光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器.doc

光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转化原件的光电效应。光电效应是由物体吸收了能量为E的光后产生的电效应。外：材料中电子溢出表面的现象 内：电阻率发生改变的现象光生伏特效应：利用光势垒效应，指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电压。红限频率：光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的电子表面溢出功。这意味着每一种物体都有一个对应的红限阈值。光敏电阻：用具有内光电效应的光导材料制成，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。光敏电阻的优点：灵敏度高，体积小，重量轻，光谱响应范围宽，机械强度高，耐冲击和震动，寿命长。光导纤维：使用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的，每一根光导纤维由一个圆柱形纤芯和包层组成。光导纤维工作的基础是光的全内反射。热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置，他利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。热电阻测温的基础：大多数金属导体的电阻率随温度升高而增加，具有正的温度系数。（虽然大多数金属的电阻值随温度变化而变化，然而并不是所有的金属都能作为测量温度的热电阻。目前应用最广泛的热电阻材料是铜和铂，并且以做成标准测温热电阻）两种不同材料的导体AB串成一个闭合回路，并使结点1 、2处于不同温度下。那么回路中就会存在热电动势，因而就有电流产生，这一现象称为热电效应或塞贝克效应。接触电动势是由于互相接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。当两种不同的金属AB接触在一起时，在金属AB的接触处将会发生电子扩散电子扩散的速率和自由电子的密度及金属所处的温度成正比。设金属AB中自由电子密度分别为Na和Nb，并且NaNb,在单位时间内自由金属A扩散到金属B的电子数要比从B扩散到A的电子数多，这样，金属A因失去电子而带正点，金属B因而得到电子而带负点，于是在接触处便形成了电位差，即接触电动势。热敏电阻的特性线性化热敏电阻的电阻-温度特性呈指数关系，而测量和控制总是希望输出与输入呈线性关系。热敏电阻输出特性线性化的方法很多，最简单的方法使用温度系数很小的电阻与势敏电阻串联或并联，可以使等效电阻与温度的关系在一定的温度范围内是线性的。传感器的定义：1它是由敏感元件和转换原件构成的一种监测装置，不仅能感测被测量的信息，还能检测出感受到的信息2能按一定规律将被测量转换为电信号等输出形式，以满足信息传输、信息处理、信息储存、显示、纪录及控制的需要3传感器的输出与输入之间存在确定的关系，并能达到一定的测量精度、线性度和灵敏度指标。智能传感器的定义：就是带微处理器，兼有信息检测和信息处理功能的传感器。智能传感器的功能：1具有自动调零、自校准、自标定功能。2具有逻辑判断和信息处理功能。3具有自诊断功能4具有组态功能，使用灵活。5具有数据存储和记忆功能，能随时存取检测数据。6具有双向通信功能，能通过标准总线接线直接与微型计算机通信。 智能特点1高精度2宽量程3多功能4自适应能力强5高可靠性6高性价比7超小型化微型化8微功耗9高信噪比敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换原件是指传感器能将敏感元件的输出转换成适于传输和测量的电信号部分。测量传感器静态特性的主要指标是线性度，迟滞，重复性，分辨率，稳定性，温度稳定性，多种抗干扰能力等。线性度：指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度。又称为非线性误差。线性度与灵敏度误差：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。阶梯误差和分辨率的大小都是由线绕式电位器本身工作原理所决定的，是一种原理性误差。让决定了电位器可能达到的最高精度。在实际设计中，为改善阶梯误差和分辨率，需增加匝数，即减小导线直径或增加骨架长度。应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，他的电阻值相应发生变化。应变片灵敏度系数K与金属丝灵敏系数K产生差异的原因有两个：1零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。由实验可知，金属丝两端的剪力最大，轴向应力为零，部分剪力为零。轴向应力从两端处的零值开始，然后按指数规律上升到中间部分的最大，因此在金属丝两端的应力分布不均匀的，相当于参加形变的栅丝长度减少了一段。金属丝制成应变片后形成栅状结构，端部增多，灵敏系数下降。2金属丝沿长度方向承受应变EX时，应变片弯角部分承受应力，其截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使变化的灵敏电阻下降。上两种原因造成了应变片的灵敏系数K比金属丝的应变灵敏系数低。横向效应：沿应变片轴向的应变EX必然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向应变EY，也会引起其电阻相对变化。温度效应：粘帖在试件上的电阻应变片，除感受机械应变而产生的电阻相对变化外，在环境温度变化时，也会引起电阻的相对变化，产生虚假应变。完全补偿法：( 常用电桥补偿法、差动电桥补偿法）必须满足三个条件1：R和Rb两个应变片具有相同的电阻温度系数a，线膨胀系数、应变灵敏度系数K和阻值R2粘帖补偿片的补偿块材料和粘帖工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。3两应变片应处于同一温度场。电桥平衡条件：电桥相邻两臂电阻的比值相等，或相对量比电阻的乘积相等。电桥电压灵敏度与电桥电源电压成正比，同时与桥臂比N有关。电感式传感器优点：结构简单、可靠、输出功率大，抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨力较高，示值误差一般低于显示范围的0.1%-0.5%，稳定性好。缺点：频率：频率响应低，不宜用于快速动态测量。概念：利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。零点残余电压怎样消除 1提高线圈及其骨架的对成型2减少电源中的谐波成分3选择理想的磁性材料、适当降低线圈的激励电流，使衔铁尽可能在工作在磁化曲面的线性区4采用适当的补偿电路。涡流效应：金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，称之为电涡流或涡流。压磁效应：某些铁磁物质在外界机械里的作用下，其内部就会产生机械应力，从而引起磁导率的改编磁致伸缩：某些铁磁物质在外界磁场的作用下，会产生形变，有些伸长，有些则压缩。正磁致伸缩：当某些材料收拉时，在受力方向上磁导率增高，而在于作用力相垂直的方向上磁导率降低与此相反的现象称之为负磁致伸缩。电容式传感器的工作原理：两个平行金属板组成的电容器，如果不考虑其边缘效应。其电容为C=ES/D改变电容C有三种方法：1改变介质的介电常数E,改变形成电容的有效面积S，改变两个极板间距d电容式传感器三种基本类型：变极距型电容式传感器 变面积型电容式传感器 变介电常数型电容源磁电感应式传感器利用导体磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势。因此它是一种机电能量转换型传感器，不需供电电源，直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出。磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要性能。动态特性分析：1机械阻抗2传递矩阵3传递函数霍尔式传感器 霍尔效应：当有电流i流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电压Uh，压电式传感器是一种有源的双向机电传感器。他的工作原理是基于压电材料的压电效应。正压电效应：某些晶体或多晶陶瓷，当沿着一定方向受到外力作用时，内部就产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又回复到不带电的状态，当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。逆压电效应：对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随着消失。压电材料：石英 钛酸钡陶瓷生物识别技术三大特性：人各有异、终生不变、随身携带传感器的标定分为静态标定、动态标定。静态标定的目的是确定传感器静态特性指标、动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数。静态标准是指没有加速度，振动，冲击及环境温度一般为室温，相对湿度不大于85%，大气压力为7Kpa。传感器的动态标定主要研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，一阶传感器为时间参数t，二阶传感器为固有频率Wn和阻尼比Y的两个参数。可靠性技术定义：就是指产品在规定条件下，规定时间内，完成规定功能的能力。特点1时间性 2统计性 3两重性 4可比性5突出可用性 6指标体系可靠度R（t）：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率称之为产品的可靠度函数。寿命分布函数Ft：产品在规定条件下和规定时间内失效的概率称之为寿命分布函数。可靠性设计程序原则：首先要尽量简单，原件少，结构简单，工艺简单，使用简单，维修简单。其次是技术上成熟，选用合乎标准的原材料和原件，采用保守的设计方案。对于看似先进但不够成熟的产品或技术持慎重态度。采用局部失效不致对全局造成严重后果和预测可靠性高的方案。可靠性管理：就是从系统的观点出发对产品全寿命周期中的各项可靠性工程技术活动进行规划，组织，协调与监督，目的是实现既定的可靠性目标，保证全寿命周期费用最省。可靠性管理又分为宏观管理和微观管理。可靠性管理的实施：1设计阶段的可靠性管理2制造阶段的可靠性管理3使用维修过程的可靠性管理，可分为装运储存阶段管理和信箱，维修和服务各方面的管理。环境实验的分类可分为自然暴露试验和人工模拟试验两大类。失效的定义：产品丧失完成规定功能能力所有状态及事件的总和叫失效。失效分析定义：指产品失效后，通过对产品及其结构，使用和技术文件的系统研究，从而鉴别失效模式，确定失效原因，机理及失效演变的过程。检测技术研究的主要内容是被测量的测量原理，测量方法，测量系统和数据处理四个方面。偏差式测量：在测量过程中，用以表指针的位移决定被测量的测量方法，称为偏差式测量。此方法测量过程比较简单，迅速，但精度较低。零位式测量：在测量过程中，用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态。在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的检测方法，称为零位式测量法。优点：可以获得比较高的测量精度。但是测量过程比较复杂。要进行平面操作，花费时间长，仅适用于测量变化缓慢的信号。微差式测量：总和了偏差式与零位式的优点而提出的。将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差式法测得此差值。优点：反应快，而且测量精度高，他特别适用于在线控制参数的检测。测量误差：测量的目的是希望通过测量求取被测量未知量的真实值。绝对误差：至测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。相对误差：绝对误差与被测量真实值的比值称之为相对误差。相对误差可用来比较两种测量结果的精确度，但不能来评价不同仪表的质量。引用误差：将测量的绝对误差与测量表的上量限值A的百分比定义为引用误差。系统误差、偶然误差、疏失误差系统：当我对同一物理量进行多次重复，测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称之为系统误差偶然：他的出现带有偶然性，即它的数值大小和符号都不固定，但是却服从统计规律性，呈正态分布疏失：由于测量者在测量的疏忽大意造成的。传感器的信息融合又称为数据融合，它是对多种信息的获取，表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。定义：它是将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。经过融合后的传