传感器与检测技术(重点知识点总结)

传感器和检测技术知识概述1:传感器是一种装置或装置，它能检测指定的检测量，并根据一定的规则将其转换成输出信号。一、传感器的组成2.传感器通常由三部分组成：敏感元件、转换元件和基本转换电路。(1)敏感元件是直接感测测量的物理量并以确定的关系输出另一物理量的元件(例如，弹性敏感元件将力和力矩转换成位移或应变输出)。(2)转换元件将敏感元件输出的非电量转换成电信号，例如电路参数(电阻、电感、电容)和电流或电压。(3)基本转换电路是将电信号转换成便于传输和处理的电能。二。传感器的分类1、根据被测对象分类(1)内部信息传感器主要检测系统内部的位置、速度、力、力矩、温度和异常变化。(2)外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态。它有相应的接触式(触觉传感器、滑动传感器、压力传感器)和非接触式(视觉传感器、超声波测距、激光测距)。2、传感器根据工作机理(1)物理传感器是利用某些特性随被测参数的变化而变化的原理制成的(主要是光电传感器和压电传感器)。(2)结构传感器由物理学中的场定律和运动定律组成(主要是感应传感器；(2)电容传感器；(3)光栅传感器)。3、根据实测物理量分类例如，位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。4.根据工作原理进行分类主要有利于传感器的设计和应用。5.按传感器能源分类(1)无源型：不需要外部电源。相反，测量的相关能量被转换成电输出(主要是压电型、磁电感应型、热电型和光电型)，也称为能量转换型。(2)样机：输出电能需要外部电源，也称为能量控制型(主要是电阻型、电容型、电感型和霍尔型)。6、根据输出信号的性质分类(1)开关类型(二进制类型):它是“1”和“0”或开和关；(2)模拟型：输出是与输入物理量的变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可以是线性或非线性的；(3)数字式：计数式：又称脉冲数字式，可以是任何类型的脉冲发生器，发射的脉冲数与输入量成正比；(2)码型(也称码型):输出信号为数字码，每个码道的状态随输入量而变化。其代码“1”为高，“0”为低。三、传感器特性和主要性能指标1、传感器的特性主要指输出和输入之间的关系，具有静态和动态特性。2.传感器的静态特性是当传感器的输入恒定或在任何时候缓慢变化时，传感器的输出和输入之间的关系。它简称为静态特性。表征传感器静态特性的指标包括线性、灵敏度、可重复性等。3.传感器的动态特性意味着传感器输出对时变输入的响应特性称为动态特性，简称为动态特性。传感器的动态特性取决于传感器本身和输入信号的形式。根据传感器的传输方式，转换信息的形式可分为(1)联系环节；(2)模拟；(3)数字链接。其动态特性评估：正弦周期信号、阶跃信号。4.该传感器的主要性能要求是：1)高精度和低成本。2)高灵敏度。3)工作可靠。4)稳定性好，长期工作稳定，耐腐蚀性好；5)抗干扰能力强；6)良好的动态性能。7)结构简单紧凑，使用维护方便等。四.传感检测技术的地位和作用1.现状：传感检测技术是随着现代科学技术的发展而迅速发展起来的技术，是机电一体化不可缺少的关键技术之一2.功能：能够获取信息、转换信息、传递信息和处理信息。应用：计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、加工中心(MC)、计算机辅助制造系统(CAM)。V.基本特征的评估1.测量范围：指传感器测量值在允许误差范围内的范围；范围：指测量范围内传感器的上限值和下限值之间的差值。2.过载能力：在正常情况下，允许传感器超出其测量范围，而不会导致传感器的指定性能指标发生永久性变化。过载能力通常表示为允许超过测量上限或下限的测量值和范围的百分比。3.灵敏度：指传感器输出Y与导致该变化的输入变化X之比。4.灵敏度表示传感器或传感检测系统对测量物理量变化的响应能力。灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器能够感知的变化量越小，即测量到的微小变化，传感器将具有更大的输出。K值越大，对外界的反应越强烈。5.反映非线性误差的程度是线性的。通过将某一拟合直线与校准曲线进行比较，并计算其最大偏差Lmax与理论范围输出值y (=ymax-ymin)不一致的百分比，来计算线性度。6.稳定性传感器在相同条件下长时间保持其输入/输出特性不变的能力。影响传感器稳定性的因素有时间和环境。7.温度影响其零漂移，这意味着输入前输出值会随时间变化。长期使用后会产生蠕变。8.重复性：它是一个指标，用来衡量在相同的工作条件下，对同一被测对象进行多次连续测量所获得的结果之间的不一致程度。(分散范围越小，重复性越好)9.精度：简称精度，表示传感器输出结果与实测值的符合程度，是实测值精度和准确度的综合反映。10.分辨率是指传感器能够检测到的最小变化。11.动态特性：它反映了传感器对随时间变化的动态量的响应特性。传感器的响应特性必须努力在测量频率范围内保持不失真的测量条件。通常，光电效应和压电效应等物理传感器具有快速响应时间和宽工作频率范围。12.环境参数：指传感器允许的工作温度范围和环境压力误差、环境压力引起的环境振动误差和冲击误差、环境振动和冲击等。六.传感器的校准和校准1、校准(electric称为校准)是指在明确传感器输入/输出转换关系的前提下，利用标准仪器产生已知的标准非电量(或其他标准量)输入，确定其输出电量与其输入量之间的过程。2.校准是指传感器的性能参数必须重新测试或调整，并根据需要进行校正，以确保传感器在使用前或使用过程中，或在传感器被搁置一段时间以便重新使用时的测量精度。3.校准系统的组成：被测非电量标准发生器；(2)待校准的传感器；(3)配备信号调节显示器、记录仪等。4.静态校准是向传感器输入一个已知常数的标准非电量，测量其输出，给出校准方程和校准常数，并计算传感器的静态指标，如灵敏度、线性、迟滞和重复性。5.传感器静态校准设备是功能强大的校准设备，压力校准设备，温度校准设备等。6.设备要求：足够的精度；(2)测量范围应与校准传感器的测量范围相适应；(3)性能稳定可靠，使用方便，适应各种环境。7.传感器动态校准的目的是检查和测试传感器的动态性能指标。8.动态校准指数用于确定频率响应9.常用的标准动态励磁设备包括励磁机、激波管、周期性和非周期性功能压力发生器。(激励器可用于位移、速度、加速度、力和压力传感器的动态校准)10.传感器和检测技术的发展方向：开发新的传感器。智能化传感检测技术。(3)复合传感器(4)研究生物感官，开发仿生传感器。11.开发新的传感器：用新材料制造传感器；(2)利用新的加工技术制作传感器；(3)利用新原理制作传感器。12.传感检测技术的智能化：目前，传感检测系统正从模拟、数字向智能化快速发展。功能：自动调零和自动校准；(2)自动范围转换；(3)自动选择功能；(4)自动数据处理和纠错；(5)自动定时测量；自动故障诊断。第二章位移检测传感器1.位移可分为线性位移和角位移。测量位移的常用方法有机械法、光学法和电学法。2.位移传感器的分类：参数位移传感器、发电位移传感器和大位移传感器。一、参数位移传感器1.参数位移传感器的工作原理：将测量的物理量转换成电参数，即电阻、电容或电感等。2.电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理特性，即R=p L/S(1)电位器由骨架、电阻元件、电刷等组成。(2)电位器结构简单，输出信号大，性能稳定，容易实现任何功能关系。其缺点包括输入量大、电刷与电阻元件之间干摩擦、易磨损和噪音干扰。3.(1)线性电位计的空载特性：rx=rx/l=krx(kr 电位计的电阻灵敏度)。电位计的输出空载电压为uo=uix/l=kux(ku 电位计的电压灵敏度)非线性电位器的空载特性：电阻灵敏度Kr=DR/Dx，电压灵敏度Ku=Duo/Dx4.电阻应变式位移传感器：由被测位移引起的应变元件产生的应变被后续电路转换成电信号，从而测量被测位移。5.电容式位移传感器：它是一种利用电容的变化来测量线性位移或角位移的装置。(1)变极距电容式位移传感器：灵敏度高，但电容变化与极距变化的关系是非线性的。另外两种类型的位移传感器线性度好，但灵敏度低。(2)可变板面积电容式位移传感器：用于线位移测量和角位移测量。(3)可变介质电容式位移传感器：用于位移或尺寸测量的可变介质电容式位移传感器通常具有良好的线性特性，但也存在非线性输入/输出关系。(4)电容式位移传感器是在面电容式位移传感器的基础上发展起来的，可分为长电容式网格和圆电容式网格。(特点：由于多极电容和平均效应，传感器分辨率高、精度高、测量范围大，可降低对划线精度和安装精度的要求。这是一种极具发展前景的传感器。6.电容式位移传感器的绝缘和屏蔽(1)如果绝缘材料性能不佳，绝缘电阻会随着环境温度和湿度的变化而变化，电容位移传感器的输出也会产生缓慢的零点漂移；(2)绝缘材料应具有高绝缘电阻、低膨胀系数、几何尺寸的长期稳定性和低吸湿性。(3)电容式位移传感器及其引线通常采取屏蔽措施，即传感器置于金属外壳内，接地应可靠；(4)可以消除不稳定的寄生电容，也可以消除外部静电场和交变磁场的干扰。7.感应式位移传感器：将被测物理量的位移转换成自感L和互感M的变化，通过测量电感的变化来确定位移。主要类型有自感、互感、感应为了提高自感知位移传感器的精度和灵敏度，提高其特性的线性度，实际使用的传感器大多是差动式的。考虑提高其性能的因素包括：1)损耗问题，2)气隙边缘效应的影响，3)温度误差，4)差动电感位移传感器的零残余电压问题。(2)互感式位移传感器(测量范围最大):被测位移的变化转化为互感系数的变化。它的基本结构原理与普通变压器相似，所以被称为变压器式位移传感器。(3)涡流位移传感器：利用涡流效应将测量值转换成传感器线圈阻抗Z变化的装置。只要分为高频反射和低频传输。二、发电式位移传感器1.发电型位移传感器(压电位移传感器)将测量的物理量转换成电源参数。2.压电位移传感器的基本工作原理是将位移转化为力的变化，然后通过压电效应将力的变化转化为点信号。三、大位移传感器1.磁栅位移传感器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。磁头分为动态和静态。2.当磁头不移动时，输出绕组输出一个等幅正弦或余弦电压信号，其频率仍然是激励电压的频率，其幅值与磁头的位置有关。当磁头移动时，振幅随着磁尺上剩磁的影响而变化。4.光栅位移传感器有测量线性位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。其特性：光栅移动方向垂直于莫尔条纹移动方向。5.这两个光栅用作标尺光栅(固定的)和指示器光栅(可移动的)。标尺光栅是长条状光栅，光栅长度由所需范围决定。6.莫尔条纹的性质：当两个光栅沿刻线的垂直方向相对移动时，莫尔条纹相对于光栅外的固定点沿近似垂直的移动方向移动，光栅移动一个间距W，莫尔条纹移动一个间距B；(2)当光栅运动方向改变时，莫尔条纹运动方向也相应改变；(3)光栅条纹的光强随着条纹的运动而按照正弦规律变化。7.感应同步器是一种利用电磁感应原理将线性位移和角位移转换成点信号的装置。根据应用，感应同步器可分为直线型和旋转型，分别用于测量直线位移和角位移。原理：当滑块的两相绕组被交流电激励时，由于电磁感应，在定标绕组中将产生与激励电压频率相同的交流感应电动势E。当滑动标尺相对于固定标尺移动时，滑动标尺和固定标尺的相对位置改变，改变通过固定标尺绕组的磁通量，从而改变输入到固定标尺绕组中的感应电动势E。根据向滑动标尺的正弦和余弦绕组提供激励电压的不同方式，分为鉴相和鉴相测试系统。特点：精度高，对环境要求低，可测量大位移；(2)运行可靠，抗干扰能力强，维护简单，使用寿命长；(3)可以平均局部误差。)8.激光位移传感器结构由激光器、光学元件和光电转换元件组成激光测试系统，将测量的位移转换成电信号。(特点：精度高、测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、效率高。)9.激光干涉测长技术的应用：精密测长(磁尺、感应同步器、光栅检定)；(2)精密机床的位移检测和校正；集成电路制造中的精确定位。10.常用的激光干涉长度测量传感器：2.电阻应变式力传感器的原理是向弹性元件施加力，弹性元件在力的作用下产生应变。附着在弹性元件上的应变片将应变转化为电阻的变化，然后用电桥将电阻的变化转化为电压或电流的变化，并送至测量放大电路进行测量。弹性元件：(1)圆柱形弹性元件；(2)薄壁环形弹性元件；(3)梁式弹性元件：悬臂梁式和两端固定梁式。3.应变仪是非电量测量中常见的转换元件。该应变片使用简单，测量精度高，体积小，动态响应好，应用广泛。4.金属线的作用是感应机械试件的应变变化，这