第一篇：傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計 路燈控制器概要

課程設(shè)計

班級: 姓名: 學(xué)號: 指導(dǎo)教師: 成績: 電子與信息工程學(xué)院 路燈控制器的設(shè)計 1 前言

目前很多城市路燈控制系統(tǒng)多數(shù)處于人工管理的狀態(tài),使路燈管理和維護(hù)成本加大。為此,本次設(shè)計提出一種新的路燈控制器方案,通過光敏電阻檢測自然光強(qiáng)度，自動切換路燈的開關(guān)狀態(tài),大大減少路燈管理、維護(hù)的費(fèi)用,同時降低電能的不必要損耗。

1.1 課程設(shè)計的目的

本次設(shè)計的目的就是在掌握傳感器的基本應(yīng)用,并且能夠聯(lián)系其他元件設(shè)計出成品,進(jìn)行理論與實際的結(jié)合,提高應(yīng)用計算機(jī)軟件的有關(guān)設(shè)計能力,提高分析、解決實際問題的能力。

1.2 課程設(shè)計的要求及要求

(1天黑時燈亮,利用光敏二極管的阻值變化,控制可控硅的導(dǎo)通;(2天亮?xí)r,利用光敏二極管的阻值變小,控制可控硅的斷路,使燈熄滅;(3或用繼電器控制燈的開、關(guān);(4引入聲控,晚上光線較暗,有聲音時路燈點亮,聲音消失后延長(白天即使有聲音也燈也不亮。設(shè)計分析

使用光照強(qiáng)度作為傳感器,目前最為常用且性價比較高的就是光敏電阻,利用其光線較強(qiáng)時,電阻值較低,而光線較暗時則電阻較大的特點,利用電橋,可將光線信號轉(zhuǎn)換成電信號,再通過電壓比較器等方式,可以有效地完成控制需要。這類設(shè)計中,只要能將光線信號取出,整個設(shè)計也便完成了大半,至于控制部分的設(shè)計,可采用繼電器輸出,這樣就算驅(qū)動較大的路燈負(fù)載,只需再加接觸器便可完成。

至于聲控部分,可以在電路中加入一個麥克風(fēng)(mic,感知外界聲音的大小,再通過硬件轉(zhuǎn)化成電信號,最終控制燈的亮滅。

聲光控路燈控制器可以自動實現(xiàn)白天光線較暗和晚上遇到聲響時,路燈自動點亮,從而實現(xiàn)人來燈亮,人走燈滅,既方便又實用。不僅節(jié)約了電能,而且能延長燈泡使

用壽命?？蓮V泛應(yīng)用于路燈,樓梯,走廊,衛(wèi)生間等公共場所的照明控制。此控制器經(jīng)濟(jì)實用,即使一般的腳步聲也能感應(yīng)出來,燈泡發(fā)光照明好。設(shè)計原理及電路圖

路燈控制器電路主要由電源電路、聲控電路、光控電路、延時電路,負(fù)載電路等構(gòu)成。工作時,先由光控電路和聲控電路一起向聲光控制電路輸入信號,當(dāng)兩個信號同時有效時,聲光控制電路才往下傳輸信號,才向開并電路送去信號,使開關(guān)打開,同時也促使延時電路開始工作,而電路的電源由電源經(jīng)過橋式整流以后,再經(jīng)過降壓電路降過壓以后來提供,電路中其他需供電的電路由降壓以后再進(jìn)行穩(wěn)壓以后來供電,負(fù)載的供電直接由電源來提供。總體框圖如下圖3-1所示,工作流程如箭頭所示:

3-1 路燈控制器的原理 3.1電源電路設(shè)計

電源電路的主要作用是為路燈控制器的負(fù)載提供電源,同時為其中的控制電路提電源,其由220V 交流電源經(jīng)過一個橋式整流的整流作用,再經(jīng)過電阻R1, R2分壓,C1濾波,使電壓穩(wěn)定在10V 左右,為數(shù)字集成電路和其他負(fù)載電路提供穩(wěn)定直流電壓,同時經(jīng)橋式整流過的電壓經(jīng)過開關(guān)管給光源負(fù)載供電。(電路如圖3-2

圖3-2 電源電路 3.2光聲控制電路設(shè)計

控制電路的主要作用是完成對聲控和光控電路的控制,即照明電路的亮與不亮都由控制電路來控制完成,控制電路是路燈控制電路中的主體電路,它包括聲控和光控電路,只有當(dāng)聲控和光控電路同時起作用時,即既有光信號又有聲音信路時,控制電路才會作用,開關(guān)打開。

光控部分采用光敏電阻的感光特性來工作的,即當(dāng)有光線的時候,其處于低電阻狀態(tài),其上幾乎不分得電壓;在沒有光線或者光線較暗的時候,其處于高阻狀態(tài)。此電路就是利用光敏電阻的光電特性輸出高低電平信號來起到光控作用的。電路如圖3-3所示

圖3-3 光控電路

聲控部分主要是通過話筒等聲音接收電路來把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。三極管VT在沒有聲音信號時處于飽和狀態(tài),當(dāng)有聲音信號時,聲音信號通過電容的耦合,短時間內(nèi)拉低VT基極的電位,使三極管VT的瞬間截止,VT的集電極上產(chǎn)生一個瞬間高電平送入控制電路,經(jīng)過處理,從而達(dá)到聲控的目的。電路如圖3-4所示。

圖3-4 聲控電路 3.3 延時電路設(shè)計

延時電路的作用主要是完成保持晶閘持續(xù)導(dǎo)通一段時間,維持發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光一段時間,持續(xù)時間的長短由延時電容的放電時間來決定,延時電容的放電時間即為照明的持續(xù)時間,當(dāng)充電電容通過電阻放電,從開始放電開始直到放電結(jié)束的這一段時間(即由R,C來決定,只要改變電阻值或電容值,即可改變充放電時間長短,從而維持TC4011BP 的8,9腳的高電平在一段時間內(nèi)保持不變,從而決定LED的發(fā)光的時間長短,即維持照明的時間改變。其組成只要由電阻、電容,電容是通過電阻放電的。電路如圖3-5所示。

圖3-5 延時電路

3.4 開關(guān)電路設(shè)計 當(dāng) CD4011 的 3 腳輸出高電平時經(jīng)過 R2,R3 分壓后供給 SCR 控制極一個約 2V 左右的 開關(guān)信號 使開關(guān)管 V2 導(dǎo)通 燈泡發(fā)光 當(dāng) CD4011 的 3 腳為低電平時 開關(guān)管關(guān)斷 LED。，熄滅，直到 3 腳變?yōu)楦唠娖綍r才亮。電路如圖 3-6 所示。R 2 V 3 6 K R 1 8 K 3 G N 圖 3-6 開關(guān)電路 3.5 照明電路設(shè)計 照明電路即一系列發(fā)光設(shè)備，如發(fā)光燈、二極管等，通過控制電路，控制其亮滅。3.6 整體電路設(shè)計 交流電經(jīng) D1—4 整流后，經(jīng) R1、R2 分壓，在 C1 兩端獲得約 12V 的工作電壓，供控 制電路工作。R9 為光敏電阻，白天時在光照的作用下，呈低阻狀態(tài)，CD4011（2）腳處于 低電平，而由于 R5 的存在，在靜態(tài)時 VT 為導(dǎo)通狀態(tài)，CD4011（1）腳為低電平，其（3）腳輸出為高電平。該電平經(jīng)與非門反相后 CD4011（4）腳為低電平，使二極管 D5 因處于 反偏狀態(tài)而截止，使得 CD4011（11）腳為低電平，晶閘管 Q1 處于截止?fàn)顟B(tài)，燈 LED0 不 亮。傍晚光線變暗時，光敏電阻 R9 的阻值變大，使 CD4011 的（2）腳為高電平，但由于 其第（1）腳仍為低電平，所以（11）腳輸出仍為低電平，燈 LED0 不亮。只有在有聲音時，才能合聲傳感器的 Mic2 產(chǎn)生一個電信號，經(jīng) C3 耦合到 VT 的基極，使 VT 的集電極瞬時 輸出高電平，CD4011 的（1）腳為高電平，（3）腳輸出為低電平，與非門反相后（4）腳 5 D T

輸出高電平，使 D5 導(dǎo)通，并對 C2 進(jìn)行充電。與此同時，（10）腳輸出低電平使（11）腳 輸出為高電平，并觸發(fā)晶閘管 Q1 導(dǎo)通，燈 LED0 被點亮。由于外部的聲音是短暫的，為 了使燈 LED0 有一個足夠的點亮?xí)r間，在電路加入 R6 和 C2，這樣，即使 CD4011 的（4）腳變?yōu)榈碗娖?，截止，D5 但由于 C2 上充了電的電壓不會產(chǎn)生突變，仍有電壓加在 CD4011 的（8）（9）腳使（10）腳輸出為低電平，而（11）腳輸出仍為高電平，維持 Q1 的導(dǎo)通，燈 LED0 仍被點亮。隨著 C2 上的電壓下降到一定的程度，（10）腳的輸出變?yōu)楦唠娖?，進(jìn) 而（11）腳為低電平，因失去觸發(fā)電壓，晶閘管 Q1 截止，燈 LED0 因失去觸發(fā)電流而熄 滅。電路如圖 3-7 所示。R 1 1 6 0 K R 5 1 D1~D4 R 4 R 7 2 C 1 3 1 2 2 μ F 1 8 K 3 M 5 1 0 K 4 1 1 0 9 8 R 5 1 R 2 V T 2 4 8 3 C 3 6 1 Q 1 D 5 7 1 SCR 1 8 K 0.01μF R 3 G N 1 K R 6 C 2 D CD4011 4 3 R L E D 0 Mic2 MK1 3.3M R G G N N 圖 3-7 整體電路 4 總體性能及完善措施 本次設(shè)計是根據(jù)環(huán)境的亮暗和聲音的有無實現(xiàn)路燈的亮滅，即自動實現(xiàn)白天光線較暗 和晚上遇到聲響時，路燈自動點亮，從而實現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，既方便又實用。但是 在本系統(tǒng)的設(shè)計中，如何提高系統(tǒng)在光線臨界狀態(tài)的穩(wěn)定性，是設(shè)計的問題所在。由于光 敏電阻的電阻值變化是連續(xù)的，因此在靠近臨界點時，容易造成不穩(wěn)定。若在設(shè)計中若能 用運(yùn)放電路來完成處理，則可將運(yùn)放接成電壓比較器的方式，這樣可以完成較為精確的起 控；若采用分立元件來處理，可以采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定工作點，只有當(dāng)分壓大于穩(wěn)壓管的擊 穿電壓時，電路才能起控。此問題還應(yīng)在日后的設(shè)計中逐步完善。D D G 9 K 6 5 心得體會 對于這次課程設(shè)計，由于以前做實驗的時候已經(jīng)接觸過類似的題目，所以做起來不是 很困難。但是，開始做設(shè)計時總是會犯一些錯誤，只有經(jīng)過不停的改錯，才能得到正確的 設(shè)計，這也說明了作為電路設(shè)計人員是不能粗心大意的。一個設(shè)計電路質(zhì)量的高低與你細(xì) 心與否有著一定的聯(lián)系。所以，在設(shè)計中要求我要有毅力，還要細(xì)心，稍有不慎，一個小 小的錯誤就會導(dǎo)致結(jié)果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設(shè)計 和設(shè)計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事電路設(shè)計工作會有一定的幫助。雖然設(shè)計過程不是一帆風(fēng)順，遇到了許多問題，但整個過程讓我學(xué)到了很多平時沒學(xué) 到的知識。通過這次設(shè)計更進(jìn)一步的提高了我的思維能力，動手能力，增強(qiáng)了對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。希望以此為起點，在以后的學(xué)習(xí)中能更積極的動腦動手，提高自己的綜合能力，為以后的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn) [1]童詩白，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版.[2]翁飛兵、陳棣湘，電子技術(shù)實踐教程.[3]王楚、徐道衡，電子線路原理.7

第二篇：13061922-《傳感器與檢測技術(shù)》課程設(shè)計大綱

《傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計》大綱

課程設(shè)計名稱：傳感器與檢測技術(shù)課程設(shè)計

英文名稱： Sensor and Monitoring Technology Course Design 課程性質(zhì)：專業(yè)課；必修課；非獨立設(shè)課 課程編號：

適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程；第5學(xué)期

學(xué)時學(xué)分：課程總學(xué)時20；課程總學(xué)分1；

大綱主筆：

課程設(shè)計指導(dǎo)書：耿欣主編.傳感器與檢測技術(shù)（項目教學(xué)版），北京：清華大學(xué)出版社

一、實驗課程的任務(wù)與要求（1）任務(wù)：

本課程設(shè)計是在學(xué)完《傳感器與檢測技術(shù)》之后，綜合利用所學(xué)傳感器知識完成一個傳感器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計并在實驗室實現(xiàn)。該課程設(shè)計的主要任務(wù)：

1.是通過解決

一、兩個實際問題，鞏固和加深對常用傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、特性的認(rèn)識和基本知識的理解，提高綜合運(yùn)用課程所學(xué)知識的能力。

2.培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題的方法。

3.通過實際電路方案的分析比較，設(shè)計計算，元件選擇，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單傳感器電路的分析方法和工程設(shè)計方法。

4.掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會簡單傳感器控制電路的實驗調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測試方法，提高動手能力。能在教師指導(dǎo)下，完成課題任務(wù)。

5.了解與課題有關(guān)的電子線路以及元器件工程規(guī)范，能按課程設(shè)計任務(wù)書的要求編寫設(shè)計說明書，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能正確繪制電路圖等。

6.培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，逐步建立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟(jì)觀點和全局觀點，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。

二、實驗設(shè)備及要求

（1）深圳訊方物聯(lián)網(wǎng)傳感器實驗箱。

（2）示波器、穩(wěn)壓電源、萬用表、導(dǎo)線若干。

三、實驗考核

（1）設(shè)計報告要求：

要求設(shè)計報告按以下條目順序編寫： 封面 摘要

正文（主要內(nèi)容有）

設(shè)計任務(wù)書及主要技術(shù)指標(biāo)和要求。選定方案論證及整機(jī)電路的工作原理。單元電路的設(shè)計計算、元器件選擇、電路圖。

實際電路性能指標(biāo)測試結(jié)果，其中包括實測記錄的整理和分析，注意要用必要的曲線、圖表加以說明，還應(yīng)主明測試方法和儀器型號等；對調(diào)試中出現(xiàn)的主要問題應(yīng)作出分析，從理論和實踐的結(jié)合上講清故障原因及改進(jìn)措施和效果；并按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)畫出整機(jī)電路圖，列出元件、器件明細(xì)表。

對設(shè)計成果作出評價，說明本設(shè)計的特點和存在問題，提出改進(jìn)設(shè)計意見。還可以談?wù)勍ㄟ^課程設(shè)計的收獲和心得體會。

（2）考核方式：

理論設(shè)計方案，演示所設(shè)計的系統(tǒng)，總成績40％； 設(shè)計報告，占總成績20％；

回答教師所提出的問題，占總成績30％； 考勤情況，占總成績10％；

考核成績分為優(yōu)、良、中、及格和不及格。

四、課程教材及參考書

教

材：《傳感器與檢測技術(shù)》（第3版），徐科軍主編，電子工業(yè)出版社.五、課程設(shè)計項目與內(nèi)容提要

(一)溫度監(jiān)控裝置

某些車間和實驗室里，對溫度有一定要求，尤其是夏天溫度太高，對工作人員的身體和儀器設(shè)備都有一定影響，為此需要對溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫度高于某一值時，就必須驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫，同時進(jìn)行報警。

（1）、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個控制系統(tǒng)，主要指標(biāo)如下： 溫度測量范圍：15~30C，分辨加0.05C。

溫度控制范圍 ：20＋5C，夏天使用，由本裝置驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)降溫。交流接觸器線圈的工作電流為100uA 報警指示，當(dāng)溫度大于25C，用紅燈報警。

（2）、要求完成任務(wù)，設(shè)計電路，安裝調(diào)試使之達(dá)到設(shè)計要求。

（二）、光電越限報警器

在有珍貴文物及危險物品存放的場所，如有人超越規(guī)定界線，造成危險或毀壞公物。在這此場所若

????安裝光電越限報警器，當(dāng)有人超越規(guī)定的界限時，立即發(fā)出報警，就能引起人們的注意，有利于保護(hù)文物或減少事故。實用的光電報警器，需要有適合的光學(xué)系統(tǒng)，本課題僅要求設(shè)計電路系統(tǒng)，至于光學(xué)器件僅做模擬實驗即可。

1、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計一個光電報警器，具有一下兩種功能之一：

有光照時，在一個1/4W，8歐姆的喇叭上發(fā)出音頻（1000HZ左右）報警信號，無光照時不發(fā)出信號；

無光照時發(fā)出音頻警信號，有光照時不發(fā)出信號。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路，并進(jìn)行安裝調(diào)試

（三）、產(chǎn)品計數(shù)器

利用光敏器件制成的產(chǎn)品計數(shù)器，具有非接觸、安全可靠的特點，可廣泛用于自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)品計數(shù)，如機(jī)械零件加工、輸送線產(chǎn)品、汽水、瓶裝酒類，還可用米來統(tǒng)計出入口人員的流動情況

1、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計一個光電產(chǎn)品計數(shù)器，主要指標(biāo)如下：（1）產(chǎn)品輸送的帶度大于等于10厘米；（2）產(chǎn)品計數(shù)為工作十進(jìn)制數(shù)。兩位

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路，并進(jìn)行安裝調(diào)試

（四）、自動供水裝置

自動供水裝置了實現(xiàn)憑票定量自動供應(yīng)開水，具有節(jié)約用水而又衛(wèi)生的優(yōu)點，特別適用于單位水房安裝使用。當(dāng)用水者打水時，需將鐵制的取水牌從投口投入，取水牌沿非磁性物質(zhì)制作的滑槽向下滑行，當(dāng)滑行到磁傳感部位，傳感器輸出信號經(jīng)控制電路驅(qū)動電磁閥打開，水從水龍頭流出，經(jīng)延時一定時間后，控制電路使電磁閥關(guān)閉，又恢復(fù)到停止供應(yīng)水的 狀態(tài)。

1、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計一個自動供水裝置，主要指標(biāo)為：

（1）電磁閥的開關(guān)僅用發(fā)光二極管來模擬；（2）電磁閥開3分鐘后關(guān)閉。

2、要求完成的任務(wù)

設(shè)計電路，并進(jìn)行安裝調(diào)試

（五）、布料厚度測量裝置

邊縫機(jī)的自動控制中，需要測量布料的厚度，以控制進(jìn)針的位置，本課題要求使用變方電容傳感器測量厚度，以電壓形式輸出。

1、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計一布料厚度測量裝置，主要指標(biāo)如下：

（1）厚度測量范圍：0~2.0mm;

（2）分辨力高于0.05mm;

（3）輸出電壓范圍：0~5V

2、要求完成的任務(wù)

完成裝置，測量電了的安裝調(diào)試使它達(dá)到設(shè)計要求。

（六）、路燈控制器 設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)：

1、設(shè)計一個路燈控制器具有以下功能：

（1）天黑時燈亮，利用光敏二極管的阻值變化，控制可控硅的導(dǎo)通。（2）天亮?xí)r，利用光敏二極管的阻值變小，控制可控硅的斷路，使燈熄滅。（3）或用繼電器控制燈的開、關(guān)。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路并進(jìn)行安裝調(diào)試。

（七）、光敏電阻制作的日光燈啟輝器

日光燈啟輝器是一種無觸點啟輝器。其特點是采用光控方式控制啟輝器的工作，可以在160~250伏范圍內(nèi)，快速點燃日光燈。設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)：

（1）光敏電阻RG選用硫化鎘電阻，暗電阻大于4M，亮阻小于2K。

（2）VD選用IN4007整流二極管，DW選用擊穿電壓為10~15伏穩(wěn)壓二極管。（3）VS選用MCR100—6可控硅。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路并進(jìn)行安裝調(diào)試。

（八）、感應(yīng)式傳感器制作的感應(yīng)式訊響器

1、本設(shè)計可用做觸木式報警器，如門把手、箱、包、柜等的防盜報警，也可作玩具等用。設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)：

（1）用手摸、捏感應(yīng)器時，揚(yáng)聲器發(fā)出響亮的音頻叫聲。（2）手離開感應(yīng)器時，延時1（S）左右，揚(yáng)聲器停止叫聲。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路并進(jìn)行安裝調(diào)試。

（九）、熱敏電阻制作的冰箱電子溫控器 溫控器由電源電路、溫控電路和啟動電路組成。

電源電路。由于低壓直流電供電，電流只用15~20MA，因此采用電阻降壓、半波整流和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。輸出電壓10伏。

啟動電路。一般壓縮機(jī)額定電流約為0.7~1.4A。采用10A雙向可控硅通斷壓縮機(jī)足夠用。溫控電路。利用熱敏電阻傳感器檢測冷藏室溫度來控制一個滯后電壓比較器的輸出電平，再控制可控硅的壓縮機(jī)的工作。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路并進(jìn)行安裝調(diào)試。

（十）、轉(zhuǎn)速控制電路的設(shè)計

1、本電路利用光電測速傳感器測出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，用直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動控制光電二極管的光照頻率。

2、要求完成的任務(wù) 設(shè)計電路并進(jìn)行安裝調(diào)試。

第三篇：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{計數(shù)型[脈沖或方波信號+計數(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，稱為靜態(tài)特性；輸出量對于隨時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，時間常數(shù)；二階系統(tǒng)：靜態(tài)靈敏度，時間常數(shù)，阻尼比。

傳感器的標(biāo)定：通過各種試驗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、部一級計量站允許誤差±0.01%，市、企業(yè)計量站允許誤差±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)實心電位計）等。電位計結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號大，性能穩(wěn)定，并容易實現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系。其缺點是要求輸入能量大，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?線性電位計的空載特性：

Rx?KRxl，KR----電位計的電阻靈敏度（Ω/m）。電位計輸出空載電壓為U0?Uix?Kuxl，Ku------電位計的電壓靈敏度（V/m）。

C?電容式傳感器的基本原理：

?S?r?oS???δ、S和εr中的某一項或幾項有變化時，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：優(yōu)點：溫度特性好，結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)好，可以實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。缺點：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：零點殘余電壓（當(dāng)差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當(dāng)使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值（從零點幾mV到數(shù)十mV）存在，稱為零點殘余電壓。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，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，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，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，條紋間距BH?WRWRBH?r1?r2；偏心放置時，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,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，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，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，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，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：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，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，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，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，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，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)）。因為其本身內(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：一類是只要求瞬時知道處理結(jié)果，以及計算機(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，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，以實現(xiàn)實時控制指部的夾緊力。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，由于兩個端點溫度不同，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變化的溫度。特點是熱容量小、時間常數(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，α1=3.96847×10-3/℃,α2=-5.847×10-7/℃2，α3=-4.22×10-12/℃4。銅價格低，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產(chǎn)

2生感抗，或有交變磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在繞制時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溫度。測量溫度：T?Tr1/?T ；Tr:輻射溫度；εT：溫度T時物體的全輻射發(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，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，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，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，???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的運(yùn)算放大器A，當(dāng)△R=0時，電橋平衡，當(dāng)

UsUsUs?R?Uo?(R??R)?Uo?(1?)I1?I2?Us/(2R)22R2RR變化到R+△R時，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。特點是1）有源濾波器不用電感線圈，因而在體積、重量、價格、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。

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的時間協(xié)調(diào)：其控制方式有延時等待、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：在計算機(jī)能力允許時，可采用計算機(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，再按以上公司計算x。

線性化處理方法：可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(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，輸出信號才具有確定值。如果將其各離散點的幅值也作離散化，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---時延量，自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：1）當(dāng)時延??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，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，這是因為有x(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，其峰值偏離原點的位置為ηd，圖反映兩信號相互有ηd時移時，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)計獨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，an?0,a0?0，此時

?x(t)??bnsinnw0tn?1?；如果周期信號x(t)為偶函數(shù)時，bn?0，此時x(t)?a0??ancosnw0tn?1。周期信號頻譜特點：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。互功率譜密度函數(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，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、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是：1）汽車發(fā)動機(jī)的正時點火、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。

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?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項。

（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將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

（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，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)計劃,而且列入國家電力建設(shè)計劃,同時也在一些重大工程項目中得到應(yīng)用。2003年底，我國太陽能電池的累計裝機(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？

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)電的缺點是效率很低而成本很高，估計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，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.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。現(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劃, 日本推出的是陽光計劃。NREL光伏計劃是美國國家光伏計劃的一項重要的內(nèi)容，該計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)計劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度。日本也正在實施太陽能“7萬套工程計劃”，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”高科技計劃，推出了“10萬套工程計劃”。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。計劃將從2001年開始，花4年時間完成。

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)計和預(yù)測報告顯示,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，總計年產(chǎn)能在800MW以上。

2009年，國務(wù)院根據(jù)工信提供的報告指出多晶硅產(chǎn)能過剩，實際業(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，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，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)與合理定價等問題。同時可借鑒國外的成功經(jīng)驗，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，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，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池。控制器的性能不好時，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)。

因為直接將電能輸入電網(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，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（雙饋變流器，全功率變流器）。

第五篇：傳感器與測試技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書

陜西電大機(jī)械設(shè)計制造及其自動化(本科)專業(yè)

《傳感器具與測試技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書

設(shè)計題目：

1．應(yīng)變式稱重傳感器設(shè)計

2．電冰箱溫度超標(biāo)指示器設(shè)計

3．位移測試與測試系統(tǒng)標(biāo)定設(shè)計

4．溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

5．電容式液位計的設(shè)計

6．便攜式酒精探測儀的設(shè)計

7．超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計

8．電容式加速度系統(tǒng)的設(shè)計

9．電渦流式傳感器設(shè)計

設(shè)計任務(wù)：

1．根據(jù)設(shè)計要求，分析傳感器的工作原理，結(jié)構(gòu)，材料，特性，分析，轉(zhuǎn)換電路等

2．根據(jù)設(shè)計要求，制定設(shè)計方案，確定傳感器設(shè)計圖及傳感器轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、仿真調(diào)試。

3.編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括：

① 設(shè)計題目、設(shè)計過程和有關(guān)說明。

② 原理圖，功能方框圖，電路分析等。

③ 元器件的選擇和有關(guān)計算。

④ 電氣設(shè)備明細(xì)表。

⑤ 參考資料、參考書及參考手冊。

⑥ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。

參考書目：

傳感器與測試技術(shù)，譚定忠主著，中央電大出版社

新編傳感器技術(shù)手冊，李科杰主編，國防工業(yè)出版社

備注：題目可自擬，每個設(shè)計題目要求自己制擬定。

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聯(lián)系人：趙亞楠