东南大学传感器技术复习要点.docx

绪论1传感器的基本概念：能感受规定的被测量，并按一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。2传感器构成法：自源型、辅助能源型、外源型、相同敏感元件的补偿型、差动结构补偿型、不同敏感元件的补偿型、反馈型3传感器按照传感机理分类：结构型，以敏感元件结构参数变化实现信号转换； 物性型，以敏感元件物性效应实现信号转换。第一章 传感器技术基础1传感器的一般数学模型：静态模型、动态模型2传感器的特性和指标传感器的静态模型：线性度、回差（滞后）、重复性、灵敏度、分辨力、阀值、稳定性、漂移、静态误差；传感器的动态模型：频率响应特性、阶跃响应特性、典型环节的动态响应、幅频特性、相频特性。3改善传感器性能的技术途径：结构、材料与参数的合理选择，差动技术，平均技术，稳定性处理，屏蔽、隔离与干扰控制，零示法、微差法与闭环技术，补偿、校正与“有源化”，集成化、智能化与信息融合。4合理选择传感器的基本原则和方法：依据测量对象和使用条件确定传感器类型、线性范围和量程、灵敏度、精度、频率响应特性、稳定性。5传感器的标定和校准静态标定：静态标定主要用于检测、测试传感器的静态特性指标，如：静态灵敏度、非线性、回差、重复性等；动态标定：动态标定主要用于检测、测试传感器的动态特性指标，如：动态灵敏度、频率响应和固有频率等。第二章 电阻式传感器1概念：通过电阻参数的变化来实现电测非电量的目的。2电阻应变计的主要特性静态特性：灵敏系数、横向效应及横向效应系数、机械滞后、蠕变和零漂、应变极限动态特性：对正弦应变波、阶跃应变波的响应，疲劳寿命。3温度效应及其补偿热补偿原因：在实际应用应变计时，工作温度可能偏离室温，甚至超出常温范围，导致工作特性改变，影响输出。（这种单纯由温度变化引起应变计电阻变化的现象，叫应变计的温度效应。）在工作温度变化较大时，这种热输出干扰必须加以补偿。补偿方法：温度自补偿法、桥路补偿法4应变计的选用（1）选择类型、（2）材料考虑、（3）阻值选择、（4）尺寸选择、（5）其他考虑，如特殊用途、恶劣环境、高精度要求等。5应变式传感器的应用：测力、压力、位移，其他应变式传感器（应变式加速度传感器、扭矩传感器等）。第三章 变磁阻式传感器1概念：一种利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的电感（自感/互感）变化来检测非电量的机电转换装置。2自感式传感器变气隙式自感传感器工作原理：当铁心、衔铁的材料和结构与线圈匝数确定后，若保持气隙通道截面积不变，则电感为气隙总长的单值函数，这就是变气隙式自感传感器的工作原理；输出特性：变气隙式的输出特性是非线性的，灵敏度随气隙增加而减小，可以通过减小气隙总长来增大灵敏度。使用场合及优缺点：变气隙式适用于灵敏度要求较高、线性度要求不高的场合，测量范围较小。变面积式自感传感器工作原理：若气隙长度保持不变，令磁通截面积随被测非电量而变，就构成了变面积式自感传感器。输出特性：变面积式在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线性。使用场合及优缺点：变面积式用于测量范围较大、线性度较高，但灵敏度要求较低的被测非电量。螺管式自感传感器工作原理：随着衔铁插入深度的不同将引起线圈泄漏路径中的磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。输出特性：由于传感器轴向气隙较大，存在磁通边缘效应，故可认为在衔铁移动的一定范围内主磁通近似不变，输出特性呈线性。使用场合及优缺点：由于空气隙大，磁路磁阻大，故灵敏度较前两者低，但是只要满足主磁通不变与线圈绕组排列均匀的条件，线性范围较大。3互感式传感器（差动传感器）互感式传感器是一种互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。与变压器的区别：前者为开磁路，后者为闭合磁路；前者初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作，而后者初、次级间的互感为常数。第四章 电容式传感器1概念：电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。优点：结构简单、高分辨力、非可接触测量、环境适应性强、动态响应快；缺点：输出特性非线性、泄漏电容的影响；2分类：变极距型、变面积型、变介质型3保持电容式传感器特性稳定的方法和实现措施减小边缘效应的影响（可以采用带有保护环的结构）、减小寄生电容的影响（驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术）。此外，等效电路、静电引力、温度影响也是要考虑的。其中，温度的影响来自两个方面：结构尺寸、介质。4电容式传感器的应用：测量位移（电容式位移传感器）、加速度、力和压力、物位等。第五章 磁电式传感器1概念：磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度或磁量的变化变换成感应电势输出的传感器。2霍尔效应与霍尔传感器由导电材料中电流与外磁场相互作用（洛伦兹力作用）而产生电动势的物理现象称为霍尔效应。霍尔传感器可用于微位移及机械振动测量、无触点发讯及转速测量。第六章 压电式传感器1压电式传感器是以具有压电效应的压电器件为核心组成的传感器。有三大类压电材料：压电晶体、压电陶瓷、新型压电材料（压电半导体、有机高分子压电材料）。2逆压电效应及其应用基于逆压电效应（电致伸缩）的超声波发生器（换能器）和声表面波谐振器（振荡器）分别是超声检测和声表面波检测技术及仪器的关键器件。此外，逆压电效应还可作力和微运动发生器-压电致动器。第七章 热电式传感器1概念：热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。2热电阻传感器可分为金属热电阻式（热电阻）和半导体热电阻式（热敏电阻）两大类。3热敏电阻（计算题）RT=AeB/TA=RT1e-BT1B=T1T2T2-T1lnRT1RT2A，与热敏电阻的材料和几何尺寸有关的常数；B，热敏电阻常数。RT，温度为T（K）时的电阻值。开尔文温度=摄氏温度+273.154热电偶传感器将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若接触处节点处于不同的温度，两者间将产生一热电势，在回路中形成一定太小的电流，这种现象称为热电效应。热电效应产生的热电势由接触电势（珀尔帖电势）和温差电势（汤姆逊电势）两部分组成。接触电势：当两种金属接触在一起，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。当扩散平衡后，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。温差电势：对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电位，形成电势，称为温差电势。5热电偶测量温度的原理将不同材料的导体A、B接成闭合回路，接触测温点的一端称测量端，一端称参比端。若测量端和参比端所处温度t和t0 不同，则在回路的A、B之间就产生一热电势EAB(t，t0 )。EAB大小随导体A、B的材料和两端温度t和t0 而变，这种回路称为原型热电偶。在实际应用中，将A、B的一端焊接在一起作为热电偶的测量端放到被测温度t处，而将参比端分开，用导线接入显示仪表，并保持参比端接点温度t0稳定。显示仪表所测电势只随被测温度t而变化。第八章 光电式传感器1概念：光电式传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，zzzax它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。2外光电效应与内光电效应外：在光照下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象。内：光照在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生光电效应。第九章 光纤式传感器1光纤波导原理光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。2数值孔径（NA）定义和物理意义定义：光线从界面处摄入纤芯时实现全反射的临界角（始端最大入射角）的正弦值。NA=sinc=sin0= (n12-n22)0.5 ；意义：它是衡量光纤