传感器是一种能传递.doc

1、传感器是一种能传递、传输信号，又能感知信号的仪器。2、静态量是指输入量不随时间变化的信号或变化很慢的信号，动态量是指输入量随时间变化的信号。3、传感器静态特性的主要指标有线性度（理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合）、灵敏度（K=输出变化量/输入变化量=Y/X）、精度（精度是指测量结果的可靠程度，以给定的准确度表示重复某个读数的能力，其误差愈小，传感器精度愈高）、分辨率、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。4、传感器的动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，传感器所检测的非电量信号大多数是时间的函数。5、绝大多数传感器输出与输入的关系均可用零阶、一阶或二阶微分方程来描述。1. 传感器的动态响应以其动态特性指标零阶传感器的响应，一阶传感器的响应二阶传感器的响应6、由图可知，只有1时，阶跃响应才出现过冲，即超过了稳态值。式（1-31）表明欠阻尼情况下的振荡频率为Wo,Wo为存在阻尼时的固有频率。在实际应用中，为了兼顾短的上升时间和小的过冲量，阻尼比一般取0.7左右7、（简答）电阻应变片的工作原理：所谓电阻应变式传感器，就算由于某些物理量的变化引起应变，应变引起电阻变化的一种传感器。电阻应变式传感器主要是由弹性敏感元件和电阻应变片组成。弹性敏感元件的材料是弹性物质，其作用是在感受被测量时将产生变形，其表面发生应变；而粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件发生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。这样通过测量电阻应变片的电阻值变化就可以确定被测量的大小了。 7.1、根据电阻定律，金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。8、电阻丝应变片的基本结构：基底、电阻丝、覆盖面、引线。9、Ks=Dr/R/Ex=（1+2）+dp/p/Es-Ks称为金属丝的灵敏系数，容易受两个因素影响：（1+2）是由于金属丝受拉伸后，材料的几何尺寸发生变化而引起的；dp/p/Es是由于材料发生变形时，其自由电子的活动能力和数量均发生了变化的缘故。应变片的灵敏系数K恒小于同一材料金属丝的灵敏系数Ks，原因是横向效应的影响。10、电阻应变片的种类：丝式应变片、箔式应变片、薄膜应变片、半导体应变片。2. 11、（简答）对敏感栅材料的要求：1）灵敏系数Ks和电阻率p要尽可能高而稳定，电阻变化率R/R与机械应变Ex之间应具有良好而宽广的线性关系，即要求Ks在很大范围内为常数。2）电阻温度系数小，电阻-温度之间的线性关系和重复性好；3）机械强度高，碾压及焊接性能好，与其他金属之间接触热电动势小；4）抗氧化、耐腐蚀性能强，无明显机械滞后。12、（简答）对应变片基底材料性能的要求：1、机械强度高，绕性好；2、粘贴性能好；3、电绝缘性能好；4、热稳定性和抗湿性好；5、无滞后和蠕变。电阻应变片式传感器的温度误差产生原因：温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变；2、试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。1.1温度误差产生的原因：1.温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变2.试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 13、温度补偿方法：桥路补偿法、应变片自补偿法、热敏电阻补偿法。 14、应变式传感器的应用：1.应变式加速度传感器2.压阻式压力传感器15、电容式传感器可以分为三种类型：改变极板距离d的变间隙型、改变极板面积A的变面积型和改变介质相对介电常数Er的变介电常数型。16、变间隙型电容式传感器一般用来测量微小的线位移（小至0.01m到零点几毫米）；变面积型电容式传感器一般用来测两角位移（从一角秒至几十度）或较大的线位移；变介质常数型电容式常用于固体的物位测量以及各种介质的湿度、密度的测定。17、电容量C与x不是线性关系，只有当xd时，才可认为是最近似线性关系，要提高灵敏度，应减小起始间隙d。d过小，容易引起击穿。为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差懂事结构。17、电容式传感器的信号调节电路：1.运算放大器式电路2.电桥测量电路3.调频电路4.谐振电路；5极管T型网络；6.脉冲宽度调制电路18、（简答）电容为什么要装信号调节电路？由于电容式传感器的电容值变化量十分微小，必须借助于信号调节电路将这微小电容值的变化量转换成与之成正比的电压、电流或频率，这样才可以方便实现传输、显示以及记录。19、电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，它的核心是可变自感或可变互感。 电感式传感器的主体结构：激励线圈，磁路系统，检出磁场参数变化的线圈，可动铁心的支撑、定位和运动导向的机械系统。（传感器的核心是将机械能转换为磁场能的部分）20、以磁路形式和磁场形式作为分类的主要依据是合理的，电感式传感器分为：1、具有气隙的电感式传感器2、具有螺线管的电感式传感器（具有自感和互感）3、电涡流传感器4、利用铁磁体物理性质的传感器。由此引起磁阻及电感的变化。 差动电感式传感器在结构上类似两个简单的变气隙型的电感式传感器的组合，而只共用一个可动铁心 螺线管差动变压器按其磁路形式可分为二节式、三节式和多节式电涡流径向分布在外圈最强 由于集肤效应，电涡流沿H1轴向分布不是均匀的，其分布按指数规律衰减并用21、当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表妹上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。22、压电式传感器的石英晶体结论：1、无论是正或逆压电效应，其作用力与电荷直接呈线性关系2、晶体在哪个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应3、石英晶体不是在任何方向都存在压电效应。 23、对压电材料要求特性：1、转换性能2、机械性能3、电性能4、环境适应性强5、时间稳定性 （压电晶体不适合于静态测量）压电式传感器的前置放大器作用：1、将压电传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出2、放大压电式传感器输出的弱信号 形式：1、电压放大器，输出电压和输入电压成正比2、电荷放大器，输出电压与输入电荷成正比 Kd33/（Ca+Cc+Ci）当改变连接传感器与前置放大器的导线长度时，Cc将改变，Um也将随之变化，从而使前置放大器的输出电压Usc=-AUim也发生变化。所以，传感器与前置放大器组合系统的输出电压与导线电容有关。 因而在使用时，如果改变导线长度，必须重新校正灵敏度值，否则由于导线电容Cc改变，将会引入测量误差。24、当放大倍数Ao足够大时，输出电压只取决于输入电荷q和反馈电容Cf，改变Cf的大小便可得到所需的输出电压。 压电片的连接方式有串联和并联 压电式流量计是利用超声波在顺流方向和逆流方向的传播速度不同来进行测量的。1、将两种不同材料的导体，组成一个闭合回路，如果两接点的温度不同，则在两者间产生一电动势，这个电动势的大小和方向与两种导体的性质和两个接点的温度差有关，这种现象称为热电效应。两个接点：一个称为工作端或热端，另一个称为自由端或冷端。2、热电动势由（温差电势）和（接触电势）组成。3、简答：中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中的总热电动势不变。4、什么是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成热电偶，并且热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知了。5、中间温度定律：热电偶在两接点温度为t、to时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、to时的相应热电动势的代数和。6、热电偶冷端温度误差常用的补偿方式：0恒温法冷端恒温法冷端补偿器法补偿导线法采用不需要冷端补偿的热电偶。常用热电偶的应用举例 热电偶测金属表面温度 测控应用。7、热敏电阻按其阻值随温度变化的特性，可分为负数温度系数（NTC）热敏电阻、正温度系数（PTC）热敏电阻、临界温度热敏电阻（CTR）三种类型。 、简答霍尔电场产生一定大小的静电力与洛伦磁力相平衡，使得半导体内的电子仍能平行地沿正面向前运动，在半导体横面上存在一个电压，称为霍尔电压，这种现象就是霍尔效应。9、不等位电动势Uo霍尔元件在额定控制电流的作用下，若元件不加外磁场，输出的霍尔电压的理想值应为零，但由于存在着电极不对称、材料电阻率不均衡等因素，霍尔元件会输出电压，该电压称为不等位电动势Uo，其值与输入电压或输入电流成正比。10、霍尔元件的补偿电路对不等位电动势Uo的补偿电路温度补偿电路。11、霍尔元件在转速测量上的应用原理：利用霍尔元件测量转速的工作原理非常简单，将永磁体按适当的方式固定在被测轴上，霍尔元件置于永磁体的气隙中，当轴转动时，霍尔元件输出的电压则包含有转速的信息，将霍尔元件输出的电压经后续电路处理，便可得到转速的数据。1、当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光能量而发生相应的电效应这种现象就称为光电效应。可分为（外光电效应）和（内光电效应）、（光电导效应和光生伏特效应）。2、在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子称为光电子。基于外光电效应的光电器件有关电管、光电倍增管等。3在光照下，物体的电导率发生变化或产生一定方向光生电动势的现象称为内光电效应。分为光电导效应（当光照射到物体上时，使物体的电导率1/或电阻发生变化的现象）光生伏特效应（在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象。结光电效应测向光电效应）。4、光明电阻结构和原理，又称光导管。在玻璃底板上均匀的涂上薄薄的一层半导体物质，半导体的两端装上金属电极，使电极与半导体层可靠地电接触，然后将它们压入塑料封装体内，这样就构成了光敏电阻。工作原理光敏电阻Rg在受到光的照射时，由于内光电效应使其导电性能增强，其阻值下降，所以流过负载电阻RL的电流及其两端电压也随之变化，光线越强，电流越大，因而可将光信号转换为电信号;当光照停止时，光电效应消失，光敏电阻恢复原值。 5、光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱特性、很长的使用寿命、高度的稳定性能、很小的体积以及简单的制造工艺，所以被广泛的用于自动化技术中。6、光敏电阻的特性：暗电阻、亮电阻与光电流光敏电阻的伏安特性光敏电阻的光照特性光敏电阻的光谱特性光敏电阻的响应时间和频率特性光敏电阻的温度特性。7、光敏管通常指光敏二极管和光敏晶体管，他们的工作原理基于内光电效应。8、当光敏二极管未受光照射时，其反向电阻很大，而反向电流很小，光敏二极管处于截至状态。9、高速光电器件有PIN结光敏二极管、雪崩光敏二极管等。10、简答、CCD（电荷耦合器件）的原理：（1）信号电荷的产生与存储：当二氧化硅表面的电极加正偏压，P型硅衬底中形成耗尽区，耗尽区的深度随正偏压升高加大，光照射时，产生自由电子-空穴对，空穴被排斥，少数载流子被势阱收集到正偏压电极下的区域内，形成点荷包，并与光照、亮度成正比。（2）信号电荷的转移与输出：Ug为变化的脉冲电压，通过控制相位来控制电荷的移动方向。11、烟尘浊度监测仪原理：选取可见光作为光源（400700nm的白炽灯），光检测器是光谱响应范围为400600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增益、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正用来进行调零玉调满刻度，保证测试的准确性。显示器可现实浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出信号超过规定值时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后退订扬声器发出警报信息。12、光电转速传感器原理（图1）：在待测转速轴上固定一带孔的调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定。13、光电转速传感器原理（图2）：在待测转速的轴上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的光谱反射比，当转轴转动时，反光与不反光交替出现，光电转换器间断的接收光的反射信号，转换成电脉冲信号14、光纤传感器原理：通过对传输光的偏振，强度，相位，波长，周期，频率等进行调制，通过检测器获得调制结果而进行传感的器件。第十章传感器的检测电路：1、传感器的输出电压或电流一般来说都比较小（电压为毫伏级或微伏级，电流为毫安级或微伏级），通常采用集成运算放大器构成的放大电路将其放大或变换到伏级电压输出。2、电桥电路具有灵敏度高、线性好、测量范围宽和容易实现温度补偿等优点，常用于阻抗发生变化的传感器。电桥按其激励电源的性质分为直流电桥和交流电桥两类，电阻应变式测力称重传感器大多采用直流电桥，而电抗发生变化的传感器如电感式、差动变压器式或电容式传感器若采用电桥式测量电路则只能是交流电桥。3、为了抑制干扰，运放常采用差动输入方式，对测量电路的基本要求如下：高输入阻抗，以减轻信号源的负载效应和抑制传输网络电阻不对称一起的误差。高共模抑制比，以抑制各种共模干扰引起的误差。高增益及宽的增益调节范围。非线性误差要小。零点的时间及温度性要高，零点可调，或者能自动校零。具有优良的动态特性，即放大器的输出信号应尽可能快地跟随被测量的变化。4、以上这些要求通常采用多运放组合的测量放大器来满足。典型的组合方式有：两个运放同相串联式测量放大器；三个运放同相并联式测量放大器及四个运放高共模抑制测量放大器。测量电桥：电桥电路具有灵敏度高、线性好、测量范围宽和容易实现温度补偿等优点，常用于阻抗发生变化的传感器。电桥按其激励电源