传感器复习资料课件

传感器与检测技术传感器复习资料1.课程学习内容复习2.课后习题本次课学习的内容1.课程学习内容复习02四月20252传感器复习资料第〇章绪论0.1传感器的作用0.2传感器的定义和组成0.3传感器的分类0.4传感器的发展展望1.课程学习内容复习02四月20253传感器复习资料1.课程学习内容复习第〇章，绪论：传感器的作用：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。02四月20254传感器复习资料1.课程学习内容复习第〇章，绪论：传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的组成：02四月20255传感器复习资料1.课程学习内容复习第〇章，绪论：传感器的分类：按工作机理分类，分为物理型、化学型、生物型等；按构成原理分类，分为结构型和物性型两大类；按是否有能量转换分类，分为能量控制型和能量转换型；按物理原理分类；按照用途分类。02四月20256传感器复习资料第一章传感器的一般特性1.1传感器的静特性1.2传感器的动特性1.3传感器的标定1.4传感器的技术指标1.课程学习内容复习02四月20257传感器复习资料1.课程学习内容复习第一章，传感器的一般特性：传感器的特性：传感器特性主要是指输出与输入之间的关系；当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。02四月20258传感器复习资料1.课程学习内容复习第一章，传感器的一般特性：传感器的静特性：线性度；迟滞；重复性；灵敏度和灵敏度误差；稳定性；静态测量不确定性；其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。02四月20259传感器复习资料1.课程学习内容复习第一章，传感器的一般特性：传感器的动特性：传递函数；频率特性；过渡函数。〇、一、二阶系统：〇阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。02四月202510传感器复习资料1.课程学习内容复习第一章，传感器的标定：传感器的标定：

通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系；静态标定；动态标定。02四月202511传感器复习资料第二章电阻式传感器2.1应变式传感器2.1.1应变式传感器的基本工作原理2.1.2金属应变片的主要特征2.1.3测量电路2.1.4应变式传感器的应用1.课程学习内容复习02四月202512传感器复习资料1.课程学习内容复习第二章，电阻式传感器：金属的应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化的效应，设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，其电阻R=ρl/A，求R的全微分可得：外力作用改变l、S、ρ的大小，都会带来电阻的变化。02四月202513传感器复习资料1.课程学习内容复习第二章，电阻式传感器：惠更斯电桥：平衡的条件。R1+⊿R1R2R4R3UILRL02四月202514传感器复习资料第三章电感式传感器3.1自感式传感器3.1.1工作原理3.1.2转换电路3.1.3零点残余电压3.1.4典型应用1.课程学习内容复习02四月202515传感器复习资料第三章电感式传感器3.5电涡流式传感器3.5.1基本工作原理3.5.2转换电路3.5.3低频透射涡流传感器3.5.4传感器实例及典型应用1.课程学习内容复习02四月202516传感器复习资料1.课程学习内容复习第三章，电感式传感器：定义：是一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。感测量：位移、振动、压力、应变、流量、比重等。种类：根据转换原理，分自感式和互感式两种；根据结构型式，分气隙型、面积型和螺管型。02四月202517传感器复习资料1.课程学习内容复习第三章，电感式传感器：电感式传感器的转换电路：

调幅电路；调频电路；调相电路。02四月202518传感器复习资料1.课程学习内容复习第三章，电感式传感器：电感式传感器的误差因素：零点残余电压

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。02四月202519传感器复习资料1.课程学习内容复习第三章，电感式传感器：

电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，故称之为电涡流。电涡流式传感器是以电涡流效应为基础，由一个线圈和与线圈邻近的金属体组成，当线圈通入交变电流I时，在线圈的周围产生一交变磁场H1，处于该磁场中的金属体上产生感应电动势，并形成涡流。金属体上流动的电涡流也将产生相应的磁场H2，H2与H1方向相反，对线圈磁场H1起抵消作用，从而引起线圈等效阻抗Z或等效电感L或品质因数相应变化。金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。02四月202520传感器复习资料1.课程学习内容复习第三章，电感式传感器：电涡流式传感器的转换电路：

电桥电路法；谐振电路法；正反馈法。02四月202521传感器复习资料第四章电容式传感器4.1工作原理与类型4.2转换电路4.3主要性能、特点与设计要点4.4电容传感器举例1.课程学习内容复习02四月202522传感器复习资料1.课程学习内容复习第四章，电容式传感器：电容式传感器的基本原理：

δ、S和εr中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C0、δ或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；εr的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化02四月202523传感器复习资料1.课程学习内容复习第四章，电容式传感器：电容式传感器的转换电路：

电桥电路；二极管双T形电路；差动脉冲调宽电路；运算放大器式电路；调频电路。02四月202524传感器复习资料1.课程学习内容复习第四章，电容式传感器：电容式传感器的特点：优点：温度特性好；结构简单、适应性强；动态响应好；可以实现非接触测量、具有平均效应。缺点：输出阻抗高、负载能力差；寄生电容影响大。02四月202525传感器复习资料第五章电感式传感器5.2霍尔式传感器5.2.1工作原理与特性5.2.2霍尔元件的误差及其补偿5.2.3典型应用1.课程学习内容复习02四月202526传感器复习资料1.课程学习内容复习第五章，磁电式传感器：霍尔效应的定义：

磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势,这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。

02四月202527传感器复习资料1.课程学习内容复习第五章，磁电式传感器：霍尔效应的大小：

UH=BI/ned→UH=kHBI

02四月202528传感器复习资料1.课程学习内容复习第五章，磁电式传感器：霍尔式传感器的误差因素：

元件几何误差以及电极焊点的大小造成的影响；不等位电势的影响；寄生直流电势的影响；感应电势的影响；温度误差的影响。恒流源供电和输入回路并联电阻；合理选取负载电阻；恒压源和输入回路串联电阻；采用温度补偿元件。02四月202529传感器复习资料第六章压电式传感器6.1压电效应与压电元件6.2等效电路与测量电路6.3应用举例1.课程学习内容复习02四月202530传感器复习资料1.课程学习内容复习第六章，压电式传感器：正压电效应的定义：

某些电介质，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，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。02四月202531传感器复习资料1.课程学习内容复习第六章，压电式传感器：基于压电效应的测量电路：

电压放大器；电荷放大器。02四月202532传感器复习资料第七章光电式传感器7.1光源7.2光电器件1.课程学习内容复习02四月202533传感器复习资料第七章光电式传感器7.3电荷耦合器件和位置敏感器件7.3.1电荷耦合器件7.3.2位置敏感器件1.课程学习内容复习02四月202534传感器复习资料第七章光电式传感器7.4光纤传感器7.4.1光纤传感器的基本知识7.4.2光纤传感器的分类和应用1.课程学习内容复习02四月202535传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光电式传感器的基本构成：

将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光电元件。光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光光源光电电光通路光电器件信号处理被测量被测量输出02四月202536传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光电器件的作用和分类：

作用：将光信息转换为电信号光信息：光强度、光相位、光频率电信号：电流、电压、电阻分类：热辐射探测器光子探测器02四月202537传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光电器件的工作原理：

是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应；内光电效应：光电导效应；光生伏特效应。02四月202538传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：CCD的工作原理：

CCD通过电荷的存储和转移，来实现信号的存储和转移，不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。02四月202539传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：CCD产生信号电荷的转移：

每个像素下面势阱内的电荷包通过转移后，顺序向外电路输出，并转换成信号电流或电压的形式，由外电路放大和处理。02四月202540传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：PSD的工作原理：

基于内光电效应检测连续光点位置的光电元件，也被称作“坐标光电池”；02四月202541传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光纤传光的工作原理：

当入射角超过全反射临界角时，光线不会透过其界面，而全部反射到光密物质内部，也就是说光被全反射。根据这个原理，只要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角θ0小于一定值，则入射到光纤纤芯和包层界面的θ1角就满足小于临界角θc的条件，光线就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播，光就能从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光的基本原理。02四月202542传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光纤的种类：

按折射率，可将光纤分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。按传播的模式，可将光纤分为单模光纤和多模光纤。02四月202543传感器复习资料1.课程学习内容复习第七章，光电式传感器：光纤传感器的种类：

可分为功能型和传光型。02四月202544传感器复习资料第八章热电式传感器8.1热电偶传感器8.1.1热电偶的工作原理8.1.2常用热电偶8.1.3热电偶温度补偿8.1.4典型应用1.课程学习内容复习02四月202545传感器复习资料第八章热电式传感器8.2热电阻传感器8.3热敏电阻传感器8.4集成温度传感器1.课程学习内容复习02四月202546传感器复习资料1.课程学习内容复习第八章，热电式传感器：热电效应的定义：

将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。热电效应按其原理，分为接触电动势和温差电动势。02四月202547传感器复习资料1.课程学习内容复习第八章，热电式传感器：热电效应的三个定律：

中间导体定律；参考电极定律；中间温度定律。02四月202548传感器复习资料1.课程学习内容复习第八章，热电式传感器：热电阻传感器的工作原理：

温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。02四月202549传感器复习资料1.课程学习内容复习第八章，热电式传感器：热敏电阻传感器的工作原理：

热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。而且体积可以做得很小，故动态特性好，适于在-100℃～300℃之间测温。02四月202550传感器复习资料第十一章波式和射线式传感器11.1超声波式传感器11.2微波式传感器11.3射线式传感器1.课程学习内容复习02四月202551传感器复习资料1.课程学习内容复习第十一章，波式和射线式传感器：超声波传感器的定义：

能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器或超声波探头。超声波测厚传感器的工作原理，利用测量超声波的延迟时间，来测量物件的厚度。02四月202552传感器复习资料1.课程学习内容复习第十一章，波式和射线式传感器：微波传感器的构成：

微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。02四月202553传感器复习资料1.课程学习内容复习第十一章，波式和射线式传感器：射线式传感器的基本构成：

射线式传感器由：放射源和探测器组成。常用的核辐射探测器：

当前常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。

02四月202554传感器复习资料1.课程学习内容复习2.课后习题本次课学习的内容2.课后习题02四月202555传感器复习资料2.课后习题第〇章，绪论：

1.画出传感器的组成框图，并从网络上查询某种类型的传感器，结合该传感器的组成来进行说明。

答：02四月202556传感器复习资料2.课后习题第〇章，绪论：2.按照构成原理，传感器可以分为结构型和物性型，针对这两种分类从网络上分别查询2个例子，并阐述它们赖以工作的原理。

答：

结构型：电容式、电感式；物性型：霍尔式、压电式。02四月202557传感器复习资料2.课后习题第一章，传感器的一般特性：1.什么是传感器的静特性，它有哪些性能指标？

答：

传感器的静特性是指传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系；它包括线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率等性能指标。02四月202558传感器复习资料2.课后习题第一章，传感器的一般特性：3.某传感器给定相对误差为2%FS，满度值输出为50mV，求可能出现的最大误差δ(以mV计)。当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的相对误差？

答：

最大误差δ=2%×50=1(mV)；满刻度1/2时，最大可能的相对误差为：δ/(50*1/2)=4%;满刻度1/8时，最大可能的相对误差为：δ/(50*1/8)=16%。02四月202559传感器复习资料2.课后习题第一章，传感器的一般特性：4.有一个传感器，其微分方程为30dy/dt+3y=0.15x，其中y为输出电压(mV)，x为输入温度(°C)，试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k？

答：

对系统微分方程进行laplace变换：Y(s)(30s+3)=0.15X(s)，因此系统传递函数为G(s)=Y(s)/X(s)=0.05/(10s+1)。时间常数τ：10静态灵敏度k：0.05mV/°C。02四月202560传感器复习资料2.课后习题第二章，电阻式传感器：5.一应变片的电阻R=120Ω，k=2.05，用作应变800μ

m/m的传感元件，1)，求ΔR和ΔR/R；2)，若电源电压U=3V，求初始平衡时惠更斯电桥的输出电压Uo？

答：

ΔR/R=kε=2.05×800×10-6=1.64×10-3；ΔR=kεR=1.64×10-3×120=0.1968Ω。初始平衡时，惠更斯电桥的输出为0。02四月202561传感器复习资料2.课后习题第二章，电阻式传感器：6.在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两个应变片接入差动电桥，若钢的泊松系数μ=0.285，应变片的灵敏系数k=2，电桥电源电压U=2V，当试件轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值为0.48Ω，试求电桥的输出电压Uo？

答：

ΔR1/R1=kε，因此ε=0.48/2/120=0.002；因此，圆周方向的应变为Δr/r=-με=-5.7×10-4；02四月202562传感器复习资料2.课后习题第二章，电阻式传感器：

答：

ΔR2/R2=kΔr/r=2=1.14×10-3，因此ΔR2=0.137；因此：02四月202563传感器复习资料2.课后习题第三章，电感式传感器：1.何谓电感式传感器？它是基于什么原理进行检测的？

答：

是一种利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的装置。它通过将位移、振动、压力、应变、流量、比重等被测量转化为线圈自感和互感的变化，通过测量线圈自感或互感实现对被测量的测量。02四月202564传感器复习资料2.课后习题第四章，电容式传感器：2.单组式变面积型平板形位移电容传感器，两极板相对覆盖部分的宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动2mm，求其电容变化量。

答：

C=εab/δ→ΔC=εaΔb/δ→k=εa/δk=8.85×10-12×4/0.5=0.07pF/mmΔC=εaΔb/δ=kΔb=0.07pF/mm×2mm=0.14pF02四月202565传感器复习资料2.课后习题第五章，磁电式传感器：7.某霍尔元件l、b、d的尺寸分别为1.0cm、0.35cm、0.1cm，沿l方向通以I=1mA的电流，在垂直lb的方向加有B=0.3T的均匀磁场，传感器的灵敏度系数为22V/AT，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。

答：

UH=kHIB→UH=22×0.001×0.3=6.6mVkH=1/ned

→n=1/kHed

→n=1/22/1.6e-19/1e-3=2.84e20m-302四月202566传感器复习资料2.课后习题第六章，压电式传感器：