传感器与检测技术重点知识点总结

1;2,;①直接物理,以确关系另物理如弹性将力,力矩为位移应变;②将非参数阻,,容流压等;③将

异常变化;2息主要系统外环境状态,它有相对应接触式触觉滑动觉压觉和非接触式视觉超声距激光距;2工作机理物性型利用某种性质随参数变化而变化原理制主要有光式压式;构型利用物理学中场和运动等构主要有①式；②容式；③光栅式;该便于,处理的;二类1对象类1内息主要系统内位,速度,力,力矩,温度以

3物理类如位移用于位移,温度用于温度;4工作原理类主要有利于设计和应用;5;

“0”为低平;三特及指标1特指与入之间系,静态特和动态特;2静态特当,电入为常或随时间作缓慢变化;6“1“0”NF；

时,与入之间系,叫静态特,简静特;表征静态特指标有线等;模拟与入物理3动态特指变对连续变,其/可线,也可非线数字①计数脉冲数字,它可以任何一种脉冲发生所发脉冲数与入正比②代码编码数字代码,各码道状态随入变平,

对于随时间变入响特为动态特,简动特;动态特取决于本身及入形;其递,息形可分为①接触环节②模拟环节③数字环节;评定其动态特期阶跃;4、传感器的主要性能要求是：1精度、低成本;2高灵敏度;3工作可靠;4稳定性好,应长期工作稳定,抗腐蚀性好；5抗干扰能力强；6动态性能良好;7结构简单、小巧,维护方便等；四、传感检测技术的地位和作用1现代科学技术的发展而迅猛发展的技术,是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一;2、作用：能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能;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;五、基本特性的评价1,测量

限和限之差;2、能力：一,在不引传感器的定性能指,传感器允许测量范 ;测量限限的测量量;3、灵敏度：是指传感器量 Y化的量的化 X之;4测理量化的应能力,,,;K,应越强;5、性度;性准作,用不一的差△Lmax理论量Y=ymax—ymin的百分比进行计算;6、稳定性在相同条件,相当长时间内,其输入/输出特性不发生变化的能力,影响传感器稳定性的因素是时间和环境;7、温度影响其零漂,零漂是指还没输入时,输出值随时间变化而变化;长期使用会产生蠕变现象;8下,对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标；分散范围小,重复性越好9、精确度：简称精度,它表示传感器的输出结果与被测量的实际值之间的符合程度,是测量值的精密程度与准确程度的综合反映;10、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量;11、动态特性：反映了传感器对于随时间变化的动态量的响应特性,

传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持不失真测量条件;一般地,利用光电效应、压电效应等物性型传感器,响应时间快,工作频率范围宽;12、环境参数：指传感器允许使用的工作温度范围以及环境压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差,环境振动误差和冲击误差;六、传感器的标定与校准1确传感器输入/输出变换关系的前提下,利用某种标准器具产生已知的标准非电量或其它标准量输入,确定其输出电量与其输入量之间的2过程中或搁置一段时间再使用时,必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正,以确保传感器的测量精度;3①被测非电量准发生器；②待传感器；③它所配接信号调节显示器等;4静态是给传感器输入已知不变准非电量,测出其输出,给出方程和常数,计算其灵敏度,线性度,滞差,重复性等传感器静态指;5传感器静态设备有力设备,压力设备,温度设备等;6对设备要求①具有足够精度；②量程范围应与被传感器量可靠,使用方便,能适应多种环境;7传感器动态目是检验测试传感器动态性能指;8动态指是通过确其线性工作范围,频率响应函数,幅频特性

和相频特性曲线,阶跃响应曲线,来确传感器频率响应范围,幅值误差和相位误差,时间常数,阻尼比,固有频率等;9常用器激波管周期与非周期函数压速度加速度力压力传感器的动态10传感器与检测技术发展方向：⑴开发新型传感器;⑵传感检测技术智能化;⑶复合传感器⑷研究生物感官,开发仿生传感器;11开发新型传感器①利用新材料制作传感器；②利用新加工技术制作传感器；③采用新原理制作传12传感检测技术智能化检测目前迅速地由模拟式数字式向智能化方向发展;功能：①自动调零和自动校准；②自动量程转换；③自动选择功能；④自动数据处理和误差修正；⑤自动定时测量；⑥自动故障诊断;第二章 位移检测传感器1、移可分为线位移和角位移两种,测量位移常用的方法有：机械法,光测法,电测法;2传感器,发电型位移传感器,大位移传感器;一、参量型位移传感器1被测物理量转化为电参数,电容或电感等;2,即R=pL/S1电位计由骨架、电阻元件、电

刷等组成；2,号大性能稳定并容易实,输量大,电刷,,;3、线性电位计的特性：Rx=RX/L=KrXKr——;压为 Uo=UiX/L=KuXKu——电位计 的电线性电位计电阻Kr=DR/Dx,度Ku=Duo/Dx4测位移的元件的,,从而测出被测位移;5、电容式位移传感器：是利用电容;1,

;6绝缘屏蔽若绝缘材料能不佳,绝缘阻随环境温湿而,还会,,;

使产生缓慢；2,;

绝缘材料绝缘阻、、；引：屏蔽,在,

,,/4除不寄生,还;,;,,,

除外界静场交磁场干扰;7被物理转自L,互M的,并过确;主自互涡流压磁;输出功率大,灵敏度高,稳定性 好等优点;自感式电感位移传感器原理：缠绕在铁心的线圈中通以交变电流产生磁通,形成磁通回路;为了提高自感位移传感器的精 度和灵敏度,增大特性的线性度,实际用的传感器大部分都作为差动式改善其性能考虑的因素有：1损耗问题,2气隙边缘效应的影响,3温度误差,4差动式电感位移 传感器的零点剩余电压问题;互感式位移传感器测量范围最大：将被测位移量的变化转换成互感系数的变化,基本结构原理与常用变压器类似,故称为变压器式位移传感器;涡流式位移传感器：利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈阻抗Z变化的一种装置;只要分为

高频反射和低频射类;、电位移传感器1电参量;2,点;1磁式位移传感器分为磁和磁位移传感器,分用测量线位移和位移;磁分动和;2、磁动时,输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压,其频 率仍为励磁电压的频率,其幅值与磁所处的位置关系;磁运动时,幅值随磁尺上的剩磁影响而变化;4;5,,;6①当沿刻相对时,相对外点沿着近似运,距W,间距B；②运改变,运也相应改变；③强随按正弦规律变化;7应同步利用电磁应原理

用于;原理当滑相绕组用交流电励磁时,于电磁应,在绕组中会产生励磁电压同频率交变应电势E;当滑相对时,滑相对置发生变化,改变了通过绕组磁通,从而改变了绕组中的应电E;根据对滑正弦绕组励磁电压同,分相;点①,对,可可,强,,；③对差平均化用;8激结构激电转换组成将转换成点信号的激,将被转化种装置;根据用途,可将应同步分旋转种,分别

成电信号;点,范围时间;9①精密度量磁尺感应同步器栅与校正③集成电路制作中的精密定位;

换成电压或电流的变,在送入量放大电路量;弹性元件1柱型弹性元件；薄壁环型弹性元件；3件悬臂梁式两端固定梁式;10常的传感器3应变片是非电量电中一种常见①单频传感器；②双频的转换元件;,由于应变片使简单,传感器;扭矩和压力传感器一力传感器1量力的传感器多为电气式,根据转换方式分为参量型和发电型;参量型力传感器有电阻应变式,电容式,电感式,发电型力传感器有压电式,压磁式;2电阻式应变力传感器原理是将力作在弹性元件上,弹性元件在力作下产生应变,利贴在弹性元件上应变片将应变转换成电阻的变,然后利电桥将电阻变转

量精度,体积小,动态响应应;4的作是感机应变变,为感栅;51有的电阻单位度的电阻大；2有大的电阻应变度有小的度有的弹性,的应变量；5的的电动小;6的作是将件的应变准传感栅,应,, ;;纸、胶、玻璃纤维布基

点工,焊点,于制作简单,价格便宜,比柔软,易于粘贴,应变极限打,但耐潮和耐差;胶比更柔软,且具有

,价格比;8应变片工作是压效应;1压效应是指固体受到应力作,,耐和耐潮湿,率变;都,效应;7、箔式应变片敏感栅是用2半导体应变片横向效应3~5um厚金属箔粘于胶上,刻技术加工成需要形状;优点1金属箔很薄,因而所感受应力状态与试件表面应力状条件,允许通过大流,灵敏度,输出信号功率比大,为丝式应变片100~4003箔式敏感栅尺寸可以做很准确,可以很,制成形状,

,灵敏度为,可制成和片;3点应变灵敏散性大,度,差大,度大,于需要大信号输出场合;9布和接式桥单、、工作式条件U;=0RRRR13 24而可大；4批

;

R1 R1,R2 R1,R2,R3,R4

11、;1/4Ui 1/2Ui UiKεUo KKε10;;,,,,;,,,;

12、112Ω,低频响为13磁下,铁磁材料内部,使磁导,磁;,铁磁材料磁导,磁导低为,14磁磁,磁,铁磁,磁各,磁轴称布;15,,球等组成;二、扭矩传感器1、电阻应变式扭矩传感器的工作原理是在轴类零件受扭矩作用时,在其表面产生切应变,此应变可用电 阻应变片测量;集流环按工作原理 分类：电刷-滑环式、水银式、感应式;2、压磁式扭矩仪又叫磁弹式扭矩仪工作原理是根据磁弹效应,受扭矩作用的轴的导磁性发生相应变化,即磁导率发生变化,从而引起线圈的感抗变化,通过测量电路测量感抗的变化可确定扭矩;3、电容式扭矩测量仪工作原理是利用机械结构,将轴受扭矩作用后的两端相对转角变化变换成电容器两极板之间的相对有效面积的变化,引起电容量的变化来测量扭矩;其

最要优点是灵敏度高,测量时它需要集流装置传输信号;4100~800r/min,测量度1%;5工作;优点：抗力,导线,测量度可±1%;三、压力式传感器1、弹性式压力传感元件有：波登管、膜片和波纹管三类;2、电量式压力计是用各种传感器或测量元件将压力变换成电量或电参数,再经后接相应的测量电路一步变换,最后由显示或记录仪显示或记录下来,以实现压力测量的装 置;常用的测压力系统所用的传感 器有电容式,电感式,电阻式,涡流式,压电式;,;,,,;;,一种,它线圈,;它有良,等极恶劣条,如波;霍尔结构波登管末端位500MPa,,,,移,霍尔;;,,PaPa,,;,;,;

;波登管,;7,,,后,,;有,,,,,可多向等,,,;1;;2,;3,①输出压保持较精准正比关;②惯小;③灵敏高,即输出压变反灵敏;

枢切割通,并产生势,而后;空载时,输出压枢势相等,因而输出压与正比;负载时,输出压比空载时小,这r枢s压降造;理想情况CeC与输出压关系 C=Ce/1+Rs/Rl,Vcf=CeN/1+Rs/Rl.3产生因①负载时,枢反作,输出压与正比,这,负载阻1微型直;;其工作原理原理,恒场,旋②刷接触降压,这因为电刷接触电阻是非线性的,即当电机转速较低,相应的电枢电流较小时接触电阻较大,从而使输出电压很小,只有当转速较高,电枢电流较大时,电刷压降才可以认为是常数,为了减小电刷接触压降的影响,即缩小不灵敏区,应采用接触压降较小的铜-石墨电极或铜电极,并在它与换向器相接触的表面上镀银;③温度影响,这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热,其电阻值也相应增大,从而使励磁电流减小的缘故,在实际使用中可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻,在接到励磁电源上;4、交流测速电动机可分为永磁式,感应式和脉冲式三种;交流测速电动机的工作原理是利

从而感应电动,这种工作原 理为感应子式发电机原理;5、线动速度感器的工作原理是当一个绕有 N的线作直磁向相动时,线力,线感应电动;6、压电、、;性感器,,使用,有机动,测速度30°~12°/s,质量较大,成本高,寿命低;晶体效,梁型、双晶片型、圆管型;,的3具无动,,

无需预间、动态范围宽、体积小、灵1器的种类有压电度高等优点;7器的工作原理是利用霍尔元件组成的传器,在被测物上粘有多对小磁钢,霍尔元件固定于小磁钢附近,当被测物转动时,每当一个小磁钢转过霍尔元件,霍尔元件输出一个相应的脉冲,测得单位时间内的脉冲个数,即可得被测物的转速和角速度;8器的工作原理是在传器靠近在被测物上设定的等距标记安装,当被测物转动器输出频率与转速成正比的信号;9是依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率与流体流速相关原理制成的;二、加速度传器

式,应变式,磁致伸缩式;2器的频率范度高,故应用较为广泛压电加速度传器的工作原理是用压电陶瓷的压电效应可构成不同使用要求的动加速度传器常用的种原理构式压缩,,;点是可作得小,,对被测构的小,压电传器的内高,输出的小,要在高输的置放器;放器有种是电压放器和电放器;电放器输出电压与电分电加速度传,固有频率3器的工作原理-,,,;1①进行位置检②进行图像识别③进行物形状,尺寸缺陷检;

扫描部二维图像信号时间序列维信号;人领,像;3光像由接部分,光部分和扫描部分组成;4像由光二组成列,像机2光基础光部分光像;它组成及各组成环节照明部了被物得到光

由像CCD,信号,和组成;像MOS光成;学信息需要照明,充分发挥传能重要条;接受部由透镜和虑光片组成,具

5二维CCD像成主要有隔行送方和帧送方两;聚成光学图像或抽出效信息6激光利用功; 激光定向高密光成,这激光部光学图像信息转光扫描来识别商品上条形码;成信号;7红外图像把波长 2~20um的红外光图像变换成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器;它通常由红外敏感元件和电子扫描电路组成;8能;人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入,图像处理,图像存储和图像输出四个系统构成;各部件的用途 是 1图像输入是通过视觉传感器将对象物体变成二维或三维图像,再经光电变换将光信号变成电信号,通过扫描采样将图像分解成许多像素,再把表示各个像素信息的数据 输入计算机进行图像处理;2图像处理是对获取的图像信息进行预处理前处理,以滤去干扰,噪声,并作几 何,色彩方面的校正,以提高信噪比;目的是改善图像质量,以进行 图像;3图像存储是把表示图像

,;;4类：一类是时处理,进行示,类;一类是时存,称硬;9;输入的信息信,;10法;10;,,,,,成,,;一,换通—断状态,输平,否发生;11理是硅橡胶与金属电极对置,接触,硅橡胶受压其电阻值就改变,当金属 电极受力压硅橡胶时,输出电压相 应变化;1213：滑动觉传感器应用于工业机器

2,;3：非接触式的特点是感温元件与被,热传;4,是热电应;热点应：当种不同金属体相紧密接一成一电时,于接触点温 人手指把持面与操作对象之间的相

度 T'和 T0

不同,将生热电对运动,以实现实时控制指部的夹紧力;第六章 温度传感器1,;式;

动,并有电流通过,这种把热能转换成电能的现象称为热电应;5成;6体;7一;,,,,一结论被称为8通常由极,绝缘材料,接线盒和护套;9可分为1普通主用测量液和气;铠装缆式特点是

在一起;适用测量平均;5堆10参考位补偿法有：恒法,修正法,补偿法,补偿法,位补偿法;11位补偿法是在接一补偿;12式可分为热式和式;13式是电,是由;测量结容量小,惯性小,态响应快,挠性好,适用普通能测量空;

14结主由材料,为通过,有变薄膜主用测量固体应,在用表面小面积瞬变化,特点线法;是容量小,常数小,反应速度快;它是把几号性极参考

15式是常,用材料是陶瓷半,性-;单色亮随原,,,,,,,;16;,,一部分转为多少与关,较力较高时,力强;17可分为全,亮色;18全利全谱范围内总与关;远

并以被谱一个狭窄区域内亮与标准亮进行较来;程较宽,较高精,一般700~3200范围浇铸;轧钢,锻压,处时;20色以两个波长亮之为基础;连续自钢水,铁水,炉渣表面没覆盖高,800~2000,精为%;优,范围宽,近实际值;2半导以半导P-N结为论基础;利晶二极管与晶三极管为元件;半导二极管,简单,价廉优,可距离,不直高,其制成半导范围在范围100~2000度0~50;晶三极管制成19亮利传感器测量精度高,测量范围较宽 在-50~150度之间,因而用于工业,医疗等领域的测量仪器或系统;都还有很好的长期稳定性第七章 气敏、湿度、水份传感器一、气敏传感器1器;2;;3,;,;4：氢气O碳氢化合物和酒类倾向,;

5,,,价,,即,用于作种具有;,化较;6,;71,机度高,价格便,工作较长,应用;2型气敏,ZnO,;3性较好,机度高,于量;8①漏报警;②矿灯瓦斯报警;③报警;④煤气;式接触燃、湿度传感器气中的水份而导致本身电阻值发生变化的原理制成的;优点是灵敏度高,体积小,寿命长,可以进行遥测和集中控制;10：湿度是指大气中所含的水蒸气量;最常用的两种方法是绝对湿度和相对湿度;11：绝对湿度是指一定大小空间中水蒸气的绝对含量;12：相对湿度是指为某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比值的百分数,这是一个无量纲值;13：氯化锂湿敏电阻式利用吸湿性盐类潮解,离子导电率发生变化而制成的测湿元件;14：负特性湿敏半导瓷是由于它们的电阻率随湿度的增加而下降;

15：正特性湿敏半导瓷是一类材料Fe3O4半导瓷的电阻率随着湿度的增加而增大;16：半导体陶瓷湿敏元件的材料,主要是不同类型的金属氧化物;半导体湿敏元件的定性,的,,的中测的湿度数,而,用温度范可150用,可加洗;17：敏电阻式湿敏元件特点和应用是：1速度,2：3湿温度要水和它：4测量：5,,;用这种绝对湿度传感器的湿度,可制的湿槽;18：高分子膜湿敏元件它用于工业湿度计测中;19：高分子膜湿度传感器的工作原理是以随高分子膜吸收或放出水份儿引起电导率或电容变化测量环境相对湿度的装置;20成;21,,小于20%RH的湿度中,湿度计使用在超过90%RH,,,,恢复原来特性;221,圾和尘埃以;2;3有

;4、23,以分表示;是掌握保和量管理的;24：水份传感器水份计有电阻型,高频电阻型,电容率型,介,近红外型,中子型和核磁共振 型;25：水份传感器的工作原理是利用,RM关,,含量;;26,试样的水份测定;特性,以工作点变动第八章 传感检测系统的构成一：电桥换电路,微机接口电路,分析处理及控制显示电路等部分组成,分别完成信息的获取,转换,传输,分析处理,显示记录等功能;2：电桥是把电阻,电感和电容等元件参数转换成电压或电流的一种测量电路;这种测量电路简单直接,而且精度和灵敏度都较高,在缉拿侧系统中应用较多;和交流电桥;按电桥的工作方式可分为平衡电桥和不平衡电桥;按电桥被测电阻的接入方式可分单臂电桥和差动电桥;E;

电桥;6：当用电桥进行测量时,可采用零测法和偏差测量法;7：平衡状态的应用是基于零测法;利用热电阻传感器测量温度,应用的就是电桥的平衡状态;它一般适合于测量静态值;不平衡状态的应用基于偏差测量法;它既可以测量静态值又可以测量动态值,其测量精度受检流计的精度及电源稳定性的影响,但能满足实际测量的要求;指标是电桥的灵敏度及电桥的非线性误差;的输出变化量;用了电桥的不平衡输出反映被测量的变化情况,因此,测量前电桥的输出应调为零,称为电桥调零;1115;,Rw,

,;;R;调16一阶低传递函数Rw<<Ro,Rw,R;12;;1,;;1,;

一阶;适于精度;RC具有频容易抑低频作;1于某一频段,而此频段外加抑或衰减;衡量工作特性好坏重标品质因,其定义心频fo频带Bfo一定条件下,Q越频越窄,选择性越好;1由运算放RC网络组;19具优1感线圈,因而积,重量,价格,线性等面具明显优越性,便于集成化;2由于运算放大器输入阻抗高,输出阻抗低,可以提供良好的隔离性能,并可提供所需增益;3使低频截止频率达到很低范围;20选择性差;二阶低通滤波器RR=R,C=CC

数字量;数/模 D/A是数字量变模量;23：数/模 D/A转器的术是12输出模压的值值差;,运,1 2 1 2;克服一阶滤波器在w小于wo附近衰;Q,,不影响fo;,,;211,;2;,;3;22/数A/D

;3;/;4输出压或流的;24、多,目前多逐次逼近法;25：多路模环节通在微机控制的检测系统中,要采用多路信号,了减少检测通道的设备,而使多个信号的采样共同使用一个模/数转器,需经过多路传感器转 后的信号采用分法切到模/数转器上;26,,;2/

2相位角不0o180o、36,否则会现两刚好相差整周期或相位刚好想反;3四倍直;29按照干扰两类是系统内部干扰和自系统外部,/数,3产生内部干扰因素/;28,,,;;1光学和子等方法;

公共,地线和线相互耦合形干扰;31外部干扰因素外部高压因绝缘不良形漏,广播视,高频应热等,空磁波辐射,周围振动和击3形干扰三个条件干扰,干扰耦合道,干扰收电;3抑制干扰方法1地系统四地系统安,,;2①静电其方法有两种是用金属罩罩住带静电的物体,并将罩接,使罩外空间不存在静电场用罩罩住测量电路,保证罩内部存在静电场;②低频磁感应其原理是使绝大部分磁通量经体通过,选用导磁性能好的材料做罩;③高频磁感应

抑制这种干扰采用差分放大器,因为它几乎对共噪声没有放大作用;3克服串扰的有效方法是将不同线分开,并且留有