2022年传感器各章知识点整理

1、名师整理 精华知识点第一章 1、引用误差：测量范围上限测量范围下限100%0.5级表的引用误差的最大值不式中： 引用误差； 绝对误差。仪表精度等级是根据最大引用误差来确定的。例如：超过0.5%；1.0 级表的引用误差的最大值不超过1 %。第二章 1、传感器的基本特性：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并不失真地变换成相应的电量基本特性传感器的基本特性通常分为 静态特性和动态特性 静态特性： 1 灵敏度 2 线性度 3 迟滞 4 重复性 5 漂移 动态特性： 1 瞬态响应特性 2 频率响应特性传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。在不

2、考虑迟滞、 蠕变、 不稳定性等因素 的情况下，传感器静态输入、输出关系一般可表示为：y a 0 a 1 x a 2 x 2 a nx n式中： y输出量； x 输入量； a 0零点输出； a1理论灵敏度； a 2、a3、 、 a n非线性项系数。各项系数决定了特性曲线的具体形式 1） 灵敏度 S 是指传感器的输出量增量 y 与引起输出量增量 y 的输入量增量 x 的比值，即单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化。S yx传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。灵敏度 k 是一常数， 与输入量对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，大小无关。而非线性传感器的灵敏度为一变量，用 S=dy/d

3、x 表示。2）线性度 是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看，希望具有线性关系，即理想输入输出关系。但实际遇到的传感器大多为非线性。3） 迟滞传感器在正 ( 输入量增大 )反（输入量减小） 行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。特性如图所示，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示1 maxr 100 %2 Y FS迟滞 , 即式中 : Hmax正反行程输出值间的最大差值。迟滞误差的又叫回程误差。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。主要原因： 传感器敏感元件材料的物理性质和

4、机械另部件的缺陷所造成的，例如弹性敏 感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。4） 重复性 ：名师整理 精华知识点传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差可用重复性误差属于随机误差，常用标准差100计算，也可用正反行程中最大重复差值 Rmax计算，即%rR(23)100%r R1R maxY FS2Y FS5）漂移在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境 （如温度、 湿度等）最常见的漂移是温度漂移温度漂移 温漂 y t y 20100%Y FS

5、t式中： t 工作环境温度 t 偏离标准环境温度 t 20之差，即 t =t- t 20 ；yt 传感器在环境温度 t 时的输出； y20传感器在环境温度 t20时的输出。2 什么时候只考虑传感器的静态特性？什么时候要考虑动态特性？第三章1 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应 ” 。2 压电效应： 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象， 同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后， 它又会恢复到不带电的状态， 这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变

6、时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失， 这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。3 电阻应变片的测量电路1） 直流电桥U 0 E ( R 1 R 3 )R 1 R 2 R 3 R 4欲使电桥平衡 , 其相邻两臂电阻的比值应相等R 1 R 3 电桥平衡条件R 2 R 4, 或相对两臂电阻的乘积相等。电压灵敏度单臂电桥 K U UR o1 1( nn ) 2 ER 1E Ku ， 但供电电压 E的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择 ; 电桥电压灵敏

7、度 Ku=Ku(n) ， 恰当地选择桥臂比 n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。2）交流电桥平衡条件R3R4R4C1R 1R2R 3C2名师整理 精华知识点第四章 1、当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其 输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值( 从零点几mV到数十 mV)存在，称为 零点残余电压。零残电压过大带来的影响：灵敏度下降、非线性误差增大 测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。产生的原因：两电感线圈的等效参数（电感、电阻）不对称； 铁芯的 B-H 特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。减小的

8、措施：Rc，增大铁心的涡流损 Re 及磁滞损 Rh 设计上：使上、 下磁路对称，尽量减小铜损电阻 以提高线圈的品质因数；制造上： 使上、下磁性材料一致。 零部件配套挑选， 线圈排列均匀、一致。调整方法：串（并）接电阻、并联电容方法。电路上：利用相敏检波可以减小零残。选用合适的测量线路。2、电涡流式传感器的工作原理：它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡 流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而 控制开关的通或断。这种接近传感器所能检测的物体必须是导电体。3、电涡流式传感器的应用 1）低频透射式涡流厚度传感器 2）高频

9、反射式涡流厚度传感器第五章 1、电容式传感器的测量电路 1）调频电路C xL振荡器f限幅放大器f鉴频器u, uCx电容变换器 L振荡回路的电感；C振荡回路的总电容，C=C 1+C2+Cx，其中 C1 为振荡回路固有电容C2 为传感器引线分布电容, Cx=C0 C为传感器的电容。当被测信号为0 时， C=0，则 C=C 1+C2+C0，所以振荡器有一个固有频率f0, 其表示式为f02( C 11C 0)LC 2当被测信号不为0 时， C 0， 振荡器频率有相应变化，此时频率为f2(C 11C 0C)Lf0fC 2名师整理 精华知识点2）运算放大电路I cbCIcxCxU o反相放大电路反馈元件是

10、传感器电容C ，dAC 是固定电容，电源电压UiiIUoCUiCxU i如 果 传 感 器 是 一 只 平 板 电 容 ， 则Cx= A/ d，代入式 (5-32) ，可得UoUiC A输出电压与电容极板间距成线性关系，保证了变极距型电容传感器的线性。特点：解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题要求 Zi 及放大倍数足够大为保证仪器精度，还要求电源电压的幅值和固定电容稳定由于 Cx 变化小，所以该电路实现起来困难3）二极管双T 形交流电桥T、占空比为50的方波。供电电压是幅值为U、周期为正负半周分析：正半周： C1 充电，电流顺时针；C2 放电，电流逆时针负半周：C2 充电，电流逆时针

11、；C1 放电，电流顺时针若 C1 = C2，则电流抵消，若 C1 C2，则 RL 有信号输出U o I L R LT 1 0 T I 1 ( t ) I 2 ( t ) dt R LR ( R 2 R L )2 R L U i f ( C 1 C 2 )( R R L )U i f M ( C 1 C 2 )该电路电源频率 Mhz级，电源电压几十伏，电源的稳定性对输出直接产生影响。当电容以 PF级变化时，输出以 V 级变化名师整理 精华知识点4）环形二极管充放电法T1 时间内由 A 点向 C点 q1=Cd( E2- E1) T2时间内由 C点向 A 点 q2=Cx( E2- E1) E1E 2

12、T1T 2eAVD1i1BC xV D2C设方波的频率f =1/ T0， 则由 C 点流向 ACd)点的平均电流为I2=Cxf ( E2- E1), 而从 A点流向C 点的平均电流为I 3=Cdf ( E2- E1), 流过此支路4 D VAi3i2的瞬时电流的平均值为ICxf(E2E 1)Cdf(E2E 1)fE(CxCi4VD3式中 , E 为方波的幅值， E=E2- E1。令 Cx的初始值为C0， Cx为 Cx 的增量，C d则 Cx=C0+ Cx, 调节 Cd=C0 则IfE(CxCd)fECx5）脉冲宽度调制电路第六章1、压电效应某些电介质物质，在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，

13、内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷；当外力去掉后， 又重新回到不带电的状态，这种将机械能转变为电能的现象，称为“正（顺）压电效应” 。相反，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失。这种将电能转换为机械能的现象，称为“逆压电效应 ” 。电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动当力的方向改变时，态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。名师整理 精华知识点2、压电式加速度传感器它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。预压弹簧外壳当加速度传感器和被测物一起受到冲击

14、振动时，压电元件受质量块惯性力的作压电原件质量块用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即式中： F质量块产生的惯性力；此时惯性力基座m质量块的质量；则a加速度。F 作用于压电元件上，因而产生电荷q，当传感器选定后，m 为常数，传感器输出电荷为与加速度 a 成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。第七章1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的物理效应。置于磁场中的静止载流体中， 若电流方向与磁场方向不相同，则在载流体的垂直于电流与磁场方向所组成的两个侧面将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。2、霍尔传感器的应用：霍尔式微位移传感器和霍尔是转速传

15、感器第八章1、光电效应 按原理分为外光电效应和内光电效应。外光电效应： 在光线作用下， 物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。向外发射的电子叫 光子内光电效应： 在光线作用下， 物体的导电性能发生变化或产生光电动势的效应。内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应： 在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子 -空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，在光照作用下，物体导电性能（如电阻率发生变化）发生改变的现象。典型的光电元件有光敏电阻等。光生伏特效应： 在光线作用下， 能使物体产生一定方向的电动势的现象。典

16、型光电元件有光电池、光敏（电）二极管、光敏（电）三极管等。名师整理 精华知识点2、光纤传感器光纤结构： 光导纤维简称光纤，它是一种特殊结构的光学纤维，纤芯和包层通常由不同掺杂的石英玻璃制成。纤芯的折射率n1 略大于包层的折射率n 2，光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。在包层外面还常有一层保护套，多为尼龙材料，以增加机械强度。中心的圆柱体叫纤芯，围绕着纤芯的圆形外层交包层。光纤传光原理： 根据斯涅耳（ Snell）光的折射定律可得n 0 sin i n 1 sin n 1 sin i n 2 sin 2n 1 sin n 1 sin i n 1 cos i n 2 1 sin i 2n 1

17、1 n 2 sin2 n 1为满足光在光纤内全内反射，光入射光纤端面的入射角 i 满足i c arcsin 1 n 1 2 n 2 2 arcsin n 1 2 n 2 2n 0光纤的基本特性-数值孔径1 2 2NA sin c n 1 n 2n 0数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光量的多少。其意义是：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于 2c 的光椎角内， 光纤才能导光。 如入射角过大，光线便从包层逸出而产生漏光。光纤的 数值孔径，这有利于提高耦合效率；NA 越大，表明它的集光能力越强，一般希望有大的 但数值孔径过大，会造成光信号畸变。所以要适当选择数值孔径的数值，

18、如石英光纤数值孔径一般为 0.20.4。3 光纤传感器 由光源、敏感元件（光纤或非光纤的）组成。、光探测器、信号处理系统以及光线等第十三章 1、 光栅莫尔条纹的形成dW光栅 1把两块栅距相等的光栅1、光栅2 面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角，这样就可以看到在近于d垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹ff在 d - d 线上， 两块光栅的栅线重合，透光面积最大，形成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图dd案构成的；ffBH在 f - f 线上，两块光栅的栅线错开，形成条纹d 光栅 2d的暗带，它是由一些黑色叉线图案组成的。2、 光栅测量原理 莫尔条纹测位移具有以下三个方面的特点。(1) 位移的放大作用莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角 之间的关系为BHWWsin2名师整理 精华知识点 越小， BH越大，这相当于把栅距W 放大了 1/ 倍。例如 =0.1 ，则 1/ 573，即莫尔条纹宽度 BH是栅距 W 的 573 倍，这相当于把栅距放大了 573 倍. (2) 莫尔条纹移动方向 如光栅 1 沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅 2 的栅线向上移动；反之，当光栅 1 向左移动时，莫尔条纹沿着光栅 2 的栅线向下移动。(3) 误差的平均效应 莫尔条纹由光栅的大量刻线形成，对线纹的刻划误差有平均抵消作用，能在很大程