自考传感器与检测技术(2202)识记、领会要点、主要类型计算题.pdf

1 传感器与检测技术 传感器与检测技术 识记识记、领会要点领会要点加主要类型计算题 加主要类型计算题 第一 章 第一 章 概 述 概 述 识记识记 ： 1. 传感 器的定义传感 器的定义 。 传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 2. 传感 器主要性 能传感 器主要性 能指标指标的 含义的 含义。 。 静 态 特 性静 态 特 性 ：传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传 感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。 表征传感器静态特性的指针主要有线性度，敏感度，重复性等。 动 态 特 性动 态 特 性 ：传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特 性称为动态特性，简称动特性。 有 频率响应范围，幅值误差，相位误差，时间常数，阻尼比，固有频率。 3. 传感 器的标定 及校准的 基本概念传感 器的标定 及校准的 基本概念 。 。 标定标定 ：明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电 量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间的过程。 校准校准 ：是指传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数 进行复测或作必要的调整与修正，以确保传感器的测量精度。 领会领会 ： 1. 常用 传感器一 般组成的 基本概念常用 传感器一 般组成的 基本概念 。（。（框图框图 ） 2. 按不 同分类方 法对传感 器进行分 类按不 同分类方 法对传感 器进行分 类。 。 按被 测量对象 分类按被 测量对象 分类： 内部信息传感器，外部信息传感器。 按工 作机理按工 作机理分 类分 类： （1）物性型传感器 利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式 传感器、压电式传感器） 。 （2） 结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的 （主要有电感式传感器； 电容式传感器；光栅式传感器） 。 按被 测物理量 分类按被 测物理量 分类： 如移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 按工 作原理分 类按工 作原理分 类： 要是有利于传感器的设计和应用。p2 表 11 按传 感器能量 源分类按传 感器能量 源分类： （1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电 式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型； 被测量 敏 感 元 件 转 换 元 件 基 本 转 换 电 路 电量 2 （2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、 电感式、霍尔式） 。 按输 出信号的 性质分类按输 出信号的 性质分类 ：开关型（二值型） ，模拟型，数字型。 3. 表述 传感器的 输出与表述 传感器的 输出与输 入之间的 关系及传 感器主 要性能要 求输 入之间的 关系及传 感器主 要性能要 求， ， 掌握 和表述 掌握 和表述 传感 器的主要 性能指标传感 器的主要 性能指标 。 。 传感 器传感 器输出输出与与 输入输入间的 关系间的 关系：静态特性和动态特性。 主要 性能要求主要 性能要求 ：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好；5） 抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧； 主要 性能指标主要 性能指标 ： p5 表 12 4. 掌握掌握 传感器的 标定与校 准的基本 方法传感器的 标定与校 准的基本 方法。 。 静 态标 定静 态标 定 :给传感器输入已知不变的标准非电量，测出其输出，给出标定方程和标定常 数，计算其灵敏度，线性度，滞差，重复性等传感器的静态指标。 静态标定系统的关键在于被测非电量的标准发生器及标准检测系统。 动态 标定动态 标定：用以检验测试传感器的动态性能指标，分为 1）绝对标定法：进度较高，但 所需设备复杂。2）比较法又称“背靠背法” 。 5. 简述 传感器与 检测技术 的发展方 向简述 传感器与 检测技术 的发展方 向。 。 开发 新型传感 器开发 新型传感 器：利用新材料制作传感器；利用新加工技术制作传感器；采用 新原理制作传感器。 传 感 检测 技术 的智 能 化传 感 检测 技术 的智 能 化： 传感检测系统目前迅速地由模拟式、数字式向智能化方向 发展。 功能：自动调零和自动校准；自动量程转换；自动选择功能；自动数据处理和误差 修正；自动定时测量；自动故障诊断。 复合 传感器 复合 传感器 研究 生物感官研究 生物感官 ，开发仿 生传感器 开发仿 生传感器 第二 章 第二 章 位 移检测传 感器 位 移检测传 感器 识记识记 ： 1. 位移 传感器的 分类位移 传感器的 分类，参 量型和发 电型位移 传感器 的定义参 量型和发 电型位移 传感器 的定义。 。 位移 传感器的 分类位移 传感器的 分类： 参量型位移传感器，发电型位移传感器，大位移传感器。 参量 位移传感 器参量 位移传感 器： 是将被测物理量转化为电参数，即电阻，电容或电感等。 发电 型位移传 感器发电 型位移传 感器： 是将被测物理量转化为电源性参量，如电动势、电荷等。 2. 电位 计电位 计位移传 感器的电 阻灵敏度位移传 感器的电 阻灵敏度 ，电压灵 敏度的 概念电压灵 敏度的 概念。 ui r，l x rx u0 3 线性电位计的空载特性： xr r rxk x l = (kr电位计的电阻灵敏度)。 电位计输出空载电压为： 0 i u u uxk x l = (ku电位计的电压灵敏度)。 3. 电容 传感器与 电感传感 器的灵敏 度概念电容 传感器与 电感传感 器的灵敏 度概念。 变极距型电容位移传感器的灵敏度： 2 0 c k d = s d 4. 差动 式电容传 感器的特 点差动 式电容传 感器的特 点。 灵敏度得到了提高，且零点附近工作的线性度也得到了改善。 5. 电感 式位移传 感器的类 型电感 式位移传 感器的类 型，工作 原理工作 原理。 电感式位移传感器主要类型有自感式、互感式、涡流式和压磁式，通过将被测物理 量位移转化为自感 l,互感 m 的变化，并通过测量电感量的变化确定位移量。 6. 发电 型位移传 感器的定 义发电 型位移传 感器的定 义。 发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。 7. 大位 移磁栅式 传感器的 类型及用 途大位 移磁栅式 传感器的 类型及用 途。 磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位移传感器，分别用于测量线位移 和角位移。 8. 光栅 式位移传 感器的种 类光栅 式位移传 感器的种 类。 光栅式位移传感器有长光栅和圆光栅。 9. 感应 同步器的 种类感应 同步器的 种类。 感应同步器可分为直线式和旋转式两种。 领会领会 ： 1. 电位 计位移传 感器的工 作原理电位 计位移传 感器的工 作原理， 选用条件选用条件 。 讲直线位移、角位移转换为电阻变化，要求输入能量大因其摩擦、噪声比较大。 2. 电容 传感器的 工作原理电容 传感器的 工作原理 。 是利用电容量的变化来测量线位移或角位移的装置。 3. 变极 距型电容 式位移传 感器变极 距型电容 式位移传 感器，变面积 型电容位移 传感器变面积 型电容位移 传感器，变介 质型电容 位 变介 质型电容 位 移传 感器的特 点及应用移传 感器的特 点及应用 。 。 变极 距型的电 容位移传 感器变极 距型的电 容位移传 感器：有较高的灵敏度，但电容变化与极距变化之间为非线 性关系，其它两种类型的位移传感器具有比较好的线性，但敏度比较低。 变极 板面积型 电容位移 传感器变极 板面积型 电容位移 传感器： 用于线位移测量，也可用于角位移测量。 变介 质型电容 式位移传 感器变介 质型电容 式位移传 感器： 用于位移或尺寸测量的改变介质型电容位移传感器， 4 一般都具有较好的线性特性，但也有输入/输出呈非线性关系。 4. 位移 与电容变 化量之间 的关系位移 与电容变 化量之间 的关系。 s c d = 5. 传感 测试系统 的分辨力 及动态范 围的求法传感 测试系统 的分辨力 及动态范 围的求法 。 6. 自感 式位移传 感器的自 感系数自感 式位移传 感器的自 感系数 l 与位移 之间的关 系与位移 之间的关 系。 p2021 7. 长磁 栅位移传 感器的工 作原理长磁 栅位移传 感器的工 作原理。 在非磁性材料上镀一层磁性薄膜。 利用磁头按一定方向以剩磁的形式记录一周期的信号， 信号呈现 sn，ns 极性排布。测量时利用重放磁头将信号还原，从而得知位移。 8. 长光 栅位移传 感器的工 作原理长光 栅位移传 感器的工 作原理。 在两块光学玻璃上刻上密布、均匀、平行细线，使其细线间错开一微小夹角并产生莫 尔条纹。当两栅沿主栅线垂直方向产生位移时，通过莫尔条纹移动个数及方向可知位移。 9. 直线 感应同步 器的原理 与结构直线 感应同步 器的原理 与结构。 。 原理原理 ：当滑块的两相绕组用交流电励磁时，由于电磁感应，在定尺的绕组中会产生与励 磁电压同频率的交变感应电动势 e。当滑尺相对定尺移动时，滑尺与定尺的相对位置发生变 化，改变了通过定尺绕组的磁通，从而改变了定尺绕组中输入的感应电动势 e。 结构结构 ：感应同步器由一个固定连续绕阻和一个滑动分段绕阻组成。 第三 章 第三 章 力力 ，扭矩和 压力传感器 扭矩和 压力传感器 识记识记 : 1. 测力 传感器的 分类方式 及其种类测力 传感器的 分类方式 及其种类 。 测量力的传感器多为电气式，根据转换方式分为参量型和发电型。参量型测力传感器有 电阻应变式，电容式，电感式，发电型测力传感器有压电式，压磁式。 5 2. 电阻 应变效应 及压阻效 应概念电阻 应变效应 及压阻效 应概念。 。 电阻 应变效应电阻 应变效应 :在外力作用下导体发生几何形状变化，从而导致电阻变化。 压压阻 效应阻 效应： 固体受到压力作用时，其电阻率发生变化，这种现象称为压阻效应。 3. 应变 片的接桥 方式应变 片的接桥 方式。 4. 正压 电效应及 逆压电效 应概念正压 电效应及 逆压电效 应概念。 。 正压 电效应正压 电效应 :是当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时， 在其相应的两个相对表面 产生极性相反的电荷， 当外力去掉后， 又恢复到不带电状态， 电荷的极性取决于变形的形式。 逆压 电效应逆压 电效应 :是当某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电 场撤去后，变形也随之消失。 5. 压磁 效应概念压磁 效应概念 。 是在机械力作用下，铁磁材料内部产生应力变化，使磁导率发生变化，磁阻相应也发 生的现象。 外力是拉力时， 在作用力方向铁磁材料磁导率提高， 垂直作用力方向磁导率降低； 作用力为压力时，则反之。 领会领会 ： 1. 应变 式测力传 感器的工 作原理应变 式测力传 感器的工 作原理，力与 应变的关系力与 应变的关系，电桥输出电电桥输出电 压与力之 间 压与力之 间 的关 系的关 系。 。 应 变 式 测 力 传 感器 的 工 作 原理应 变 式 测 力 传 感器 的 工 作 原理 :是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力作用下产 生应变， 利用贴在弹性元件上应变片将应变转换成电阻的变化， 然后利用电桥将电阻变化转 换成电压或电流的变化，在送入测量放大电路测量。 又： f e s = 等应力表达式，可计算得 f 2. 半导 体应变片 的工作原 理半导 体应变片 的工作原 理。 即压阻效应（见本章识记 3） 3. 压电 力传感器 的等效电 路及后接 放大器的 形式压电 力传感器 的等效电 路及后接 放大器的 形式。 3 124 0 4 i ur rrr u rrrr =+ x r k r = ( ) 01234 4 i u uk =+ 6 4. 压磁 式力传感 器压磁 式力传感 器的工作 原理的工作 原理。 即压磁效应（见本章识记 5） 5. 应变 式扭矩传 感器应变 式扭矩传 感器，压 磁式扭矩 仪压 磁式扭矩 仪，电容 式扭矩 仪的工作 原理电容 式扭矩 仪的工作 原理。 。 应变 式扭矩传 感器应变 式扭矩传 感器：轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，此应变可用电阻 应变片测量。 （集流环按工作原理分类：电刷滑环式、水银式、感应式。 ） 压 磁式扭矩 仪压 磁式扭矩 仪： 又叫磁弹式扭矩仪工作原理是根据磁弹效应，受扭矩作用的轴的导磁 性发生相应变化，即磁导率发生变化，从而引起线圈的感抗变化，通过测量电路测量感抗的 变化可确定扭矩。 电 容式扭矩 仪电 容式扭矩 仪： 利用机械结构，将轴受扭矩作用后的两端相对转角变化变换成电容器 两极板之间的相对有效面积的变化， 引起电容量的变化来测量扭矩。 其最要优点是灵敏度高， 测量时它需要集流装置传输信号。 6. 电容 式压力传 感器电容 式压力传 感器 ，电感式 压力传感 器，电感式 压力传感 器，涡流式 压力传感 器，涡流式 压力传感 器，霍尔式压 力 霍尔式压 力 传感 器传感 器，压电 式力传感 器的工作 原理及结 构压电 式力传感 器的工作 原理及结 构，使 用条件使 用条件。 。 电容 式压力传 感器电容 式压力传 感器 是将压力转换成电容的变化，经电路变换成电量输出。其特点是灵 敏度高，适合测量微压，频响好，抗干扰能力较强。 电感 式压力传 感器电感 式压力传 感器 是将压力变化转换成电感变化， 通过测量电路再将电感变化转换成 电量实现压力测量。其特点是频响低，使用于静态或变化缓慢压力的测试。 涡流 式压力传 感器涡流 式压力传 感器 属于电感式压力传感器中的一种，它是利用涡流效应将压力变换成 线圈阻抗的变化，再经测量电路转换成电量。它有良好的动态特性，适合在爆炸等极其恶劣 的条件下工作，如测量冲击波。 霍尔 式压力传 感器霍尔 式压力传 感器 结构原理是波登管在压力作用下其末端产生位移，带动了霍尔元件 在均匀梯度的磁场中运动。由于波登管的频响较低，适用于静态或变化缓慢压力的测量。 7 压电 式压力传 感器压电 式压力传 感器 工作原理是压力通过膜片或活塞，压块作用在晶片上，晶片上是产 生了电荷，经后接放大器的变换，由显示或记录仪器显示或记录，实现对压力的测量。其特 点是具有频响宽，可测压力范围大，体积小，重量轻，安装方便，可测多向压力等特点，应 用广泛，适用于测动态力和冲击力，但不适于测静态力。 第四 章 第四 章 速 度速 度，加速 度传感器 加速 度传感器 识记识记 ： 1. 直流 测速发电 机直流 测速发电 机，交流 测速发电 机的工作 原理交流 测速发电 机的工作 原理。 。 直 流测速 发电 机直 流测速 发电 机: 根据电磁感应原理，在恒定磁场中，旋转的电枢绕组切割磁通，并 产生感应电动势，而后测速的发电机。 交 流测速 发电 机交 流测速 发电 机: 利用定子，转子齿槽相互的位置的变化，使输出绕组中的磁通产生 脉冲，从而产生感应电动势。可分为永磁式，感应式和脉冲式三种。 2. 变磁 通式速度变磁 通式速度，角 速度传感 器的工作 原理角 速度传感 器的工作 原理；开磁路 式和闭磁 路式速度 传感 开磁路 式和闭磁 路式速度 传感 器的 类型器的 类型。 变磁通式的转速 n=60f/z ；角速度=2f /z=2/zt； 开磁 路式开磁 路式 结构简单，体积较小，但输出信号弱，不易测量高转速。 闭磁 路式闭磁 路式 测量范围大，为（504000）r/min，可连续使用，且方便、可靠。 3. 陀螺 式角速度 传感器的 类型陀螺 式角速度 传感器的 类型。 陀螺式角速度传感器可分为：转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺。 4. 常用 加速度传 感器的种 类常用 加速度传 感器的种 类。 常用加速度传感器的种类有压电式，应变式，磁致伸缩式。 5. 压电 加速度传 感器的类 型压电 加速度传 感器的类 型，工作 原理工作 原理。 压电加速度传感器可分为三种类型：压缩型，剪切型，弯曲型。 工作 原理工作 原理： 利用压电陶瓷的压电效应可构成不同使用要求的振动加速度传感器。 领会领会 ： 1. 直流 测速发电 机的输出 特性直流 测速发电 机的输出 特性。 。 空载 时空载 时，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，因而输出电压与转速成正 比。负载时负载时 ，测速发电机的输出电压应比空载时小，这是电阻 rs（中枢绕组）的电压降造 8 成的。 2. 直流 测速发电 机测速产 生误差的 原因及改 进方法直流 测速发电 机测速产 生误差的 原因及改 进方法 。 。 有 负 载 时有 负 载 时 ，电枢反映去磁作用的影响，使输出电压不再与转速成正比，遇到这种问 题可以在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值。 电 刷 接 触 降 压的 影 响电 刷 接 触 降 压的 影 响 ，这是因为电刷接触电阻是非线性的，即当电机转速较低， 相应的电枢电流较小时接触电阻较大，从而使输出电压很小，只有当转速较高，电枢电流较 大时，电刷压降才可以认为是常数，为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不灵敏区，应采 用接触压降较小的铜石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银。 温 度 影 响温 度 影 响 ，这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其电阻值也相应增大，从而 使励磁电流减小的缘故， 在实际使用中可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较 大的附加电阻，在接到励磁电源上。 3. 线性 振动速度 传感器的 工作原理线性 振动速度 传感器的 工作原理 。 当一个绕有 n 匝的线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁 感应定律可得其线圈产生感应电动势。 4. 霍尔 式霍尔 式，电涡 流式速度 传感器的 工作原理电涡 流式速度 传感器的 工作原理 。 。 霍尔 式霍尔 式：利用霍尔元件组成的传感器，在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小 磁钢附近， 当被测物转动时， 每当一个小磁钢转过霍尔元件， 霍尔元件输出一个相应的脉冲， 测得单位时间内的脉冲个数，即可得被测物的转速和角速度。 电 涡 流 式电 涡 流 式 ： 在传感器靠近在被测物上设定的等距标记安装，当被测物转动时，传感器 输出频率与转速成正比的信号。 、 5. 转子 陀螺式转子 陀螺式 ，压电 陀螺式，压电 陀螺式 ，激光陀 螺式，激光陀 螺式，光纤陀螺 式角速度 传感器的 工作 光纤陀螺 式角速度 传感器的 工作 原理 与特点原理 与特点。 。 转 子 陀 螺 式转 子 陀 螺 式 角速度传感器是一种惯性传感器，安装简单，使用方便，但有机械活动部 件，被测角速度范围30120/s，质量较大，成本高，寿命低。 压电 陀螺式压电 陀螺式 利用压电晶体的压电效应工作，分：振梁型、双晶片型、圆管型。 激光 陀螺式激光 陀螺式 利用环形干涉原理测量角速度。 光 纤 陀 螺 式光 纤 陀 螺 式 具有无机械传动部件、无需预热时间、对加速度不敏感、动态范围宽、体 积小、灵敏度高等优点。 6. 半导 体硅流速 传感器测 速及流向 的工作原 理半导 体硅流速 传感器测 速及流向 的工作原 理。 依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率与流体流速相关原理制成的。 7. 应变 式加速度 传感器的 工作原理应变 式加速度 传感器的 工作原理 。 经过质量弹簧惯性系统将加速度转换为力，再将力作用于弹性元件，从而将力转换为应 变，通过测量应变可以测量加速度。 8. 说明 压电加速 度传感器 要使用高 输入阻抗 电荷放 大器的原 因说明 压电加速 度传感器 要使用高 输入阻抗 电荷放 大器的原 因。 压电传感器的内阻抗很高，输出的能量很微小，为了减小漏电流以减小测量误差要在接 高输入阻抗的前置放大器。 9 第五 章 第五 章 视 觉视 觉，触觉 传感器 触觉 传感器 识记识记 ： 1. 视觉 传感器的 组成及各 组成环节 的作用视觉 传感器的 组成及各 组成环节 的作用。 。 照明 部照明 部： 为了从被测物体得到光学信息而需要照明， 是充分发挥传感器性能的重要条件。 接受 部接受 部： 由透镜和虑光片组成，具有聚成光学图像或抽出有效信息的功能。 光电 转换部光电 转换部： 将光学图像信息转换成电信号。 扫描 部扫描 部： 将二维图像的电信号转换为时间序列的一维信号。 2. 视觉 传感器单 个像素的 光电变换 原理视觉 传感器单 个像素的 光电变换 原理。 。 领会领会 ： 1. 视觉 传感器在 机电一体 化系统中 的作用视觉 传感器在 机电一体 化系统中 的作用。 视觉传感器在机电一体化系统中的作用有三种：进行位置检测。进行图像识别进 行物体形状，尺寸缺陷的检测。 2. 光电 式摄像机光电 式摄像机 （工业电 视摄像机工业电 视摄像机 ）的工作 原理的工作 原理。 透镜上的图像被阴极发射器发射的扫描电子束扫描记录下来，将图像的光信号转换成关 于时间的电信号输出。 3. 固体 半导体摄 像机的基 本原理固体 半导体摄 像机的基 本原理。 （？）（？） 它由许多光电二极管组成阵列，作为摄像机的感光部分以代替光导摄像管。它是由摄像 元件（ccd） ，信号处理电路，驱动电路和电源组成。摄像元件（ccd）是一种 mos 行晶 体开光集成电路。 4. 红外 图像传感 器的工作 原理红外 图像传感 器的工作 原理。 红外图像传感器是把波长（220）um 的红外光图像变换成如同电视图像的时序扫描信 号输出的传感器。它通常由红外敏感元件和电子扫描电路组成。 5. 人工 视觉系统 的硬件构 成及各构 成部分硬 件的用 途人工 视觉系统 的硬件构 成及各构 成部分硬 件的用 途。 人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入，图像处理，图像存储和图像输出四个系统构 成。 各部件的用途是： （1） 图像输入是通过视觉传感器将对象物体变成二维或三维图像， 再经光电变换将光信 号变成电信号， 通过扫描采样将图像分解成许多像素， 再把表示各个像素信息的数据输入计 算机进行图像处理。 （2）图像处理是对获取的图像信息进行预处理（前处理） ，以滤去干扰，噪声，并作几 何，色彩方面的校正，以提高信噪比。目的目的是改善图像质量，以利于进行图像识别。 （3）图像存储是把表示图像各个像素的信息送到存储，以备调用。图像的信息量大。 （4）图像输出分为两类：?一类是只要求瞬时知道处理结果，以及计算机用对话形式进 行处理的显示终端，该类称为软拷贝。?另一类是可长时间保存结果，称为硬拷贝。 6. 硅橡 胶触觉传 感器的工 作原理硅橡 胶触觉传 感器的工 作原理； 光电式滑 动觉传 感器的工 作原理及 应用光电式滑 动觉传 感器的工 作原理及 应用。 10 硅橡 胶触觉传 感器的工 作原理硅橡 胶触觉传 感器的工 作原理 是将硅橡胶与金属电极对置，接触，硅橡胶受压其电 阻值就改变，当金属电极受力压硅橡胶时，输出电压相应变化。 光电 式滑动觉 传感器的 工作原理光电 式滑动觉 传感器的 工作原理 当手指体对接触物有相对滑动的时候， 利用机构装 置可将其转化为光电脉冲，从而测量滑动。借以感知操作对象的相对运动，以实现实时控制 指部的夹紧力。 第六 章 第六 章 温 度传感器 温 度传感器 识记识记 ： 1. 温度 测量方法温度 测量方法 ，各种测 温方法的各种测 温方法的 原理原理及适 用场合及适 用场合 。 。 接触 式接触 式的特点是感温元件与被测对象直接物理接触，进行热传导。 非接 触式非接 触式 的特点是感温元件与被测对象不物理接触，而是通过热辐射进行热传递。 2. 温温度 传感器的 分类度 传感器的 分类。 。 接触 式接触 式温度传 感器温度传 感器： 热电偶式温度传感器 电阻式温度传感器 非 接 触 式非 接 触 式 温 度传 感 器温 度传 感 器 ： 全辐射式温度传感器 亮度式温度传感器 比色式温度 传感器 3. 正温 度系数正温 度系数， 临界温度 系数临界温度 系数，负 温度系数 的含义负 温度系数 的含义 。 正温度系数即在测量温度范围内，其所得值随温度增加而增加。 临界温度系数即在临界温度附近所测值有急剧变化。 负温度系数即在测量温度范围内，其所得值随温度增加而下降。 4. 并联 热电偶并联 热电偶， 串联热电 偶的联接串联热电 偶的联接 。 并联热电偶 串联热电偶（热电堆） 并联热点偶：把几个同一型号的热电偶的同性电极参考端并联在一起，工作端 t 置于 不同温度下。适用于测量平均温度。 串联热电偶：把若干同一型号热电偶串联在一起，工作端 t 置于同一温度下。输出各 电动势之和。 领会领会 ： 1. 热 电偶式 温度传感 器的工作 原理热 电偶式 温度传感 器的工作 原理。 其工作原理为热电效应：热电效应： 即当两种不同金属导体两端相互紧密地连接在一起组成一个闭 合电路时，由于两个接触点温度 t和 t0 不同，回路中将产生热电动势，并有电流通过，这 种把热能转换成电能的现象称为热电效应。 11 2. 普 通热电 偶普 通热电 偶，铠装 热电偶铠装 热电偶， 薄膜热电 偶的结构 及特点薄膜热电 偶的结构 及特点。 。 普通 热电偶普通 热电偶： 主要用于测量液体和气体的温度。 铠 装 热 电 偶铠 装 热 电 偶 （ 缆式 热 电 偶缆式 热 电 偶 ） ：） ： 特点是测量结热容量小，热惯性小，动态响应快，挠 性好，适用于普通热电偶不能测量的空间温度。 薄 膜 热电 偶薄 膜 热电 偶： 主要用于测量固体表面小面积瞬时变化的温度，特点是热容量小，时间 常数小，反应速度快。 3. 热 电偶参 考端电位 补偿法热 电偶参 考端电位 补偿法。 热电偶参考端电位补偿法有：恒温法，温度修正法， 电桥补偿法，冷端补偿法，电位补偿法。 4. 中 间导体 定律中 间导体 定律。 导体 a，b 组成的热电偶，当引入第三个导体时，只要保持其两端温度相同，则对总热电 动势无影响。 5. 金 属热电 阻式金 属热电 阻式，热 敏电阻式 温度传感 器的测温 机理热 敏电阻式 温度传感 器的测温 机理，构 成构 成及特点及特点 。 。 金 属热电 阻式温度 传感器金 属热电 阻式温度 传感器 ：当外界温度升高时金属导体内部自由电子增多，电导率 增大电阻降低。 其传感器是电阻体， 电阻体是由金属导体构成的。 当下广泛使用的有铂电阻、 铜电阻和镍电阻。 热敏 电阻式温 度传感器热敏 电阻式温 度传感器 ：其使用的材料为陶瓷半导体，导电性能取决于电子空穴的 浓度。 低温下电子空穴浓度低电阻率大， 随着温度的升高下电子空穴浓度按指数规律增加， 电阻率迅速减小。 0 11 0 b tt t rr e = (r0 为 20 度时的电阻值，t 为热力学温度) 6. 半 导体温 度传感器半 导体温 度传感器 测温原理 及特点测温原理 及特点。 半导体温度传感器以半导体 pn 结的温度特性为理论基础的。正向或反向压降不变时， 电流随温度改变。正反电流不变时，pn 结的压降以约2mv/的灵敏度变化。 采用半导体二极管作温度传感器，有简单，价廉的优点，用它可制成半导体温度计，测 量范围在 （050） 度。 用晶体三极管制成的温度传感器测量精度高， 测量范围较宽在 （50150） 度之间，因而用于工业，医疗等领域的测量仪器或系统。 7. 全 辐射全 辐射， 亮度式及 比色温度 传感器的 测温方法亮度式及 比色温度 传感器的 测温方法 。 。 全辐 射全辐 射温度传感器是利用物体的全光谱范围内总辐射能量与温度的关系测量温度。 特点 是适用于远距离，不能直接接触的高温物体，其范围是（1002000 度） 。 亮度 式亮度 式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原理， 并以被测物体光谱的一 个狭窄区域内的亮度与标准辐射体亮度进行比较来测量温度。 特点是量程较宽， 有较高的测 量精度，一般用于测量（7003200 度）范围的浇铸。轧钢，锻压，热处理时的温度。 比 色温度传 感器比 色温度传 感器 以测量两个波长的辐射亮度之比为基础。特点是用于连续自动检测钢 水，铁水，炉渣和表面没有覆盖物的高温物体温度，其量程为（8002000）度，测量精度为 0.5%。它的优点是反应速度快，测量范围宽，测量温度接近于实际值。 12 第七 章 第七 章 气 敏气 敏，湿度湿度 ，水分传感 器 水分传感 器 识记识记 ： 1. 常用 气敏常用 气敏元元件 的种类件 的种类。 常用气敏元件的种类按其结构可分为：烧结型，薄膜型和厚膜型。 2. 氧化 型和还原 型气敏氧化 型和还原 型气敏元元 件的概念件的概念 。 如果材料的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向材料释放电子而成为正离子吸 附。氧气和氮氧化合物倾向于负离子吸附，称为氧化型气体。氢气，co 碳氢化合物和酒类 倾向于正离子吸附，称为还原型气体。 氧化型气体吸附在 n 型半导体上， 载流子增多电阻率下降。 还原型气体吸附在 n 型半导 体上，则反之。 3. 湿湿度 的定义及 其表达方 式度 的定义及 其表达方 式；相对 湿度和绝 对湿度 的定义及 应用场合相对 湿度和绝 对湿度 的定义及 应用场合 。 湿度是指大气中所含的水蒸气量。最常用的两种方法是绝对湿度和相对湿度。 绝对 湿度绝对 湿度 是指一定大小空间中水蒸气的绝对含量。 相对 湿度相对 湿度 是指为某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比值的百分数， 这是一个无量 纲值。其使用更为广泛。 4. 湿敏湿敏 元元件种类件种类 。 氯化锂湿敏元件，半导体陶瓷湿敏元件，热敏电阻湿敏元件，高分子膜湿敏元件。 5. 水分 的定义及 表示方法水分 的定义及 表示方法 。 水份是存在于物质中水的数量，以百分比表示。 6. 水分 传感器的 类型水分 传感器的 类型。 水份传感器（水份计）有直流电阻型，高频电阻型，电容率型，气体介质，近红外型， 中子型和核磁共振型。 领会领会 ： 1. 气敏气敏 元元件工作 机理件工作 机理。 气敏元件的工作机理是吸附效应。 半导瓷气敏电阻值将随吸附气体的数量和种类而改变。 （详见本章识记 2） 2. 半导半导 体陶体陶瓷湿瓷湿 敏敏元元件的 特征件的 特征。 半导体陶瓷湿敏元件的材料，主要是不同类型的金属氧化物。金属氧化物。 （有正负特性之分） 半导体湿敏元件具有较好的热稳定性，较强的抗沾污能力，能在恶劣，易污染的环境中 测得准确的湿度数据，而且有响应快，使用温度范围宽（可在 150 度以下使用） ，可加热清 洗。 3. 直流 电阻式水 分传感器 的工作原 理直流 电阻式水 分传感器 的工作原 理。 直流电阻式水分传感器的工作原理是利用了被测物质的电学性质，高分子物质的电阻 r 与其含水率 m 之间的关系，通过测定电阻值，就能测定水份含量。 第八 章 第八 章 传 感器检测 系统的构成传 感器检测 系统的构成 13 识记识记 ： 1. 电桥 的分类电桥 的分类。 按电源的不同电桥分为直流电桥和交流电桥。按电桥的工作方式可分为平衡电桥和不平 衡电桥。按电桥被测电阻的接入方式可分单臂电桥和差动电桥。 2. 电桥 的工作特 征指电桥 的工作特 征指标标。 衡量电桥的工作特性质量的两项指标是电桥的灵敏度及电桥的非线性误差。 3. 无源无源 ，有源高 通有源高 通、低通低通 ，带通带通、 带阻滤波 器的概 念带阻滤波 器的概 念。 。 无 源 滤波 器无 源 滤波 器： 若检测系统中对滤波要求不太高，可以采用无源滤波器。无源滤波器电 路简单，缺点是带负载能力差。 有源 滤波器有源 滤波器： 由运算放大器和 rc 网络组成。优点优点是（1）有源滤波器不用电感线圈， 因而在体积，重量，价格，线性等方面具有明显的优越性，便于集成化。 （2）由于运算放大 器输入阻抗高，输出阻抗低，可以提供良好的隔离性能，并可提供所需增益。 （3）可以使低 频截止频率达到很低范围。 带通带通 滤波器滤波器： 用于通过某一频段的信号，而将此频段以外的信号加以抑制或衰减。 带阻 滤波器带阻 滤波器：用于抑制某个频率范围内的信号，使其衰减让其它频率的信号得以通过。 4. 调制 与解调概 念调制 与解调概 念。 调制是指将直流信号换成交流信号的过程。常用的调制器有晶体管调制器和提高输出电 压的晶体管调制器。 调解是指当直流信号被调制成交流信号后，若再将该交流信号还原成直流信号。常用的 调制器是二极管调制器和三极管调制器。 5. d/a、 a/d 转换 器概念转换 器概念。 模/数（a/d）转换是指将模拟量变为数字量。数/模（d/a）是指将数字量变为模拟量。 6. d/a、 a/d 转换 器技术指 标转换 器技术指 标。 d/a： （1）分辨率：1/（2 n 1） （2）精度：转换器的精度是指输出模拟电压的实际值与 理想值之差。这种误差由参数电压的波动，运算放大器的零点漂移，模拟开关的压降以及电 阻阻值的偏差引起的。（3） 线性度。 通常用非线性误差的大小表示数/模转换器的线性度。 （4） 输出电压（或电流）的建立时间。 a/d： （1）分辨率：ui/2 n （2）相对精度：实际转换值和理想特性之间的最大偏差除 以输入转换值。 （3）转换速度：转换一次的时间。 领会领会 ： 1. 电桥 的工作原 理电桥 的工作原 理。 。 零测 法零测 法：电桥中一臂阻值 r1 随被测量变化，利用调节另一臂 r2 的阻值变化使其重新平 衡，从而计算出 r1 的变化及被测量的变化。 偏差 测量法偏差 测量法： r1 随被测量变化产生输出电压，则可计算得 r1 的变化。 2. 相敏 检波器的 工作原理相敏 检波器的 工作原理 。 14 3. 无源 及有源一无源 及有源一 、二阶高 通二阶高 通、低通低通 、带通带通、 带阻滤 波器的幅 频特性带阻滤 波器的幅 频特性。 无源低通 p127 图 821 a）；无源高通 p128 图 823 a）； 有源一阶低通 p130 图 825 b）；有源一阶高通 p132 图 827 b）； 有源二阶低通 p131 图 826 b）；有源二阶高通 p132 图 827 b）； 带通 p129 图 824 b）；带阻 p136 图 830 b）。 4. 数字 滤波的常 用方法数字 滤波的常 用方法。 （1）限定最大偏差法，它最要用于变化比较缓慢的参数。 （2）算术平均值法。适用于压 力测量，流量测量。 （3）加权平均滤波法。 5. 多路 模拟开关 工作多路 模拟开关 工作原理原理 及应用及应用。 。 原理原理 ：多路模拟开关电路由地址译码器和多路双向模拟开关组成，常用 cmos 工艺开 关。 应用应用 ：要采用多路信号，为了减少检测通道的设备，而使多个信号的采样共同使用一个 模/数转换器，需将经过多路传感器转换后的信号采用分时法切换到模/数转换器上。 6. 采样 保持器的 工作采样 保持器的 工作原理原理 。(p146148) 7. 干扰 的来源及 其形成干扰 的来源及 其形成。 。 来源来源 : 系统内部的干扰，系统外部的干扰。 形成形成 条件条件： 干扰源，干扰的耦合通道，干扰的接收电路。 8. 抑制 干扰的方 法抑制 干扰的方 法。 接地，屏蔽，滤波。 9. adc 与与 cpu 的 时间协调的 时间协调 。 adc 与 cpu 的时间协调，其时间常数远比 cpu 的指令周期长。其控制方式有（1）延 时等待式（2）中断式。 （3）查询式。 10. 显示 器工作原 理显示 器工作原 理。 (p163p167) 11. 光栅 式传感器 的四倍细 分原理及 辨向原理光栅 式传感器 的四倍细 分原理及 辨向原理 。 利用四个光电元件接受莫尔条纹信号，接收四个相位信号。并调节莫尔条纹宽度，使每 个光电元件宽度为 b h/4,从而实现四倍分。 若正向移动前一个光电元件的信号超前与下一元件/2 个相位，若反向移动则反之。从 而实现辨向。 第九 章 第九 章 信 号分析及 其在测试中 的应用 信 号分析及 其在测试中 的应用 识记识记 ： 1. 信号 的分类信号 的分类。 确定性信号，非确定性信号；模拟信号，离散信号； 2. 确定 性信号和 非确定性 信号的概确定 性信号和 非确定性 信号的概 念念；信号 的频谱信号 的频谱 。 。 确 定 性 信 号确 定 性 信 号 是指能用明确的数字解析关系式或图表描述的信号。确定性信号分为周期 15 信号和非周期信号。 非 确 定性 信号非 确 定性 信号 是指非周期性信号时域波形不确定，无法用确切的数字关系式描述，也 不能准确预测未来的结果的信号。 周期信号频谱的特点周期信号频谱的特点： （1）离散性：频谱谱线是离散的。 （2）收敛性：谐波幅值总的趋势 随谐波次数的增加而降低。 （3）谐波性：谱线只出现在基频整数倍的频率处。 非周期信号非周期