們具有不同的反射率，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，反光與不反光交替出現(xiàn)，光敏晶體管通過轉(zhuǎn)盤反射接受光信號，并轉(zhuǎn)化成電脈沖信號。28.簡答題

a.什么是渦流效應(yīng)？簡述電渦流式傳感器的工作原理（1）.渦流效應(yīng)指的是法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)塊狀導(dǎo)體置于交變磁場或在固定磁場中運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合。

（2）電渦流式傳感器是利用前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。b.電渦流傳感器可以進(jìn)行哪些非電量參數(shù)測量？

電渦流傳感器可以對振動,位移,厚度,轉(zhuǎn)數(shù),溫度,硬度，材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測量，應(yīng)用極其廣泛。

29.電感式傳感器：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈的電感（或互感）變化的一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。利用電感式傳感器可以把連續(xù)變化的線位移或角位移轉(zhuǎn)換成線圈的自感或互感的連續(xù)變化，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換電路再變成電壓或電流信號以供顯示。

30.電感式傳感器的種類：按轉(zhuǎn)換原理的不同，可分為自感式和互感式（差動變壓器式）兩大類。

31.自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。自感式電感傳感器常見的形式有變隙式、變截面式和螺線管式等三種

32.光電編碼器 編碼器是將機(jī)械傳動的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字信號，進(jìn)行角位移檢測的傳感器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測原理，它可分為電磁式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。光電編碼器也是一種光電傳感器，它的最大特點(diǎn)是非接觸式，使用壽命長，可靠性高，廣泛使用于測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、角位移、絲桿的線位移等方面

33.光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)，安放發(fā)光元件和光敏元件。光電編碼器的工作原理是當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖，碼盤上有之相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈輸出一個(gè)脈沖 34.光電編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式分為增量式編碼器和絕對式編碼器。

35.電容式傳感器：電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。它具有高阻抗，小功率；動態(tài)范圍大，響應(yīng)速度快；幾乎沒有零漂；結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，可在惡劣的環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)，但它具有分布電容影響嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

36.電容式傳感器通常可以分為以下三類：變面積型——改變極板面積；變極距型——改變極板距離；變介質(zhì)型——改變介質(zhì)的介電常數(shù)。

C?37.?Ad??0?rAd

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。可以分為接觸式環(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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(lì)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(gè)電阻值較大的附加電阻，再接到勵(lì)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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。滑動覺傳感器：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(gè)閉合電路時(shí)，由于兩個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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)?？芍圃炀艿暮銤癫?，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（信息獲取）、中間轉(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。可見輸入變化量越大，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(gè)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(gè)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(gè)具有兩個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)溫度值，測出每一個(gè)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(gè)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TTm，則做線性外推，再按以上公司計(jì)算x。

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(gè)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(gè)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?；ハ喔珊瘮?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(gè)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。