检测与转换技术课件

绪论第一章检测技术基础第八章信号变换技术目录第四章电阻应变传感器及其应用第五章电容传感器及其应用第六章电感传感器及其应用第十章创新设计专题第二章误差理论基础第七章其它常用传感器第九章抗干扰技术第三章传感器概述绪论检测技术是人类感觉器官的扩展和延伸，是人类观察自然和测量自然界各种现象的电路手段，是把各种非电量转化为电量的一种过程。检测的最重要技术：传感器，是现代信息产业（计算机、通讯及传感器）三大支柱之一。据有关部门统计，全球目前生产出的传感器已达３万多种，它们被广泛地应用于各行各业。检测技术是一门实用型、综合型的新兴边沿学科,其应用领域非常广泛。

实用性:1、各种检测仪器和仪表2、各种系统装备中的关键技术或部件综合性：传感器技术、误差理论、信号处理、电子技术、微处理器技术、微电子技术、人工智能、模糊处理技术等等。边沿学科：检测技术渗透在各个学科领域：机械、电气、信息、采矿、勘探、环保、化工、建筑、生物、医学等等。当今最新技术与检测技术当今最新四大技术

——原子能、半导体、计算机、激光器。原子能：核辐射检测技术在医疗诊断、材料探伤等方面的应用；半导体：电子集成电路及半导体材料大大促进了传感检测技术的发展计算机：为检测技术的数据智能处理等方面提供了先进的手段；激光器：激光传感检测技术在制导、测距等方面得到广泛的应用。爱国者导弹实战录象检测技术在军事上的应用一检测技术在军事上的应用二实弹录象检测技术在军事上的应用二中国火箭炮检测技术在医疗领域的应用核磁供振仪同位素扫描仪

煤矿顶板支架监测

检测技术在安全监测方面的应用

煤矿矿井调度监测中心

机车铁轨杂散电流检测火灾报警检测技术在其它领域中的应用航天飞机运行状态的监测石油的勘探外星的探索检测技术在现代汽车工业的应用：1.提高性能2.确保安全检测技术急需解决的问题黄金、纸币真伪识别的问题。汽车防撞问题火灾早期预警问题癌症早期诊断问题

蔬菜农药残留快速检测人体生物电信息检测宝石的检测★检测技术涉及到许许多多的创新和发明。例如：1、温度计的发明2、压力计的发明3、x光检测技术的发明4、声纳的发明亚历山大电话爱迪生-电灯等法拉弟-发电机伽利略-单摆、温度计等5、雷达的发明动脑筋,想想我们周围需要检测的事例?点滴流量的监测原则:1.实用性2.新颖性3.可行性要有实用价值或广泛的应用前景。要有创新，不要重复别人或仿造别人的发明。要论证技术上的可行性，对研究探索方面，往往会经历从不可能到可能的过程。?演唱水平的检测网络监测系统局域网络监测系统无线监测装置便携式检测仪器检测技术的主要应用产品课后思考1、自动感应出水装置（KFC）课后思考2、传统滚轮鼠标和光电鼠标课后思考3、手机的语音拨号功能课后思考4、楼宇声光控电子开关5、数码（摄）相机中的CCD技术和传统相机第一节测量方法及分类第二节真值和平均值第三节检测装置的基本性能第四节测量系统的静态特性第五节测量系统的动态特性

第一章检测技术基础本章学习要求2、掌握各种检测方法的特点和应用场合1、掌握检测技术的基本原理和基本概念3、了解检测系统静态特性的特点和指标4、了解检测系统动态特性的特点和指标采用各种手段将被测量与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的方法。测量结果与被测量真值的差别。测量：误差：第一节测量方法及分类被测量同类标准量1、测重量砝码2、测气体标准气体测量方法的分类根据获得测量结果的方法不同，可以分为直接测量、间接测量和组合测量。在仪表上直接读出被测量的大小而无须经过任何运算。

直接测量：如汽车油位表、油温表优点：简单、迅速缺点：精度差1.1直接测量、间接测量和组合测量直接测量除了指针式仪表外,还有什么方式?首先测出与被测量有确定函数关系的物理量，再经过函数运算求出被测量的大小。又称“联立测量”，即被测物理量必须经过求解联立方程才能导出结果。

间接测量：

组合测量：如：测电阻率组合测量举例：测量一金属导线的温度系数故不同、，测得、由{由近似值得温度系数动脑筋想想？？？测量人体肥胖的程度应采用什么测量方法？直接测量法测量脂肪间接测量法测量身高和体重组合测量法测量身高、体重和脂肪根据测量条件相同与否，分为等精度测量和不等精度测量。

1.2等精度测量和不等精度测量等精度测量：在测量过程中，影响测量误差的各种因素不改变。不等精度测量：改变测量条件的测量。名词解释等精度测量：不等精度测量：例如测量一高炉的温度采用同一测温仪器，用相同的测量方式，在相同的条件下测量多次。例如对瓦斯检测仪器进行温度试验

采用相同的仪器，在不同的温度条件下对某一浓度的甲烷气体测量。

1.3其它测量方法⑴接触测量和非接触测量⑵静态测量和动态测量接触被测对象的测量远离被测对象的测量测量对象的稳态值如重量、压力等等测量对象随时间的变化值如振动、加速度等等。接触测量非接触测量举例说明：请判断下面的检测属哪种检测方法？1.接触测量或非接触测量？2.静态测量或动态测量?体温测量测量塔的倾角电动机转速测量:1.用测速发电机?

2.用光电检测法?烟雾报警红外测温汽车速度测量

测量的目的在于寻求被测量的真值。

设、…

代表各次的观测值，n为测量次数，则平均值有如下几种：第二节真值和平均值在科学试验中，通常用平均值代替真值。1.算术平均值：2.几何平均值：3.均方根平均值：常用来表示测量真值衡量检测装置性能的指标主要有精度，稳定性等等.1.精度：⑴精密度——在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度（离散程度）反映了随机误差的大小第三节检测装置的基本性能⑵准确度——它表示测量仪器指示值对真值的偏离程度反映系统误差的大小⑶精确度——它是精密度和准确度的综合反映反映系统综合误差的大小例：打靶结果评价：精密度高准确度差精密度高准确度好精密度低准确度差2.稳定性：测值随时间的变化程度在一定条件下，保持输入信号不变，输出信号随时间而变化时间t延长灵敏度下降零点漂移：灵敏度变化：灵敏度的衰减反映使用的寿命指标！对任何一个测量系统，在一定条件下，输出输入存在着一定的函数关系，即静态特性输出量输入量一般形式有：第四节测量系统的静态特性1.灵敏度灵敏度——传感器或检测仪表在稳态下输出量的变化量△y与输入量的变化量△x之比，用K表示

如果输入输出特性为线性的传感器或仪表，则对一般的非线性输出灵敏度可近似认为:K＝a1例如：某铂丝热敏传感器1.在小测量温度范围内，其阻值与温度可近似看作线性关系，有R＝R0(1+

tT)RT00C时的阻值温度系数灵敏度为：K＝dR/dT=R0

t2.将此铂丝构成电桥进行温度测量，输出电压信号与温度的关系呈非线性关系，有

U=a0+a1T-a2T2a1、a2、a3是常数。UT灵敏度为：K=a12.分辨率分辨率——灵敏度阈值，引起输出量产生微小变化所需的最小输入量的变化量1。对数字显示的测量系统，分辨率是数字显示的最后一位所代表的量度。2。对指针式测量仪表，分辨率与人们的观察能力和仪表的灵敏度有关。举例说明：1.数字天平2.指针式称重计天平的分辨率是多少?0.01g

人们所能观察的指针偏移量为0.3mm。设称重计的灵敏度S＝10mm/Kg分辨率＝

x/S=0.3/10=0.03Kg3.线性度线性度——检测输入输出特性对理想线性输入输出特性的近似程度。用实测输入输出特性与理想输入输出特性的最大偏差对量程之比的百分数表示。

max0A输出输入100％线性度=最大偏差量程1.某一天平压力传感检测装置,测量量程为1000g，实测输入输出特性与理想输入输出特性的最大偏差为5g，其线性度为：

=5/1000=0.5%线性度

也叫“非线性误差”2.某超声波测距传感装置，检测范围为0～500m，在整个测量范围内，与理想线性输出的最大误差为3m，其非线性误差为：

=3/500=0.6%举例说明：4.迟滞（滞环）滞环——说明测量系统正向（输入量增大）和反向（输入量减小）特性不一致的程度最大滞环误差率：输出输入0A100％

m5.重复性在同样的工作条件下，输入按同一方向作全量程多次（三次以上）往复变化时，测量系统刻度特性曲线的一致性输出输入0A100％

m动态特性是描述系统输入输出与时间的关系。动态特性常用微分方程表示。检测系统的动态特性又称“动态响应”。分析检测系统的动态特性常用时域分析方法，如用传递函数进行分析。通常取输入信号为阶跃信号，分析输出的响应。第五节测量系统的动态特性1.一阶检测系统

一阶检测系统又称惯性系统，它的运动方程是：y—输出量x—输入量f—阻尼系数K—常数(动力学的刚度系数)检测系统的传递函数为：T=f/K称为时间常数表示检测系统的滞后程度。

一阶检测系统在阶跃输入下的响应特性:y0Yt0T响应时间—输出达到稳态值的90%或95%所需的时间.时间常数T反映响应的快慢.2.二阶检测系统二阶检测系统又称振荡系统，它的运动方程是：传递函数为:式中,W0------系统固有频率阻尼比

二阶检测系统在阶跃输入下的响应特性:yt0

=0.2

=0.6

=1

=2

=5

<1衰减振荡波形

=1临界振荡状态

>1惯性特性响应时间定义与一阶系统相同.超调量

%=峰值/稳态值100%第一章小结1、基本概念测量和误差、真值和平均值、精度、稳定性等2、检测方法的分类和特点直接测量、间接测量和组合测量；等精度测量和不等精度测量；静态测量和动态测量；接触测量和非接触测量等3、检测系统的静态特性灵敏度、线性度、分辨率、迟滞和重复性等4、检测系统的动态特性一阶系统和二阶系统的特征响应时间第一节误差的表示方法第二节测量误差的分类第三节误差分析与处理方法第四节测量误差的综合处理第五节测量系统的误差分配原则第二章误差理论基础学习要求1、掌握误差的表示方法、特点和计算；2、熟悉三种误差类型、特点和判断方法；3、了解减小或消除误差的基本方法；4、掌握误差综合的计算方法。学习误差的意义:1.正确认识误差的性质,分析误差产生的原因,以便消除或减小它;2.正确处理数据,合理计算所得结果,以便在一定条件下,得到更接近真实值的数据;3.正确组成检测系统,合理设计检测系统或选用测量仪表,正确选择检测方法,以便在最经济的条件下,得到理想的测量结果.测量值1.1绝对误差：被测量真值，通常无法知道，常用较高精度的仪器示值代替第一节误差的表示方法如铂电阻温度计指示的温度相对于普通温度计而言是真值.绝对误差的特征：⑴具有量纲，与被测量相同⑵其大小与所取单位有关如0.1kg如⑶能反映误差的大小和方向⑷不能反映测量的精细程度+表示偏大;-表示偏小.为什么？

举例说明1.用温度仪测量温度，绝对误差是

10C对测量10000C的炉温，精度很高；但对测量人体体温则误差太大。2.一只钟的误差是1秒，误差是否大？是工作一天的误差还是一年的误差？1.2相对误差-----绝对误差与被测量真值之比.科学研究中常用算术平均值代替真值；工程上常用测量显示值代替真值。举例说明：例1.测量温度的绝对误差为

10C，测量水的沸点温度1000C，测量的相对误差是多少？例2.某电子天平的相对误差是0.5%，测量500g

重物的误差是多少？相对误差的特征：⑴大小与被测量单位无关⑶能反映测量工作的精细程度⑵能反映误差的大小和方向

相对误差比较符合实际检测需要，一般地，测量范围越小，要求的绝对误差越小。比如量程为1000Kg的秤，相对误差为1％，则测量10Kg重物的误差为0.1Kg，而测量500Kg重物的误差为5Kg。1.3引用误差----是一种特殊的相对误差表示法，常用于连续刻度的仪表中，实质给出仪表的最大绝对误差。

引用误差A满量程刻度值

xm测量中最大绝对误差指示仪表通常按

进行分类。例如电工仪表按

大小分为7级：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0对一定级别的仪表，其绝对误差为一常数，

x=A,不随示值刻度发生变化，但示值相对误差则不同，越接近仪表满刻度，示值相对误差越小，反之则越大。引用误差的用途例：满刻度为100v,=2.5%

的电 压表其绝对误差若测量电压为25v,其示值相对误差大于引用相对误差结论：在使用电工仪表进行测量，要选择合适的量程，一般要求被测量工作在不小于满刻度的2/3区域在同一条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化。这叫“系统误差”。它又分为两类：⑴恒值系统误差——指在一定条件下，大小和符号都保持不变的系统误差2.1系统误差：第二节测量误差的分类⑵变值系统误差——在一定条件下，按某一确定规律变化的系统误差。根据变化规律有以下三种情况：指在整个测量过程中，误差的数值向一个方向变化。指在测量过程中，数值是按周期性变化的。指误差变化的规律复杂，一般用表格、曲线或公式表示。A.累进性系统误差。B.周期性系统误差。C.按复杂规律变化的系统误差。产生系统误差的原因主要是：⑴仪器不良，如零点未校准刻度不准；⑵测试环境的变化，如外界湿度、温度、压力变化等；⑶安装不当；⑷测试人员的习惯偏向，如读数偏高；⑸测量方法不当。2.2随机误差：在一定测量条件下的多次重复测量，误差出现的数值和正负号没有明显的规律。这叫“随机误差”。这类误差是由许多复杂因素微小变化的总和引起的，分析较困难，对于某一次具体测量，不能在测量过程中设法把它去除。随机误差具有随机变量的一切特点，在多次测量中服从统计规律。

随机误差是没有规律的，如何估计它的大小？随机误差表现了测量的分散性。在误差分析时，常用精密度表示随机误差的大小。随机误差愈小，精密度愈高。而系统误差则用准确度表示。2.3.疏失误差又称“过程误差”或“粗大误差”，简称“粗差”，这是一种由于测量人员的粗心或过度疲劳造成的误差。具有疏失误差的测量值称为“坏值”，在实际计算中应舍去。3.1系统误差1.系统误差的判别a)实验对比法采用多台更同类或相近的仪器进行同样的测试和比较，分析测量结果的差异，可判断系统误差是否存在。(1)恒值系统误差的判断----这种方法常用于新仪器的研制。第三节误差分析与处理方法b)改变测量条件法

通过改变产生系统误差的条件进行同一量的测量,可发现测量条件引起的系统误差。也可用更高精度的仪器来校正，判断系统误差的大小。c)理论计算与分析法

对于因测量方法或测量原理引起的恒值系统误差，可以通过理论计算和分析加以判断和修正。a)残余误差观察法:对被测量x0进行多次测量后得测量列x1,x2,….,xn,得到相应的残余误差U1,U2,…..,Un。对残余误差进行列表或作图进行观察。0nU0Un0Un无系统误差线性系统误差周期性系统误差(2)变值系统误差的判断b)残余误差之和相减法(马利科夫判据):当测量次数较多时，将测量列前一半的残余误差之和，减去测量列后一半的残余误差之和。若M接近于零，说明不存在变化的系统误差；若M显著不为零，则认为存在变化的系统误差。式中，n为测量次数，K＝n/2或k=(n+1)/22.系统误差的消除与削弱(1)固定不变的系统误差消除法:

代替法---在一定的条件下,选择一个大小适当并可调的已知标量去代替测量中的被测量,并使仪表的指示值保持原值不变.此时该标准量即为被测的数值.例如:代替法测量精密电阻Rx。R1R2R3RxR1R2R3RN调R2使电桥平衡调RN电桥平衡。RN＝Rx交换法----在测量中将引起系统误差的某些条件（如被测物的位置）相互交换，而保持其它条件不变，使产生系统误差的因素对测量起相反的作用，取两次测量的平均值作为测量结果，以消除系统误差。例如：用等臂天平称某物重量。(2)线性系统误差消除法：最常用的方法是“对称测量法”例:测量电阻Rx。UxUNKERRxRNiit0标准电阻RN已知，有，Rx=UxRN/UN但是，用于Ux和UN测量时间的不同，产生误差。由于电池的放电E减小而产生。t1t2t3it0ii-eI-2e消除误差的处理：取等距时间间隔，t=t2-t1=t3-t2得到对应的电流变化。t1时刻，测得Rx上的电压：U1＝iRxt2时刻，测得RN上的电压：U＝(i-e)RNt3时刻，测得Rx上的电压：U3=(i-2e)Rx联立求解，得：(3)周期性变化的系统误差消除法：可用半周期读数法：设误差为周期性变化，经过1800后，误差变号，利用此特点，每隔半个周期进行一次测量，取两次读数的平均值作为测值，即可消除周期性误差。0Un周期性系统误差需要准确确定误差的周期。3.2随机误差分析方法1.随机误差的统计特性就随机误差个体而言，其大小和方向都无法预测，但就随机误差的总体而言，都具有统计规律。在检测系统中，绝大多数随机误差近似服从正态分布。P

0P--随机误差的概率密度

----随机误差2.随机误差的估计问题:用算术平均值作为真值的近似值，误差有多大?-----对随机误差的估计均方根估计最适合服从正态分布的随机误差的估计。(1)测量列的均方根误差设测量列为x1,x2,…..,xN。列均方根误差为：反映测量列的离散程度，从而反映测量的精密度。

列均方根误差与误差估计的置信概率Px0测量值典型正态分布曲线可见：a)全部测量值分布在算术平均值附近；B)测量值误差在

-

～+的概率为68.27%；在－2～+2的概率为95.45%。在－3～+3的概率为99.73%。(2)算术平均值的均方根误差对某量测量n次，可得到一个算术平均值重复上述过程m次，可得m个算术平均值，即，以上算术平均值相对于真值的离散程度可以用算术平均值的均方根误差表示：可以证明，列均方根误差与算术平均值的均方根误差有以下关系：测量结果的表示方法：或例如：对某重物进行了十次等精度测量，测值为：

20.6220.8220.7820.8220.7020.7820.8420.7820.8520.85g1）测量值的算术平均值；2）测量值的均方根误差；3）测量结果的表达。求:解：1）2）3）3.3疏失误差或粗大误差的处理1.粗大误差产生的原因1)测量人员主观的原因：

包括测量人员的经验不足、操作不当、或工作过度疲劳或测量时不细心、不耐心、工作责任感不强等等，造成了错误的读数或错误的记录。2)客观外界条件的原因：

由于测量条件意外的改变，如机械振动、强电磁辐射或电网电压波动等，引起仪表示值或被测对象位置、性能的某些改变而产生误差。2.判断粗大误差的准则

莱依特准则：

设某一测量列中，测量值只含有随机误差，根据随机误差的正态分布规律，其误差落在

3以外的概率约为0.3％，所以若发现有残余误差有则认为该测值xi是粗大误差，应予剔除。例：对容器中一溶液的浓度共测量15次，结果为：

20.4220.4320.4020.4320.4220.4320.3920.3020.4020.4320.4220.4120.3920.3920.40%试判断并剔除异常值。【解】∵∴剔除20.30对剩下的14个数据继续继续判断：逐一检查ui，其绝对值无一超过0.048。所以，15个测量数据中只有20.30是异常值。10.08.05.0

8.0

8.05.0其它粗大误差的应用举例:8.08.08.08.08.08.0---裁判评分最后得分:前例结果分析:若不去掉最高分和最低分,则,结果与前面处理的结果相同，为什么？若采用莱依特准则进行粗大误差的处理，则显然也不合理!测量误差的综合处理是研究检测各个环节的误差对系统误差的影响规律，以确定总误差与各环节误差的关系。设Y为被测量，、、…为中间变量，找出被测量与中间变量的函数关系：第四节测量误差的综合处理进行全微分得：其中，

为被测量的绝对误差为变量的绝对误差为对的偏导数对上式两边除以Y，就可得相对误差的综合表达式：举例说明：解：例1.已知桥臂电阻R1、R2、RN的精度为0.1％，假定R1＝100

，R2＝1000，当RN＝100

时电桥平衡，求Rx的精确值。最大误差为：Rx=10(10.3%)例2：测量一段导线电阻。已知导线截面的测量误差是

3%，导线长度的测量误差是2%，求该电阻的最大测量误差。解：最大测量误差是：已知系统总误差，求各组成环节的误差属于误差分配问题。误差分配原则是：必须兼顾各环节可以达到的误差水平，合理地进行误差分配。分配测量环节的误差应满足系统误差要求。利用正负环节误差可相互抵消的特点，降低系统总误差，或采用质量较低的元器件第五节测量系统的误差分配原则1、基本概念绝对误差和相对误差的特点；三种误差产生的原因和特点，系统误差和粗大误差的判断方法2、误差计算算术平均值的计算，均方根误差的计算；误差综合计算。第二章小结第一节传感器的重要性第二节传感器的定义及组成第三节传感器的分类第四节传感器的发展趋势第三章传感器概述

当今世界是以信息技术为特征的新技术革命时代，传感器技术是现代信息技术的重要支柱。

一个国家、一项工程设计中传感器应用的数量和水平直接标志着其技术先进的程度。

传感器技术当今被广泛地应用在各种先进的设备和系统中。如“阿波罗”运载火箭采用的传感器达2077个；宇宙飞船部分的传感器达1218个；一架波音飞机所用的传感器达上千只。。。。。第一节传感器的重要性定义：

能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件——能直接感受或响应被测量的部分。转换元件——将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。例如：应变式压力传感器弹性膜片是敏感元件将压力转换成膜片的变形应变片是转换元件将变形转换成阻值的变化第二节传感器的定义及组成传感器的组成被测量敏感元件转换元件测量电路电量测量电路（信号调节与转换电路）：

——把传感元件输出的电信号转换为便于显示、 记录、处理和控制的有用电信号的电路。SmartSensor——集敏感、转换、和信号处理为一体的智能传感器。传感器技术：包括敏感元件技术（新材料和新工艺等）、测量电路技术、信号转换技术、信号处理技术等等。(1)按外界输入的信号变换为电信号采用的效应分类:物理传感器、化学传感器、生物传感器利用物理效应进行变换为物理传感器利用化学效应进行变换为化学传感器利用生物效应进行变换为生物传感器如热敏电阻传感器如催化气体传感器如生化传感器第三节传感器的分类化学效应、生物效应味敏传感器味觉化学效应、生物效应气敏传感器嗅觉物理效应热敏传感器触觉物理效应声敏传感器听觉物理效应光敏传感器视觉效应传感器感觉下表给出了与五官对应的传感器：大象鼻子的敏感效应取代大象鼻子的传感器：1、防盗：压力传感器、热红外传感器、玻璃碎声传感器、门窗磁敏传感器等2、酒精检测：酒敏气体传感器(3)按被测量对象分类:速度(加速度),力(力矩、压力），流速，液位，温度，湿度，光，电压，电流，浓度，气体成分，位移等传感器(4)按工作原理分类:电阻式,电容式,电感式,涡流式,光电式,应变式,压电式,热电式(2)按能量的传递方式分类：有源传感器—无需外加电源便可将被测量转换 成电量。无源传感器—属能源控制型传感器，需辅助电源。★硬币传感检测技术的发明电子检测：硬币的金属成分和体积大小可根据测量到的电阻值的大小来推算。磁性检测：当硬币从磁铁两极间通过时，它会慢下来，速度的变化取决于硬币的重量及材料。光学检测：硬币通过一组发光二极管和光电传感器时，它的速度和直径就能检测出来。★烟雾传感检测技术的发明辐射源微弱的辐射源所产生的辐射线能使检测室内的空气离子化。微处理器微处理器检测电极中的电流，当电流下降时启动报警器。★金属传感探测技术的发明1固态化趋向2集成化和多功能化趋向3图象化趋向4智能化趋向固态传感器体积小，便于集成。目前最先进的固态传感器是在一块芯片上同时集成差压、静压和温度传感器，使差压传感器具有温度和压力补偿。

将敏感元件、转换单元和信号处理单元集成。

开始发展从一维、二维到三维空间的测量问题。

传感器信号处理的智能化，可完成传感器的自动补偿，自动调整和信号的识别等等。第四节传感器的发展趋势到目前为止，还尚未有统一的智能传感器定义。一般认为：传感器与微处理器结合并赋予人工智能的功能，又兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器。几个常用的传感器网址

Ｓｅｎｓｏｒｓｏｎｌｉｎｅ传感器在线

国外著名的传感器杂志《ＳＥＮＳＯＲＳ》的网站，内容非常全面。网站有文章索引服务、业界动态、买家指南、职场中心等栏目。每月初会刊登出该杂志当月的封面故事以及杂志目录。网站的ＷＩＳＨＬＩＳＴ技术论坛非常不错。如果你的英文过硬，可以上这里来咨询。建议国内Ｅ文好的传感器从业人员访问一下该网站，相信对你日后的工作和专业素养的提高都会有很大的帮助。几个常用的传感器网址

http://

传感器资讯网“传感器资讯网”是中国电子元件行业协会敏感元器件与传感器分会的官方网站。专业性强，栏目设置全面，资料详尽。设有新闻动态、展会期刊、业界名人、技术园地、六十大类、供求社区等六大板块。你可以及时掌握业界动态、展会信息。每月下旬，网站会提供给浏览者最新的协会会刊《传感器技术》目录，以便读者浏览查询。几个常用的传感器网址

http:///sort/sensor/default.asp

中国工控网传感器专栏这是一家以工业控制及自动化为主的专业网站。网站定位涉及工控及自动化方面的十六个领域，传感器是其中之一。网站内的传感器专栏设有传感器厂商、传感器产品、资料中心、传感器动态等栏目，该专栏每天的信息量不小，但论坛上的有些帖子的回复并不是特别准确，广告味比较浓。推荐基本参考书

《传感器与检测技术》彭军编著

西安电子科技大学出版社推荐基本参考书

《传感器原理及应用》王化祥张淑英编著

天津大学出版社推荐基本参考书

《现代传感器技术基础》杨宝清编著

中国铁道出版社推荐基本参考书

《传感器与应用电路设计》赵继文编著

科学出版社第一节电阻应变片第二节基本测量电路——电桥电路第三节电阻应变片传感器的应用第四章电阻应变式传感器学习要求1、掌握电阻应变片的工作原理2、掌握电阻应变式传感器的检测方法3、熟悉不同种类直流电桥的输出特点4、熟悉电阻应变式传感器的典型应用5、学习和掌握电阻应变传感器的创新应用

电阻应变式传感器是将被测量的应力（压力、荷重、扭力等）通过所产生的金属弹性形变转换成电阻变化的检测元件。

它由电阻应变片和测量线路两部分组成。目前应用最广泛的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片。LFF第一节电阻应变片1.1应变电阻效应

导体产生机械变形时，电阻值发生变化的现象称为“应变电阻效应”。

金属丝受力拉长，截面积S变小，由 知，R将增大。∴即径向应变∵测量相对误差：金属导线在受应力拉长或缩短的时候,不仅长度要变,面积也要发生变化。其电阻的变化如何计算？

由材料力学知：横向应变与纵向应变

的关系可以用泊松系数

来描述：∴应变灵敏系数对于大多数金属材料，泊松系数所以ks的数值在1.4～4.8之间，一般取ks为2（应变片的灵敏度）左右。利用这种效应制成传感器，即为电阻应变片。要制成电阻应变片，用单一金属丝难以实现，所以用金属丝绕制。如用直径为0.015～0.05mm的细金属丝绕成栅网状，并粘贴在绝缘的基片上，两侧由引线接出，线栅上再覆盖一层绝缘保护膜。一般线栅面积为310mm2,阻值为60～1501.2

环境温度对测量的影响

造成应变片测量误差的因素很多，测量时要加以考虑。其中环境温度的影响是首要的误差。而当应变金属丝受环境温度影响时，有：RT＝RT0[1+

T（T－T0）]温度系数

T＝4.28×10-3/℃温度变化1℃时，RT＝RT0（1+

T），即，R/R＝(RT－RT0)/RT0=2×2140比较

R/R＝ks

l=2l（假设KS＝2）环境温度变化1℃相当于引起2140

的应变，必须解决。一般l应变单位为几百～几千(1×10-6)1.3温度补偿措施1应变片补偿法将两个特性相同的应变片，用同样的方法粘贴在同样材质的两个器件上，置于相同的温度中，承受应力的为工作片，不受应力的为补偿片。测量时，如温度变化两个应变片引起的电阻增量不但符号相同，而且数量相同，根据电桥平衡条件R1R4＝R2R3，电桥必然保持平衡。应变片R1—测量元件应变片R2—温度补偿元件R1R2R3R4U02应变片自补偿使用特殊的应变片，使其温度变化的电阻增量等于零或相互抵消，从而不产生测量误差。这是利用某些电阻材料的温度系数有正负特性，将这两种不同的电阻丝串联成一个应变片来实现的温度补偿，其条件是这两段电阻丝栅随温度变化而产生的电阻增量大小相等，方向相反。即或，

这种温度补偿方法给应变片的应用带来了方便，但不易达到理想的效果，而且成本较高。3热敏电阻补偿法

将热敏电阻Rt置于应变片相同的温度下，可以进行温度补偿，有下列多种方式：UBTR1RtU0不变TR1RtU0不变R1R2R3R4RtU0R1R2RtR3U0B2.1电桥概述1〉电桥工作原理平衡条件：R1R2R3R4USU0第二节基本测量电路——电桥电路2〉电桥分类按输入电源分：直流电桥、交流电桥、恒压源电桥、恒流源电桥按被测电阻的接入方式分：—四个桥臂中只有一个桥臂是敏感元件，其它均为电阻；

—四个桥臂中有两个敏感元件是相邻桥 臂，这两个敏感元件在测量对象中， 阻值变化大小相等，方向相反；

—四个桥臂中两个敏感元件是相对桥 臂，变化大小相对，方向相同。单臂电桥差动电桥相对臂电桥双差动电桥--四个敏感元件，分成大小相等、方向相反的两对。按桥臂电阻的配备方式分：串联对称电桥(第一类对称电桥)并联对称电桥(第二类对称电桥)等臂电桥按电桥的工作方式分：平衡电桥不平衡电桥R1R2R3R4USU0a)对称电桥R1＝R2,R3＝R4R1＝R3，R2＝R4R1＝R2＝R3＝R4b)不对称电桥不满足上述条件的电桥满足R1R4＝R2R3又称“全对称电桥2.2不平衡单臂电桥的工作特性单臂R1为敏感元件变化的电桥输出为：对串联对称电桥：由R1=R2,R3=R4,得由(Q是微小量)可展成泰勒级数：所以得：忽略后一项

2/8，得理想输出电桥电压灵敏度：非线性度：可见，输入量变化

越大，非线性误差越大。若要求电桥误差小于0.03，即

f≤3％则允许

最大值为0.06（最大的测量范围）其结论同全对称电桥。2.3差动电桥的工作特性设：且则灵敏度比单臂电桥高一倍线性度R1和R2为敏感元件2.4双差动电桥的工作特性灵敏度比差动电桥高一倍线性度设：均为敏感元件R1＝R2＝R3＝R4且2.4相对臂电桥的工作特性设得灵敏度较高，但非线性误差较大，常用于极性显示。2.5提高不平衡电桥输出线性度的方法2电桥输出端串接一大阻值的电阻RLR1R2R3R4USU0RLIoU0R0RLIo当RL>>R0电桥输出电阻1采用差动电桥工作方式（前面已述）3采用恒流源供电方式等臂电桥：若R1为敏感元件，有：R2R4R1R3ISUososUU4e=线性度：理想输出：灵敏度：若US＝RIS供电，灵敏度近似不变，非线性误差为

/2。4采用有源电桥方式由得

有源电桥的输出在较小范围内为线性，灵敏度较等臂电桥提高一倍，输出信号的极性与无源电桥相反。RRRR+REoUs同相输入反相输入2.6电桥调零

原被测量的总元件无变化时，输出量应为零。即满足。若不平衡，则须调零。一般有两种调零方式：串联调零应用于R1、R2值较大的场合，此时，RW越小，对传感器灵敏度的影响越小。USR1R2R3R4U0RW并联调零该方式应用于桥臂电阻R2、R4值较小的场合。此时，Rw越大，对桥路影响越小。R1R2R3R4USU0RW2.7交流电桥Z1Z2Z3Z4～

采用交流电源供电的电桥称为“交流电桥”。设Z1＝z1ej

1Z2＝z2ej

2Z3＝z3ej

3Z4＝z4ej

4交流电桥平衡的条件是：Z1Z4＝Z2Z3z1z4＝z2z3

1＋4＝2＋3交流电桥的调零要调两个参数。(1)力及扭矩的测量柱式转换法差动法R1受纵向力变化R2受横向力变化FFFR1R2环状法FF在拉力作用下，内环拉长，外环压缩，可构成双差动电桥，灵敏度比差动电桥提高一倍。第三节电阻应变片传感器的应用(2)加速度的测量根据F=ma测得F便可以得到a。maF(3)流体压力的测量测量原理：压力位移应力臂力测量肺活量测量走步测量动脑筋想想电阻应变传感器还有什么应用？司机瞌睡监测报警电阻应变传感器系列第四章小结1、掌握电阻应变传感器的工作原理和应用技巧温度补偿、调零方法、减小非线性方法等等。2、单臂对称电桥、差动电桥和双差动电桥的输出特点灵敏度和非线性误差3、电阻应变传感器的典型应用和创新应用第一节电容传感器基本工作原理第二节电容传感器测量电路第三节电容式传感器的应用第五章电容式传感器学习要求1、熟悉三种不同类型的电容传感器的工作原理；2、熟悉电容传感器的检测电路；3、掌握电容传感器的典型应用和创新应用。平板电容器的电容为电容式传感器分为：变极距型、变面积型、变介质型三类。dS第一节电容传感器基本工作原理1.1变极距型电容传感器传感器灵敏度可见，灵敏度与d2成反比，极距越小，灵敏度越高。为减小非线性误差，该类传感器通常只用于微小位移的测量。（0.005～0.01mm)d+dS1.2变面积型电容传感器1>平行线位移传感器灵敏度：dxb有效面积S=bx所以,显然bdK2>角位移型传感器扇型有效面积:灵敏度：此类传感器适用于较大线位移或角位移的测量。d

所以,1.3变介质型电容传感器如图所示，测量液面高度的电容式液位计，1、2为两个同心圆柱状极板ε1—被测液体介电常数ε2—空气的介电常数l—柱体的有效总长度

l1——浸入液体的实际高度D、d—两同心圆柱的直径ε2ε1l2l1l21dD(1)运算放大器电路如果传感器为平行板电容器灵敏度解决了非线性问题UiC0CxUoi1i2非线性第二节电容传感器测量电路高频信号源，当系统电桥平衡时，改变Cx,(2)桥式电路C1C2C3CxU01、膜片电极式压力传感器由一个固定电极和膜片电极构成电容。第三节电容式传感器的应用2、电容加速度传感器测量振动使用加速度传感器，一般采用惯性式原理测量绝对加速度。图中所示的是一种差动式电容加速度传感器。它有两个固定极板，中间有一个用弹簧片支撑的质量块，此质量块两个端面经过磨平抛光后作为可动极板。3、电容荷重传感器

传感器原理结构如图所示。用一块特殊钢（一般采用镍铬钼钢，其浇铸性好，弹性极限高），在同一高度上并排打圆孔，在孔的内壁以特殊的粘接剂固定两个截面为T型的绝缘体，保持其平行并留有一定间隙，在相对面粘贴铜箔，从而形成一排平板电容。当园孔受荷重变形时，电容值将改变，在电路上各电容并联，总电容增量将正比于被测平均荷重F。4、电容湿度传感器右图是利用多孔氧化铝吸湿的电容式湿度传感器示意图。以铝棒和能渗透水的黄金膜为极板，极板间充以氧化铝微孔介质。多孔性氧化铝可从含有水分的气体中吸收水蒸气或从含水液体介质中吸收水分，吸水以后，介电常数

发生变化，电容量随之改变。5、新型电容式指纹传感器指纹由于具有唯一性（人各不同，指指相异）和稳定性（终生基本不变）而使其成为个人身份识别的一种有效手段。将某人的指纹采集下输入计算机是进行自动指纹识别（AFIS）的首要步骤。指纹图象的获取一般有两类方法：一是众所周知的使用墨水和纸的方法，这种方法费工费时且不可靠，不适合用于AFIS。另一类方法是利用设备取像，这种方法又分为光学设备取像、晶体传感器取像和超声波取像。

5、新型电容式指纹传感器光学设备取像是利用光的全反射原理（FTIR），并使用CCD器件来获得指纹的图像，其优点是图像效果较好，器件本身耐磨损，但缺点是成本高和体积大；晶体指纹传感器分为电容式和压感式，用它获取的图像质量比较好，且可以采用自动获取控制（AGC）技术和软件调整的方法来改善增益的图像质量，晶体传感器的体积和功耗都比较小，成本也比光学设备低廉，只有耐磨损方面略逊；超声波取像是一种新兴的指纹提取手段，它直接扫描真皮组织，因此，积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波获得的图像的影响不大，但器件成本较高，目前还没有成熟的产品在市场上出现。

5、新型电容式指纹传感器美国Veridicom公司推出的FPS110电容式指纹传感器，该传感器是由著名的贝尔验室联合Intel等公司，投资几十亿美金，历经数十载才开发出来的，目前在国际晶体指纹传感器市场上占主要份额。

5、新型电容式指纹传感器

FPS110电容式指纹传感器表面集合了300×300个电容器，其外面是绝缘表面，当用户的手指放在上面时，由皮肤来组成电容阵列的另一面。电容器的电容值由于导体间的距离而降低，这里指的是脊（近的）和谷（远的）相对于另一极之间的距离。通过读取充、放电之后的电容差值，来获取指纹图像。该传感器的生产采用标准CMOS技术，大小为15×15mm2，获取的图像大小为300×300，分辨率为500DPI。FPS110提供有与8位微处理器相连的接口，并且内置有8位高速A/D转换器，可直接输出8位灰度图像。FPS110指纹传感器整个芯片的功耗很低（<200mw），价格也比较便宜（人民币600元以下）。下图为利用FPS110获取的指纹图象5、新型电容式指纹传感器电容传感器系列创新应用第五章小结1、变极距型电容传感器输出呈非线性关系，灵敏度与极距平方成反比， 适合检测微小位移。2、变面积型电容传感器

输出与被测量呈线性关系，适合检测较大的位移。3、变介质型电容传感器

输出与被测量呈线性关系，典型应用是检测液位。4、检测电路运算放大器检测电路和电桥检测电路第一节自感式传感器原理及应用第二节互感传感器原理及应用第三节电涡流式传感器原理及应用第六章电感式传感器学习要求1、掌握三种不同类型的电感传感器的工作原理和特点；3、掌握电感传感器的典型应用和创新应用。2、熟悉电感传感器的基本检测电路的原理；磁通链1.1闭磁路式自感传感器磁路总磁阻:安匝导磁体磁阻气隙磁阻I

0

i磁导率

Fe>>0忽略Rfe，得：第一节自感式传感器原理及应用由知,

0在外界位移下改变随

0变化则：L

0传感器的灵敏度为：显然，根据其特性曲线，要使传感器工作在线性区，只能在a段或b段小范围内，而且，a段的灵敏度要远远大于b段。这种传感器用于检测很小的位移，10－6米级。ab例如原始气隙

0＝0.1～0.5mm，0的最大值<0/5。1.2螺管型自感传感器要测量较大的位移，可以采用螺管结构的电感传感器。线圈衔铁lrlrar式中：

0—真空导磁率

r—铁芯相对导磁率灵敏度为：螺管型自感传感器的衔铁移动范围大，但灵敏度较低。1.3空气隙差动式自感传感器x

1

2当衔铁处于中间位置,有:当衔铁偏离中间位置,有:则,其中灵敏度约提高一倍,非线性减小。1.4差动自感传感器测量电路

1

2uSC～uz3z4～uuSCz3z4z1z2等效电路设Z3＝Z4＝Z0Z1＝Z0＋Z1，Z2＝Z0－Z2

则，电桥电路输出为：在理想情况下，有

Z1=Z2

且

Z与L成正比，L又与成正比，所以：灵敏度：uSC～uz3z41.5其它测量电路(a)调频检测电路

自感线圈作为振荡器谐振回路的一部分，当电感随被测量变化时，振荡频率发生相应的变化，经鉴频器把频率变化转换成电压的变化，得到检测输出信号。调频振荡放大限幅鉴频器放大器输出(b)调幅检测电路

自感L为谐振回路的一部分，由稳频限幅的高频振荡器供电，调整电容C，使回路工作在谐振频率附近。检测时L变化，输出电压幅度在UM附近变化，经放大整流得到信号.LU/U0振荡器整流放大LC1.1工作原理WpWSUpIpUps

根据电磁感应原理,当初级线圈Wp通入激励电流Ip时,次级线圈WS将产生感应电势:

式中M是初次级线圈间的互感，其大小与两线圈的相对位置，周围介质的导磁性等因素有关。互感传感器实质上是一个变压器，它利用互感M变化引起输出电压的变化来检测有关的物理量。

实际的互感传感器的次级线圈一般有两个，可接成差动形式，故互感传感器又称为“差动变压器”。第二节互感传感器原理及应用1.2螺管型互感传感器S1次级线圈S2次级线圈P初级线圈铁芯rpLpLs1Ls2rs1rs2RL等效电路则，设Ip=Ipme-jtUs1=-jM1IpUs2=-jM2IpU0=Ups=Us1-Us2=-j(M1-M2)Ip～～～UpIpUs2Us1U0IL又所以，输出有效值为：差动变压器的输出电压有效值与衔铁之间的关系如图。当差动变压器接入负载RL后，负载电流会影响初级回路。但采用输入电阻较高的放大器，则可以忽略其影响，得到负载上的输出电压为：其中，差动变压器的输出阻抗为：最后得到负载电压的有效值：U0US1US20x残余电压1.3互感传感器的应用1)呼吸测定2)流量测量3)气压测量电感传感器系列涡流—块状金属在变化磁场中运动时产生的电流.涡流传感器原理:第三节电涡流式传感器原理及应用

涡流大小与金属板的磁导率，电阻率，厚度以及激磁线圈与金属板的的距离、激磁电流的频率等参数有关，固定其中一些参数，就能根据涡流的大小测出另外的参数。

涡流传感器在金属体上生产的涡流，由于涡流的集肤效应，其渗透深度h与传感器的激磁电流的频率f有关，它们的关系是：

因为涡流的大小与渗透深度均与激磁电流频率密切相关，所以根据激磁电流的频率进行分类，涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两种。1.1高频反射涡流传感器工作原理：线圈通以高频交流电流I1，线圈周围产生交变磁通

1，它通过金属板形成闭路。金属导体便产生涡流i2，由于集肤效应，高频电磁场不能透过具有一定厚度的金属板，而仅作用于表面的薄层内，电涡流i2除要消耗在金属板发热之外，还将产生交变磁通2。xiUi根据楞次定律，2与1方向相反。由于2的反作用，抵销部分1，故两个磁场叠加后，使原来的电感量减小，导致其阻抗的变化，随之线圈电流i1的大小和相位都要发生变化，变化的程度与x有关，据此可进行测量。1.2低频透射涡流传感器根据电路理论，由于集肤效应，金属导体产生的电涡流贯穿深度与传感器线圈激磁电流的频率有关。频率越低，电涡流的贯穿深度越厚。利用此原理，制成低频透射涡流传感器，适合测量金属材料的厚度。工作原理：图中L1为发射线圈L2为接收线圈，L1通入音频信号后，产生交变磁场。磁力线在金属板上产生涡流I，涡流I产生的磁场抵销L1的部分磁力线，使L2接收的磁力线减少，感应电压U2减小，金属板越厚，涡流损耗越大，U2越小，由此可以检测出金属板的厚度。u2u1L1L21.3涡流传感器的应用1轴向位移测定2轴径向振动测量3线膨胀系数测量4接近检测开关5转速测量6零件数的检测7表面光洁度测量电涡流传感器系列第六章小结1、各类原理及特点自感式互感式：变压器原理涡流式闭磁路式：非线性大，测微小位移螺管型：线性，测大位移高频反射式原理及特点低频透射式原理及特点2、测量电路：调频测量电路、调幅测量电路7.1热电阻式传感器7.2霍尔传感器7.3压电式传感器7.4光电式传感器7.5半导体传感器7.4.1光电器件7.4.2光纤传感器7.4.3红外传感器7.5.1气敏传感器7.5.2湿敏传感器7.5.3色敏传感器7.6超声波传感器第七章其它常用传感器学习要求1、学习和了解热电阻传感器和霍尔传感器的工作原理；2、掌握热电阻传感器和霍尔传感器的主要参数和特点；3、了解热电阻传感器和霍尔传感器的应用范围。4、了解压电式传感器的工作原理和基本应用。5、了解半导体传感器的工作原理和基本应用。6、了解超声波传感器的工作原理和基本应用。第一节热电阻式传感器---利于导电物体的电阻率随温度变化的温度电阻效应。主要用于温度以及与温度有关的参量的测量。按照热电阻的性质可分为两大类：金属热电阻半导体热电阻－－简称“热电阻”－－简称“热敏电阻”1.1热电阻1.铂热电阻－－国际上公认的高精度测温标准传感器。铂电阻是用很细的铂丝绕在云母支架上制成。在0～630.74℃范围内，铂电阻与温度的关系可以精确表示为：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)式中A＝3.96847×103B＝-5.847×10-7C＝-4.22×10-122.铜热电阻适用于测量精度要求不高，温度范围在－50～150℃的场合。★铜热电阻的优点是：1.价格便宜2.铜的电阻与温度几乎是线性关系，即Rt=R0(1+t)3.电阻温度系数较大，＝（4.25～4.28)×10-3/℃★铜热电阻的缺点是：1.电阻率较小，体积较大2.易氧化，使用环境要求高3.测量温度范围小3.其它热电阻随着科学技术的发展，对低温和超低温的测量提出了迫切要求。1)铟电阻－－高精度低温电阻铟的熔点为150℃，在4.2～15K温域内的灵敏度比铂电阻高10倍。缺点是材料软，复制性很差。2)锰电阻特点是在63～2K低温范围内，电阻随温度变化很大，灵敏度高。缺点是脆性大，难以控制成丝。1.2半导体热敏电阻由金属氧化物（如锰、镍、铜和铁的氧化物）粉料按一定配方挤压成型，经过1000～1500℃高温烧结而成。

热敏电阻的优点是温度系数大、体积小、热惯性小。

热敏电阻是非线性电阻。主要表现在电阻值与温度间呈指数关系；电流随电压的变化不服从欧姆定律。热敏电阻外形t0电路符号1.3半导体热敏电阻的特性按半导体电阻随温度变化的特性分为三种类型：1、负电阻温度系数热敏电阻NegativeTemperatureCoefficient2、正电阻温度系数热敏电阻PositiveTemperatureCoefficient3、临界温度热敏电阻CriticalTemperatureResistorRt0Rt0NTCRt0PTCCTRBII第二节霍尔传感器

---是基于半导体材料的霍尔效应原理制成的敏感元件。1.1霍尔效应fLfEUH将一块通以电流I的导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势。fL—洛伦之力fE---电势UH产生的电场力霍尔电势UH＝KHIBKH是灵敏度系数1.2霍尔元件基本检测电路1、元件电路符号控制电流极霍尔输出端2、基本检测电路EIU01.3霍尔元件不等位电势的补偿－－由于输出端的不对称和其它原因，霍尔元件在外磁场为零的情况下，仍有电势输出。等效★补偿电路IUHABCDIUHr1r3r4r2ABCDBRwADCRwADC1.3霍尔传感器的应用1.位移检测NSNS－xx霍尔元件

x＝0时，B＝0

x变化时，B增大，输出电势。动态范围5mm，分辨率0.001mm2.转速测量通过输出的脉冲数量计算转速。第七章小结1、热电阻式传感器热电阻热敏电阻：铂电阻：精度高铜电阻：价格低，检测范围小，线性好铟电阻和锰电阻：用于低温检测NTC、PTC和CTR三种类型2、霍尔传感器工作原理，不等为电势的补偿和典型应用。灵敏度高，体积小，非线性差第一节直流—交流—直流变换第二节电压—电流变换第四节电压—频率和频率—电压变换第三节电流—电压变换第五节数模变换与模数变换第八章信号变换电路学习要求1、有哪些信号转换器？2、为什么要采用这些信号转换器？3、某些信号转换器的特点？4、一般了解转换器的工作原理。第一节直流—交流—直流变换

一般直流采用差分放大，但是放大器输入端的漂移可达10V数量级。如果要放大V级甚至更低的直流，则应把漂移在降低1～2个数量级。一般差分直流放大器会将漂移逐级放大，无法满足要求。因此需要采用交流放大，放大后再还原成直流。直流交流采用调制器交流直流采用解调器调制式直流放大器原理框图tttt调制器交流放大

解调器直流电源

振荡器UiUo1.1微弱信号的直流—交流变换—调制器的工作原理R+-UiK+-RLUoR+-Ui+-RLUo+-RLUo(a)电路原理图I1I2Ui----输入直流电压R----限流电阻RL---负载电阻Uo----输出电压

(b)充电回路放电回路(c)在0~T/2上半周期内,充电电流I1在负载电阻上产生输出电压Uo1;在T/2~T下半周期内,放电电流I2在负载电阻上产生输出电压Uo2。如果RLC>>T/2，可近似认为充放电流保持初始值，有：和当电路处于稳定时，充电电荷等于放电电荷，则I1·T/2=I2·T/2即I1＝I2同时可近似认为在半个周期内，电容两端电压几乎不变，有Uc1=Uc2，代入上式得：调制器的构成是用一电子开关代替前面原理图中的K。

调制器中的电子开关主要有三极管和场效应管，构成的调制器原理图如下：RLRCU0UiRLRCU0Ui场效应构成的调制器优于三极管构成的调制器。1.2交流—直流的变换—解调器的工作原理

交流电压变换成直流电压，通常是结果整流、滤波后取得。此时，直流电压幅度大小与交流幅值成比例关系，而直流电压的极性与交流电压相位无关。

解调器要变换的交流电压是某直流电压调制得到的，该交流电压还原成直流电压时，不仅幅度要与交流电压成比例关系，而且极性也要取决于交流信号的相位。因为交流信号的相位反映被调制的直流信号的极性。所以，解调器应具有相敏作用，也常有放大功能。解调器工作原理UiUoK2C1R1R2C2RLUi0tUi0tUot0开关开关Uot0开关开关与K1同步1.3集成隔离放大器

为了防止干扰信号对测量输出信号的影响，隔离放大器利用变压器隔离或光电隔离将输入回路和输出回路从电气上隔开。

隔离放大器一般包括下列基本部件：(1)高性能输入运算放大器；(2)调制器和解调器；(3)信号耦合变压器或光电耦合器；(4)输出运算放大器。

隔离放大器线性和稳定性好，放大增益可变，应用电路简单，在各种信号的检测和数据采集系统中得到广泛的应用。例：AD210三端隔离放大器功能方框图如下：-IN+IN调制电源振荡器FBICOM输入供电电源+VISS-VISS输出供电电源-VOSS+VOSS调制OCOMVOFB—输入反馈;

-IN—负输入+IN—正输入ICOM—输入公共;+VISS—输入供电正电源-VISS—输入供电负电源-VISS—输出供电负电源+VISS—输出供电正电源OCOM—输出公共;VO—输出应用举例:热电偶温度测量:-VISS+VISS+VISS-VISS+15V+VOSS-VOSSVOAD590热电偶测量范围:0~400C，增益：183第二节电压—电流变换目的:避免电压信号在远距离传输中的损失及抗干扰的需要。

根据负载电阻的接法的不同，介绍几种电路：2.1浮动负载的电压—电流变换器UiUoI1ILR1ZL显然，有：1)负载浮置的反相运算放大电路优点：简单缺点：负载电流要信号源提供UiUoI1I22)负载接输出端的反相运算放大电路ILR1ZLR2R3所以得流过负载的电流IL为:该电路所需的负载电流由输入电压和放大器共同负担。负载电流限制在数毫安级。UiUoI1IL3)负载浮置的同相运算放大电路R1ZL优点：由于同相运算放大器的输入阻抗非常高，输入信号源几乎不提供电流。缺点：负载电流由运算放大器提供，其大小受到限制。2.2负载接地的电压—电流变换器1)负载接地的单运放电压—电流变换器UiUoI1ILI2U2R3R1ZLR4R2负载上电流为：如果选择电阻为：则有，2)负载接地的双运放电压—电流变换器I1I3ULI4I5I2I6UiR1ZLR4R5R2R6R3如取电阻:R1=R3=R4=R5时,则

IL=Ui/R62.3实用电压—电流变换器

实际要求传感器输出标准电压信号为0~5V，标准电流为0～10mA和4～20mA两种规格。(1)0～10mAV/I变换电路下面介绍两款简单实用的V/I变换电路：UINI0RLR1T＋15VU1U1＝UIN(2)4～20mAV/I变换电路UINI0R7RLT1＋15VT2R1R2R4R5R6R3UbIE由于R4、R5>>R3+RL，可认为I0＝IE标准输出电流信号有0～10mA和4～20mA两种，其中4～20mA的标准输出电流被广泛地应用。为什么？V/I变换器传感器信号处理4~20mAV/I变换器传感器信号处理0~10mA2.3集成V/I变换器(1)XTR101—美国BB公司生产的4～20mA输出的V/I

变换器，14脚DIP封装。

电路原理框图＋Vcc＋VccRLRS2.5K

-IN+IN+VCCIREF1