《通选课传感器技术》PPT课件.ppt

1、第1章传感器技术概要、1 .传感器定义、传感器按照一定规则转换为容易应用的某种物理量的装置。 当前，经过传感器转换的信号大部分是电信号。 因此，在狭义上，传感器是将从外部输入的非电信号转换成电信号的装置。 2、传感器的作用，传感器与人类的感觉器官相似，是人类感觉的延长。 作用：将测量的东西转换为电信号，送到测试系统的后续步骤。 人体系统与机械系统的对应关系，复杂的测试系统(振动测量)，简单的测试系统(红外体温)，3 .传感器的构成，(1)构成：振动膜片，刚性极板，电源与负荷电阻，(2)原理：振动板一次，2 .线性范围：线性范围越大，传感器的3 .响应特性：在测定的频率范围内尽量不失真。 4 .

2、稳定性：长期使用后其输出特性不变的性能。 影响传感器稳定性的因素是时间和环境。 5 .精度：表示传感器的输出和被测量部件之间的对应程度。 传感器的精度越高价格越高，应该实际选择。 在其他选择原则、6 .传感器技术的应用、1、日常生活、家电产品和办公自动化产品的设置修订上，人们大量应用了传感器和测试技术，提高了产品的性能和质量。 全自动洗衣机的传感器：衣物重量传感器、衣物传感器、水温传感器、水质传感器、洗净度传感器、液位传感器、电阻传感器(衣物干燥检测)。 指纹传感器、透光率传感器、(1)产品的质量测定，在汽车、机床等设备、电机、发动机等部件出厂时，必须对其性能质量进行测定、出厂检查。 2、机械

3、行业、(4)故障诊断、(5)其他应用、航天、农业、交通、医疗、第二章传感器的基本特性，1、理想稳态线性系统输入输出关系：静态测量时，理想稳态线性系统单调，2、实际测试系统的输入输出之间的关系，实际测试系统是理想的(1)非线性度：定度曲线与拟合直线的接近程度。非线性、常用百分比表示、拟合直线的确定、常用主要有端基直线和独立直线两种。 (1)端基直线是指通过测量范围上下限点的直线。 很明显，用端基直线代替实际的输入输出曲线，其求解过程比较简单，但非线性度差。 (2)灵敏度、作用：用于描述测试系统对输入信号变化的反应能力。 1 .对于稳态线性系统，其灵敏度总是恒定的。 2 .实际的测试系统，其灵敏度

4、是在该点处的切向斜率； 3、维度：取决于输入和输出的单位。 (3)分辨率：测试系统能够检测的输入量的最小变化量。 中的组合图层性质变更选项。 通常用与最小单位输出量对应的输入量表示。 数字测试系统输出显示系统的最后一位，模拟测试系统输出指示比例最小分辨率值的一半，5 .漂移：指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间变化的趋势。 产生原因：机器自身的构造残奥表的变化周围环境的变化(温度、湿度等)对输出功率的影响。 最常见的漂移是温度漂移，也就是周围的温度变化引起的输出的变化。 进一步引起测试系统的灵敏度和零位移。零位移、灵敏度位移、二、传感器的动态特性、传感器的动态特性是指输入量随时间变化时测试

5、系统对输入信号的响应特性。(1)动态特性描述方法；(1)时域微分方程式定义传递函数，其中初始条件为零。 其中，s是复变量，特征：(2)传递函数仅反映系统自身的输出特性，与输入和初始状态无关。 只反映系统的传输特性，与系统的具体物理构造无关。 分母的最高幂n表示系统微分方程的阶数。 求解方法：对系统的微分方程进行拉式变换求解。 例1 :求出一次系统的传递函数，系统微分方程式是(3)频率响应函数，以初始条件为零为前提，定义、求出频率响应函数： (2)如果知道微分方程式，进行傅里叶变换，则(3)用实验方法求出的物理意义：记述系统的频率特性。 描述系统的退化力与其稳态输出的关系，不包含瞬态响应信息。

6、知道例1:系统的频率响应函数，求其振幅特性、相位频率特性和图。 (4)冲激响应函数、频域频率响应函数、复域传递函数、时域冲激响应函数、拉普拉斯变换对、傅立叶变换对、传递函数、频率响应函数、冲激响应函数的关系：二、链路的串行和并行可以是任何高阶系统如果系统串联连接n个链路，则其传递函数是，相应地，系统的频率响应是其幅度特性：相位-频率特性：2 .链路并行，以及，如果系统并行连接n个链路，则系统的总输出是其传递函数； 二、无失真测试条件，得到傅里叶变换：系统的频率响应为振幅特性：相位频率特性：测试系统为无失真测试条件。 电阻式传感器，一，电阻式传感器，1 .构成：2 .测量电路：不考虑外接电路的影

7、响时：3 .特征：(1)构成简单易用，稳定性好，(2)分辨率低，受电阻线直径限制。 适用于大位移的测量。 (3)噪音大。 二、电阻应变式传感器，1 .结构：线式、箔式、金属膜片，2 .工作原理：金属电阻应变效应。 钢丝在轴向受拉力变形时，灵敏度：3 .特点：金属应变计灵敏度低，但温度稳定性好，可用于精度要求高的测量。 三、压阻式传感器，1 .原理：压阻效应，灵敏度：两种应变仪在工作原理上的差异：金属应变仪金属材料受力后几何应变电阻的相对变化，半导体应变仪半导体材料受力后电阻率变化电阻的相对变化，2 .特征：优点：灵敏度，缺点：温度稳定性差3 .类型：半导体应变式传感器，扩散型压阻式传感器，三，

8、应变片的应用，1 .直接测量结构的应变和应力。 2 .作为传感器的测量残奥仪表。 四、转换电路、应变电压或电流的变化、4.4感应式传感器、一、可变磁阻式传感器、线圈自感，由于气隙小，不考虑磁路的铁损时总磁阻，故1 .气隙式：灵敏度、灵敏度、2 .变面积式、灵敏度、灵敏度3 .铁芯在线圈上移动时，磁阻会发生变化，线圈的自感也会发生变化。 特点：灵敏度低，但测量范围广，适用于大位移测量。 4 .差动式、5 .测量电路：交流电路，二、涡流式传感器，原理：利用金属体交变磁场中的涡流效应。 1 .高频反射式能够作为位移、振动进行测量，也能够进行材质鉴别、探伤、温度测量等。2 .适合测量金属材料厚度的低频

9、透射式。 3、特点：结构简单，安装方便，灵敏度高，抗干扰性强。 4、应用、感应式纸张厚度测量仪原理图、三、差动变压器式传感器、原理：利用电磁感应中的互感现象。 1、互感现象，2、差动变压器式传感器，(2)原理，(3)特征：精度高、线性范围宽、稳定性好。 4.5静电容量式传感器，一，工作原理，真空介电常数，1 .极间距变化型，c呈反比关系。 灵敏度在使用时减小初期极间距，提高灵敏度。 电容c和极间距离是非线性的关系，因此引起非线性误差。 为了减小该误差，通常在规定测定范围的实用上多采用差动形式，能够使灵敏度加倍。 特点：灵敏度高，有线性误差，适合小位移测量。 2 .面积变化型、(1)直线位移型、

10、两极板间相互展望罩长度，宽度为展望罩面积，容量、灵敏度、(2)角位移型、与展望罩面积对应的中心角，极板半径为r、展望罩面积，容量、特征：线性关系好，与范围大的极间距变化型相比适用于大角位移和直线位移的测量。 3 .介电常数变化型、电介质层的温度、湿度、厚度一旦变化就会发生变化，引起变化。 (2)液面高度，二，测量电路，被测量电容变化电压，电流，频率变化，1 .交流电桥，2 .运算放大器电路：能够解决极距变化型静电电容传感器的非线性问题。 三、电容传感器的特点和应用，1 .优点：(1)输入能量小灵敏度高。 (2)信噪比大，稳定性好。 (3)动态特性好，可用于动态测量。 (4)能量损失小。 (5)

11、结构简单，适应性好。 2、缺点：(1)极距变化型、非线性大。 (2)电缆分布容量的影响很大。 解决办法：利用测量电路。 解决方案：采用利用集成电路的屏蔽电缆。 3 .应用实例，(1)静电电容式厚度校正，(2)静电电容式转速传感器，4.6压电式传感器，工作原理基于某种物质的压电效应。 机械能和机械能都可以作为机械能。 一、压电效应、一.压电效应：二.逆压电效应(电致伸缩效应):二、压电材料及其特性、具有压电效应的敏感功能材料称为压电材料。 常用压电材料：压电单晶、压电陶瓷、新型压电材料、1 .压电单晶石英() 、铌酸锂()、2 .压电陶瓷、钛酸钡、锆钛酸铅，特点：压电常数大，灵敏度高，价格便宜。

12、 3 .新型压电材料构成一个电容器，用于在压电晶片的两个工作面上进行金属蒸镀，形成金属膜。 其电容为三、等效电路、电荷等效电路、电压等效电路、压电传感器，适用于动态测量。 四、压电元件常用的结构形式，适用于串联并联、以电压为输出的情况。 适用于缓变信号的测量和将电荷量作为输出的情况。 五、应用、压电式压力传感器、压力变送器、加速度校正、力传感器、产品：压电材料换能器、4.7磁电传感器、磁电感应传感器、霍尔传感器。 另一方面，磁电感应传感器(感应式传感器、电动传感器)根据法拉第电磁感应法则，当线圈在磁场中磁力线或线圈所在的磁场运动而磁通变化时，根据线圈产生的感应电动势、定磁通式、可变磁通式、可变残奥计，进行1 .定磁通式、2 .可变磁通式1 .操作原理，霍尔电势：其中基于霍尔元件的霍尔效应将测量转换成电势输出。霍尔元件，现在最常用的霍尔元件材料是锗(Ge )、硅(Si )、锑化铟(InSb )、砷化铟(InAs )等半导体材料。 3、应用4、特点、体积小、结构简单、易于使用，可用于非接触测量，但受温度影响较大。 4.8光电传感器将光信号转换成电信号的受光元件，一、光电效应、工作原理：半导体材料的光电效应。 1 .外光电效应金属中的自由电子吸收光能释放金属表面的现象。 例如光电管、光电倍增管。 2 .内部光电效应、光导效应光电阻、光电二极管、晶体管、光电效应光电池可以