光电传感与检测技术
教材：《光电检测技术与应用（第三版）》郭培源付扬编著北京航空航天大学出版社
参考书目：《光电检测技术》曾光宇清华大学出版社
《光电传感与检测技术》江晓军机械工业出版社
《光电检测技术及应用》周秀云电子工业出版社
学时：64学时（4学分），其中理论56学时，实验8学时（4个实验）
成绩：平时成绩 30%（考勤、作业、学习态度、实验），期末考试 70％
第一章绪论
1.1 课程内涵
光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术,它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。
1.2 课程特点
光电传感与检测技术具有非接触、精度高、速度快、自动化等特点，是光、机、电、计算机技术的综合应用。它将光电传感器与单片机技术、计算机技术及虚拟仪器技术相结合，使检测技术更加方便。
1.3 光电传感技术
1.3.1 什么是光电传感器
日常生活中的传感器：电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中燃料计和速度计等等。
人体系统和机器系统的比较：人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
1.3.2 光电传感器的组成和分类
光电传感器的组成包括光源、光学通路、光电元件。
光电传感器分类：
（1）按照探测机理分类：
(2)按照光电传感器输出信号的性质分类：光纤传感器、光栅传感器、光电式传感器、模拟光学传感器、固态图象传感器…
1.3.3 光电传感器的特性
传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，输出特性是不同的，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，对快变信号与慢变信号，反应大不相同。
慢变信号——输入X为静态或变化极缓慢的信号时研究静态特性，即不随时间变化的特性。
快变信号——输入量X随时间t变化较快时考虑输出的动态特性，即随时间变化的特性。
1. 静态特性
当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如环境温度、压力），讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性，包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度…
线性度：输入与输出之间数量关系的线性程度。
迟滞：传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象。
重复性：传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。
灵敏度：在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值。
漂移：在输入量保持不变的情况下,输出量随时间的变化。
分辨率：传感器能够检测到的最小输入增量。
阈值：输入小到某种程度输出不再变化的值。
门槛灵敏度：指输入零点附近的分辨能力。
2. 动态特性
动态特性是传感器输出对（随时间变化）输入量的响应特性，输入与输出之间存在的差异就是动态误差。
影响动态特性的因素还与输入信号的形式有关，在对传感器进行动态分析时一般采用标准正弦信号和阶跃信号。输入信号按正弦变化时，分析输出信号的振幅、相位、频率，称频率响应；输入信号为阶跃变化时，对传感器输出信号随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）。
1.3.4 光电传感器技术的作用和地位
构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术（信息采集）、通信技术（信息传输）、计算机技术（信息处理），它们在信息系统中分别起到“感官”、“神经”和“大脑”的作用。在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。
目前传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域，是构建现代信息系统的重要组成部分。传感器对观测和自动化技术所起的作用远比家用电器所起到的作用大的多，这几乎是无可争议的事实。
基础学科研究中，传感器更有突出的地位。宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应。超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极端技术研究。传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
现代工业生产尤其是自动化生产过程中，每个生产环节都需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数，一是保证产品达到最好的质量，二是保证设备工作在最佳状态。传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接影响到自动化技术的水平。
传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国十分重视这一领域的发展。
未来世界是个充满传感器的世界，还会有：智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源）；智能衣服（自动调节温度）；智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量）；智能汽车（无人驾驶、卫星定位）……1.4 光电检测技术
1.4.1 光电检测技术概述
光电检测技术是研究光电检测系统的技术，所谓光电检测系统，是指对被测光学量或由非光学被测量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，其功能是利用光电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示等。光电检测技术是信息时代的关键技术。
实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是长度、体积、质量和时间。18世纪以来科学技术取得飞速发展，被测对象迅速扩大。力学领域有速度、加速度、力、功和能量等；电磁学领域中有电流、电压、电阻、电容、磁场；化学领域中有浓度、成分、pH值等；工业领域中有流量、压力、温度、黏度等被测量。现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测量，生物断面测量；工业领域的光泽、触觉等品质测量；卫星上监视地球的红外线传感器；机器人的视觉、触觉、滑觉、接近觉等各种传感器。
就被测对象而言工业上需要检测的量有电量和非电量两大类。非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热膨胀的温度计测温度；天平测量物重。
传统的传感器可以完成从非电量到电量的转换，但无法实现现代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控制。随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须采用电测法。
1.4.2 光电检测系统组成
光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。
光学变换电路处理
光电检测系统
光是信息传递的媒介，它由光源产生。光源与照明光学系统一起获得测量所需的光载波；光载波与被测对象同时作用在光学系统上而将被测量载荷到光载波上，称为光学变换。光学变换是用各种调制的方法来实现的。光学变换后的光载波上载荷有各种被测信息，称为光信息；光信息经光电器件实现由光向电的信息转换，称为光电转换；然后被测信息就可用各种电信号处理的方法实现解调、滤波、整形、判向、细分等，或送到计算机进行进一步的运算，直接显示被测量或者存储或者去控制相应的装置。
光源与照明光学系统是光电检测系统必不可少的一部分，可根据需要选择一定辐射功率、一定光谱范围、一定发光空间分布的光源，以该光源发出的光作为载体携带被测信息，一般光源可以选择白炽灯、气体放电灯、发光二极管、激光器等，有时被测对象就是光源（如人体）；照明系统可分为透射照明系统、反射、折反射照明系统等。
1、光源
光源是光电检测系统的一个组成部分，大多数光电检测系统都离不开光源。光电式检测系统对光源的选择要考虑很多因素，例如波长、光谱分布、相干性、体积、造价、功率等。常用的光源可分为四大类：热辐射光源、气体放电光源、电致发光器件和激光器等。
按照发光机理，光源可以分成如下几类：
（1）热辐射光源：太阳白炽灯、卤钨灯、黑体辐射器
（2）气体放电光源：汞灯、荧光灯、钠灯、金属卤化物灯、空心阴极灯、氙灯
（3）电致发光光源：场致发光、发光二极管
（4）激光器：气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器
热辐射光源
热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光源称为热辐射光源。物体温度越高，辐射能量越大。
卤钨灯是一种特殊的白炽灯，灯泡用石英玻璃制作，能够耐3500K的高温，灯泡内充以卤素元素，通常是碘，光通量在整个寿命期中始终能够保持相对稳定。
白炽灯为可见光源，它的能量只有15%落在可见光区域，其峰值波长在近红外区域，约1--1.5mm，可用作近红外光源。
热辐射光源输出功率大，但对电源的响速度慢，不能用于快速的正弦和脉冲调制。
气体放电光源
电流通过气体会产生发光现象，利用这种原理制成的光源称为气体放电光源。
气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到在某一光谱范围的辐射源。
低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯、氙灯是光谱仪器中常用的光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长约为589nm，它们经常用作光电检测仪器的单色光源。
电致发光器件
固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象制成的器件称为电致发光器件，如发光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。
激光器
按工作物质分类：
固体激光器（如红宝石激光器）、气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器）、半导体激光器（如砷化镓激光器）、液体激光器。
2、光学变换
光学变换是指上述光源发出的光在通过被测对象时，利用各种光学效应，如反射、折射、干涉、衍射、吸收、散射、偏振等，使光束携带上被测对象的特征信息，形成待检测的光信号，光学变换通常是用各种光学元件及其系统（平面镜、透镜、棱镜、狭缝、光楔、起偏器、波片、码盘、光栅、光学成像系统、光学干涉系统等）来实现将待测量(位移、长度、温度、形变等)转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。
3、光电变换
光电转换是光电检测的核心部分，主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段，将各种经待测量调制的光信号转换成电信号，以便于用目前最成熟的电子技术进行信号的处理。
4、电信号处理
电信号处理是由各种电子线路组成，主要有两个功能：（1）实现对微弱电信号的检测，（2）实现光源的稳定化。具体包括放大、滤波、整形和去噪等。常用电路：选频放大器；相敏检波器（相敏整流器、相敏解调器）相位检测器（鉴相器）；鉴频器；脉冲宽度鉴别器；积分微分运算器；锁相环及锁相放大器
5、存储、显示和控制部分
存储、显示和控制部分中，关键是控制部分，在需要利用检测量进行反馈后实施控制的系统中，需要附加控制部分。
1.4.3 光电检测系统的基本工作原理
光电检测系统是以光电信息变换为基础的，把待测量通过光电信息变换变为电量来进行测量的。
（1）把待测量变换为连续光信息量
它是以光通量的大小来反映待检测量的大小。光电探测器的输出往往与入射到它的光敏面上的光通量成正比，所以，光电探测器的光电流大小可以反映出待检测量的大小，即光电流I是待检测信息量Q值的函数：I=f(Q)，这是一种模拟量信息变换。
（2）把待检测量变换为脉冲光信息量
它是以光脉冲或条纹数的多少来反映待测量的大小，光电探测器的输出为低电平和高电平两个状态组成的一系列脉冲数字信息，这些数字信息量T是待测信息量Q的函数：T= f(Q)，这是一种模/数信息转换。数字信息量只取决于光通量的有无，对光源和光电探测器要求相对较低。
1.4.4 光电检测系统的基本结构形式
1．几何光学变换的结构形式
待测物本身就是辐射源，根据辐射出的功率、光谱分布、温度等参数可以确定待测物的存在、所处的方位，根据光谱结构可以分析待测物的成分，如辐射高温计、火焰报警器、热成像仪、太阳能利用、侦察、跟踪、武器制导等。
由待测物把光反射到光电接收器，反射面状态可以呈光滑的镜面或粗糙状，对应镜面反射和漫反射。
物理宽度为b ，遮光位移量为Δl ，则遮光面积为2
S b l α?=? Α为光学系统横向放大率，则光电探测器输
出电信号变化量为：2V V U E S E b l βαβ=?=?，可测物体位移量和尺寸：光电尺寸投影检测仪、光控开关、防盗报警等。
光透过待检测物体，其中一部分光通量被待检测物吸收或散射，另一部分光通量透过待检物体由光电探测器接收。被吸收或散射的光通量的数值决定于待检测物的性质。常用于检测液体或气体浓度、透明度或浑浊度，检测透明薄膜的厚度和质量；检测透明容器的疵病，测量胶片的密度等。
2．物理光学变换的结构形式
结论：可基于此法检测位移、振动、液体或气体浓度、折射率等，灵敏度很高。
1.4.5 光电检测技术的特点
高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。
高速度：光速是最快的。
远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。
非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。
寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。
数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。
1.4.6 光电检测方法
直接作用法
差动测量法
补偿测量法
脉冲测量法
1.4.7 光电检测技术发展趋势和应用
1.发展趋势：
纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。
小型、快速的微型光、机、电检测系统。
非接触、快速在线测量。
微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。
闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。
向人们无法触及的领域发展。
光电跟踪与光电扫描测量技术。
2.应用：
（1）工业生产领域的应用
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…
现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
（2）日常生活中的应用
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容。普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制，包含温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等，车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温。车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等，包含温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等。
（3）军事上的应用
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术
激光测距仪：可精确的定位目标。
（4）国防领域的应用
监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假弹头，敌友方。
（5）航天领域的应用
“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器，飞船部分---1218个传感器
神州飞船：185台（套）仪器装置
检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学
1.5 学习本课程的目的
1. 了解光电传感与检测系统的原理，基本组成，光电传感与检测技术的特点和发展趋势。
2. 掌握光电传感与检测器件（传感器、光源和成像器件等）的工作原理及基本特性，了解它们的应用范围。
3. 能够根据特性参数，选择合适的光电传感与检测器件。熟悉常用器件的性能指标。
4. 掌握非相干检测与相干检测的原理和区别。
5. 了解光纤传感检测技术的原理和应用，掌握光纤的光波调制技术。
光电传感与检测技术 教材：《光电检测技术与应用（第三版）》郭培源付扬编著北京航空航天大学出版社 参考书目：《光电检测技术》曾光宇清华大学出版社 《光电传感与检测技术》江晓军机械工业出版社 《光电检测技术及应用》周秀云电子工业出版社 学时：64学时（4学分），其中理论56学时，实验8学时（4个实验） 成绩：平时成绩 30%（考勤、作业、学习态度、实验），期末考试 70％ 第一章绪论 1.1 课程内涵 光电传感与检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术,它主要利用光电传感器将光学信号变换成电学信号,并采用电路放大和滤波处理等电子技术对变换后的电信号进行检测，然后用电子学、信息论、计算机等方法进行分析并进一步传递、储存、控制和显示。 1.2 课程特点 光电传感与检测技术具有非接触、精度高、速度快、自动化等特点，是光、机、电、计算机技术的综合应用。它将光电传感器与单片机技术、计算机技术及虚拟仪器技术相结合，使检测技术更加方便。 1.3 光电传感技术 1.3.1 什么是光电传感器 日常生活中的传感器：电冰箱、电饭煲中的温度传感器；空调中的温度和湿度传感器；煤气灶中的煤气泄漏传感器；水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器；照相机中的光传感器；汽车中燃料计和速度计等等。 人体系统和机器系统的比较：人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。传感器好比人体感官的延长，有人又称“电五官”。从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。 1.3.2 光电传感器的组成和分类 光电传感器的组成包括光源、光学通路、光电元件。 光电传感器分类： （1）按照探测机理分类：
一、单选题（每题2分，共20道小题，总分值40分） 1. 常用于对调幅波解调的装置是( ) （2分） A乘法器 B滤波器 C鉴频器 D相敏检波器 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 2. 无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统的位移响应与激振力之间的相位差必为( ) （2分） A 0° B 90° C 180° D不定值 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 3. 按照依据的基准线不同，下面那种线性度是最常用的（） （2分） A理论线性度 B端基线性度 C独立线性度 D最小二乘法线性度 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 4. 属于传感器动态特性指标的是（） （2分） A重复性____ B线性度 C灵敏度
纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 5. 下列哪一项不是半导体应变计的主要优点（） （2分） A耗电省 B灵敏度高 C准确度高 D体积小 纠错 正确答案C 解析 知识点 测试与传感技术作业题 6. 周期信号的自相关函数必为（） （2分） A周期偶函数 B非周期偶函数 C周期奇函数 D非周期奇函数 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 7. 下面的哪些传感器不属于内光电传感器（） （2分） A光电管 B光电池 C光敏电阻 D光电二/三极管 纠错 正确答案A 解析 知识点 测试与传感技术作业题 8. 差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( )的变化装置，通过这一转换从而获得相应
（2分） A线圈自感 B线圈互感 CLC调谐振荡 DRC调谐振荡 纠错 正确答案B 解析 知识点 测试与传感技术作业题 9. 信号传输过程中，产生干扰的原因是( ) （2分） A信号是缓变的 B信号是快变的 C干扰的耦合通道 D信号是交流的 纠错 正确答案C 解析 知识点 测试与传感技术作业题 10. 数字信号的特征是( ) （2分） A时间上连续幅值上离散 B时间上离散幅值上连续 C时间上和幅值上都连续 D时间上和幅值上都离散 纠错 正确答案D 解析 知识点 测试与传感技术作业题 11. 按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）（2分） A光电式传感器 B电容式传感器 C压电式传感器 D磁电式传感器 纠错 正确答案A
自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程 实验环节实施方案 一、实验要求 根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。 二、实验环境 目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪 三、实验报告要求与成绩评定 学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。 四、实验考试 学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。 五、附件
附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲 附件2 实验报告册样式 以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。 重庆信息工程专修学院 2009年4月14日
附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲 实验课程负责人：段莉开课学期：本学期 实验类别：专业课程实验类型：应用性实验 实验要求：必修适用专业：机电一体化 课程总学时：15 学时课程总学分： 1分 《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 一、 实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、 实验内容 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、 实验仪器 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。 四、 实验原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u l ?=为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换 被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 14 O EKu U = 。 五、 实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。 六、 实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
红外传感器及其应用 班级：****** 姓名：****** 学号：******
机电工程学院 目录 1.什么是红外线 (1) 2.什么是红外传感器 (1) 3.红外传感器的工作原理 (1) 4.红外传感器的分类 (3) 5.红外传感器的应用 (3) 6.红外传感器的发展前景 (5)
前言 在科技高度发达的今天，自动控制和自动检测在人们的日常生活和工业控制所占的比例也越来越重，使人们的生活越来越舒适，工业生产的效率越来越高。而传感器是自动控制中的重要组成部件，是信息采集系统的重要部件，通过传感器将感受或响应的被测量转换成适合输送或检测的信号（一般为电信号），再利用计算机或者电路设备对传感器输出的信号进行处理从而达到自动控制的功能，由于传感器的响应时间一般都比较短，所以可以通过计算机系统对工业生产进行实时控制。红外传感器是传感器中常见的一类，由于红外传感器是检测红外辐射的一类传感器，而自然界中任何物体只要其稳定高于绝对零度都将对外辐射红外能量，所以红外传感器称为非常实用的一类传感器，利用红外传感器可以设计出很多实用的传感器模块，如红外测温仪，红外成像仪，红外人体探测报警器，自动门控制系统等。在我们日常的生活中红外线传感器也是非常的常见，比如我们生活中的各种遥控器，以及电脑使用的鼠标等等，都用到了红外线传感器，所以红外线传感器在先到生活中是不可或缺的一种产品。
1.红外线简介 我们都知道，光有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这些都是我们用肉眼可以看得见的光，红外光是居这些可见光之外的一种光。红外线就是这种不可见光，实质上是一种电磁波，也称红外热辐射。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。所有的物体都会发出红外线，都会产生红外辐射，甚至有些动物就是靠红外线来识别物体。 现在提到红外线，我们首先想到就是他的应用。利用它肉眼看不到而戴上特殊的镜片就能看到的特点被广泛应用与军事中，如红外夜视仪、狙击步枪的瞄准镜等，当然生活中到处也都用到红外线，我们常用的遥控器、甚至有些防盗门等等。 2.什么是红外传感器 红外线传感器就是利用所有物体都会产生红外辐射的特性，以及红外光的反射、折射、散射、干涉、吸收等性质，实现自动检测的传感器。 红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光电器件，通常称为红外探测器。常见的红外传感器有两类:热探测器和光子探测器。 3.红外传感器的工作原理 因为红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。研究发现，太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的，而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围内，因此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。
绪论 教学目的： 1. 了解检测技术与传感器的作用和地位。 2.了解检测系统的组成及各组成部分的作用。 3.了解检测技术与传感器的发展方向。 4.了解本课程的内容、任务和学习方法。 课型：新授课 课时： 安排2个课时。 教学重点： 认识检测技术与传感器的作用和地位；以及检测系统的组成（被测对象、传感器、测量电路、输出单元、电源），以及这四部分的各项作用；检测技术与传感器的五个方面的发展趋势。 教学难点： 传感器的重要性及其地位；可以描述出检测系统的组成，及各组成部分的作用；可以举例说明日常生活中见到的、用过的传感器，它们检测的各是什么非电量；检测技术和传感器的发展趋势。 教学过程： 1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。 2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒 体课件、视频等媒体技术。 作业处理： 完成项目后的思考题。
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基本知识汇总 一、检测技术与传感器的作用和地位 （1）在工业生产中，采用各种检测技术与传感器对生产全过程进行检查、监测，它是确保安全生产、保证产品质量、提高产品合格率、降低能耗和原材料消耗、提高劳动生产率和经济效应的重要手段。 （2）在各种现代装备系统中，检测技术与传感器是其安全经济运行的重要保证，是其先进性和实用性的重要标志。检测系统的成本一般已达到所在装备系统总成本的50%～70%，甚至更高。（3）在自动控制系统中，传感器是不可缺少的组成部分。要实现自动化，只有通过传感器精确检测出被控对象的参数并转换成易于处理的信号，控制系统才能正常地工作。 二、检测系统简介 （一）检测系统的组成 被测对象、传感器、测量电路、电源、输出单元 （二）检测系统的组成及功能 检测系统由传感器、测量电路、输出单元及电源等组成。它们分别完成信息的获取、转换、显示和处理等功能。
“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
测试与传感技术作业三答案 测试与传感技术作业三答案 一、单项选择题（每题2分，共20分） 1、在光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率 的变化，这种现象称为（ D ） A磁电效应 B声光效应 C光生伏特效应 D光电导效应 2、码盘式传感器是建立在编 码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可 以分为接触式、光电式和（ C ）三种。 A变电式 B磁电式 C电磁式 D感应同步器 3、利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移来决定被测量的方法称为（ C ） A 零位式测量 B 微差式测量 C 偏差式测量 D 直接测量 4、（ C ）的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D、热电极的电导率 5、在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了（ C ）测量方法。 A、微差式 B、零位式 C、偏差式 D、零点式 6、时域阶跃响应法和频率响应法是研究传感器的（ A ）的方法。 A 动态特性 B 静 态特性 C 灵敏性 D 迟滞性 7.将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A.质量块 A.上升 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件 D.归零 D.电阻值 8.半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B ) B.迅速下降 C.保持不变 B.体积大小 C.结构参数 9结构型传感器是依靠传感器( C )的变化实现信号变换的。 A.材料物理特性 10.阻抗头是测量振动系统( D )的拾振器。
A.振动位移 B.振动加速度 C.激振力 D.激振力及其响应 二、填空题（每题3分，共30分） 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用ON-OFF型微动开关作为传感器。 2．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数 字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、_光电式_和_电磁式__三种。 3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___阻值的选择___、__尺寸的选择 ___等。 4.有源滤波器由集成运放和___ RC网络____组成。 5.采用__交流_____电源供电的电桥称为交流电桥。 6.多路模拟开关由__地址译码器_____和多路双向模拟开关组成。 7.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行 ___细分____。 8.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数 Rxy(τ)=_____0__。 9．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的对地低阻抗端(或接地端) 10．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为 ?1、?2、?3、?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为 ?1+?3=?2+?4 。 三、问答题（每小题5分，共20分） 1.简述两类扭矩的测量原理及举例说明相应的扭矩传感器。 答：1)轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩， 如电阻应变式扭矩传感器。2)弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。 2、简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。答：布置原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消 除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温 度补偿作用。 3.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感
第1篇传感器技术绪论 1.传感器引言 当我们看见“传感器技术”的时候，大多数同学都不陌生。传感器已经渗透到了我们生活的各个层面。看看下表，就知道了。请同学们自己补充2-3项举例。 表1-1 我们身边的传感器技术应用 看来传感器技术确实是喜欢电子的人必不可少的一项技术。那么，什么是传感器呢？就做电子技术的人来说，狭义上传感器是将被测量转换为电信号的一种器件或装置。但是，我们看见上表中出现了体温计和血压计，很多同学认为它们并不是电信号输出。 实际上，国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定的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”。这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。所以，我们可以暂时以电信号输出作为我们课程的学习对象的。传感器也可以定义为是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 1.1人类进步发展与传感器 在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。在l8世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。 传感器的发展是推动人类进步的巨大力量。传感器系统代替了人类实现了大量的自动化检测与控制，是把人从繁重的体力劳动中解放出来的关键器件。那么，把它与人的感觉相比较可以帮助我们学习传感器更多知识。 1.2人的感官与传感器技术 人类最早感受周围环境的变化是通过人体感知的，我们的耳可以听见声音、鼻可以闻到味道、眼可以看见周围环境、舌可以品尝各种味道、皮肤可以感受冷暖。有人说传感器就是电五官，这是说如果将计算机比作人的大脑的话，那么传感器的地位和功能就相当于我们的身体。我们的五官感受到外界的变化传送给大脑，大脑可以支配身体作出不同的反应动作。传感器检测到外部物理量的变化可以直接驱动执行器实施相应的控制，也可以发送给计算机实施控制。那么，我们完全可以将人的感官与传感器统一起来认识。 现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器．在许多方面它的性能甚至凌驾于人的
精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。
传感器技术绪论习题 一、单项选择题 1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ）。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（C ），构成信息技术的完整信息链。 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术 4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类。 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ）。 A. 传感器＋通信技术 B. 传感器＋微处理器 C. 传感器＋多媒体技术 D. 传感器＋计算机 6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（D ）的传感器。 A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ）。 A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换 9、传感技术与信息学科紧密相连，是（C ）和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取 10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ A ） A．应变式传感器B．速度传感器 C．化学型传感器D．能量控制型传感器 二、多项选择题 1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（ABCD）。 A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律 2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科，涉及（ABC ）等多方面的综合技术。 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务 3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ABCD ）。 A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型，包含以下哪几个（ABC ） A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分
测试与传感技术试题及答案 一、埴空题[每空2分．共26分） 1．铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移 动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种 现象称为——。 2．用于检测的超声波换能器有——、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性 表面波型等。 3．当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，这种现象叫做——· 4．在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为———兰——，由此效应引起的频率变化称为——。 5．应变片由——、——及覆盖片三部分组成。 ——两头焊有引出线，作连接测量导线用。 6．传感器在正(输人量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为 ——，它一般由实验方法测得。 7．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产 生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷 的极性也随着改变：晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫 。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电 场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为——，也称作电致伸缩效应。 8．超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤
方法有共振法、——和脉冲反射法等。 9．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做 二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处。(每空2 分，共26分) 1．声波在介质中传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度—— A．不同B．相同 C成线性关系D．纵波的声速约是横波的一半 2．．是测试系统的第一个环节，将被测系统或过程中需要观测的信息转化为人们 所熟悉的各种信号。 A 敏感元件B．转换元件 C传感器D．被测量 3．当超声波在一种介质中传播到界面或遇到另一种介质时，若其方向不垂直于界面，将产生声波的反射、折剔·及——现象。 A．表面波B．兰姆波 C驻波D波型转换 4．利用——制成的光电举件有光敏二极管、光敏三极管和光电池等：利用——可 制成半导体光敏电阻；利用——制成的光电铝件有真空光电管、充气光电管和光电倍增管。 A压电效应B．外光电效应 C磁电效应D．声光效应 E．光生伏特效应F．光电导效应 5．为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：——、——和
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
测试与传感技术试题及答案 一、埴空题［每空2 分．共26 分） 1．铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，这种 现象称为——。2．用于检测的超声波换能器有——、磁致伸缩型、电磁型、有振板型和弹性表面波型等。3．当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），这种现象叫做------ 4．在自动化探伤中，声源和工件之间有相对运动，由缺陷反射回来的超声波的频率将与声源发射超声波的频率有所不同，这种现象即为———兰——，由此效应引起的频率变化称为——。 5．应变片由——、——及覆盖片三部分组成。——两头焊有引出线，作连接测量导线用。 6．传感器在正（输人量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为——，它一般由实验方法测得。 7．某些晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷 的极性也随着改变：晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫。反之，如对晶体施加电场，晶体将在一定方向上产生机械变形；当外加电场撤去后，该变形也随之消失。这种现象称为——，也称作电致伸缩效应。 8．超声波探伤作为无损探伤的主要手段，在工业检测中应用十分广泛，常用的超声波探伤方法有共振法、——和脉冲反射法等。 9．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象叫做 二、选择题：选择正确的答案，将其对应的字母填入横线处。（每空2 分，共26 分） 1．声波在介质中传播的速度称为声速。对于不同波型的超声波，其传播速度——A ．不同B ．相同 C 成线性关系 D ．纵波的声速约是横波的一半
课时授课计划 科目传感器与检测技术授课时数共页 授课日期审阅 授课班级 出勤情况 年月日课题：绪论 授课目的：通过本节课的学习使学生了解传感器概念，组成，分类以及今后的发展趋势 授课重点：传感器的概念和组成 授课难点：对传感器概念的理解 教学类型：讲授教具与挂图： 复习提问： 引入新课：如果将人的大脑比作CPU，那么感觉器官便是敏感元件，大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件，就是一个完整的传感器的模型了。今天我们来学习一个新的设备传感器。 讲授新课（附后）： 本课小结：通过本节课的学习，学生初步了解传感器的一般概念和组成。作业布置： 改进措施：
绪论 [一] 组织教学 1、师生问好； 2、清点人数，做好考勤记录； [二] 复习提问 [三] 引入新课 如果将人的大脑比作CPU，那么感觉器官便是敏感元件，大脑是转换元件，那么四肢根据大脑转换的信息去处理事件，就是一个完整的传感器的模型了。今天我们来学习一个新的设备传感器。 [四]讲授新课 传感器的概念 传感器：把特定的被测信息（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。 这里“可用信号”是指便于处理、传输的信号。当今电信号最易于处理和便于传输，因此，可以把传感器狭义地定义为： 传感器（狭义定义）：能将外界非电信号转换成电信号输出的器件。 当人类进入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念也可以变为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。
１、 传感器技术：是涉及传感（检测）原理、传感器设计、传感器开 发和应用 的综合技术。 传感技术的含义则更为广泛，它是传感器技术、敏感功能材料科学、细微加工技术等多学科技术相互交叉渗透而形成的一门新技术学科——传感器工程学。 ２、 传感（检测）原理：是指传感器工作所依据的物理、化学和生物效应，并受相应的定律和法则所支配。如：物理基础的基本定律包括：守恒定律（能量、动量、电荷等），场的定律（包括动力场运动定律、电磁场的感应定律等，其作用与物体在空间的位置及分布有关。），物质定律（如虎克定律、欧姆定律、半导体材料的各种效应等，表示本身内在性质的定律），统计法则（它把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则，它们常与传感器的工作状态有关）。 二、传感器的组成 传感器一般由三部分组成：敏感元件、转换元件、测量电路组成。 敏感元件 非电量 转换元件 测量电路 辅助电源 电量 图0-1传感器的组成 其中，能把非电信息转换成电信号的转换元件，是传感器的核心。
测试与传感技术 2. C. 3.用共振法确定系统的固有频率时T s采样后，其频谱将具有（）特征。A. 周期、离散 4. D. 6.(2分)下面那一项不是半导体应变计的优点（）C. 横向效应小 7.(2分)下面哪项不是SAW传感器的优点：（）A. 分辨率低; 8.(2分)数字信号的特征是( )D. 时间上和幅值上都离散 9.差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成( )的变化装置，通过这一转换从而获得相应 的电压输出。B. 线圈互感 11.(2分)下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（）B. 灵敏度高 12.(2分)描述周期信号频谱的数学工具是( )B. 傅立叶变换 13.(2分)属于传感器动态特性指标的是（）D. 固有频率 14.无论二阶系统的阻尼比ξ如何变化，当它所受的激振力频率与系统固有频率相等时，该系统 的位移响应与激振力之间的相位差必为( )B. 90° 15.(2分)传感器与被测量的对应程度可用其（）表示。A. 精确度 17.(2分)下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（）D. 响应时间慢 18.(2分)非线性度是表示校准曲线( )的程度B. 偏离拟合直线 20.(2分)信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C. 干扰的耦合通道 2.周期信号的强度以( )来表达。A. 峰值B. 绝对均值C. 方差D. 有效值 3.一般交流电压表均按有效值刻度在测量非正弦信号时,其输出量( )A. 不一定和信号的有效 值成比例D. 可能和信号的峰值或者绝对均值成比例,视表内检波电路而定 2.(4分)光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻机械强度高，耐冲击，抗过 载能力强，耗散功率小等特点。答案错 5.表明声波传感器可以通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量，其选择性的吸附膜 的选择非常重要，常用三乙醇胺薄膜选择性测量( )、Pd膜选择性测量( )、WO3选择性测量( )、酞箐膜选择性测量( )等。A. H2S B. H2 C. NO2 D. SO2 1.(4分)CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS电容器组成的阵列。答案对 3.(4分)光纤纤芯折射率低于包层的折射率。答案错 4.想要提高电桥的电压灵敏度Ku，必须提高电源电压，但不受应变计允许功耗的限制。答案错 5.(4分)黑体是指对辐射到它上面的辐射能量全部吸收的物体。（）答案对 6.一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统串联而成的。答案对 7.动态特性好的传感器，其输出随时间的变化规律将再现输入随时间变化的规律，即它们具有 相同的时间函数。答案对 8.(4分)外光电效应分为光电导效应和光生伏特效应答案错 9.(4分)应变计的非线性度一般要求在0.05％或1％以内。答案对 10.热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。答案对 1.)以下属于应变计温度误差产生的原因是：（）D. 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化3.(2分)对压电式加速度传感器，希望其固有频率( )C. 尽量高些
实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠
浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在4～14KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。
一、填空题（本大题共30分，每空一分） 1．测量误差分为_______误差,__________误差和__________误差,其中_______误差是可以消除的，__________误差是必须要剔除的。 2．测量结果的完整表述包括__________,_______________,_______________. 3 金属应变片主要是由于材料的__________和__________，引起的电阻的变化；而半导体应变片主要是由于材料的__________，引起电阻的变化。 4．系统的相频特性是指输出信号的相位与______________的__________。5．电涡流传感器包括_______透射式和_______反射式厚度传感器。 6．地震时，先到达的是波，后到达的是波，能量大的是波。 7 常用的可测量微位移的是__________型电容传感器，其测量范围达几十__________（填长度单位）。 8__________传感器是一种有源传感器。 9 压电片__________联时，放大电路采用电荷放大器，__________联时，采用电压放大器。 10．光电耦合器件最典型的应用是实现__________与__________的隔离。 11 _________传感器可以作为有源传感器. 12 光敏电阻,光电池分别是__________效应和__________效应的典型器件 1 ，系统，粗大，随机，系统，粗大 2，估计值，测量单位，测量的不确定度 3，横向应变，纵向应变，电阻率 4，输入信号的相位，差 5低频, 高频 6纵，横，横 7，变极距型微米8，磁电式 9，、并，串10，强电，弱电 11，光电导效应,光生伏特效应 12，内外 二、单项选择题（本大题共10 小题，每题 2 分，共20 分） 1.不能利用下列器件或材料测量温度的是（） A.热敏电阻 B.热电偶 C.光敏电阻 D. 气体膨胀 2．固有频率最高的传感器是（） A 压电传感器 B 磁电传感器 C 金属应变片式传感器 D 电涡流传感器 3 适合做霍尔片的材料是（） A 金属 B 绝缘体 C 半导体 D 陶瓷 4 下列传感器在进行温度测量时,能测量高温的是（） Ａ液体膨胀式Ｂ半导体传感器 Ｃ铂热电阻Ｄ铜热电阻 5 光电编码器输出信号为001100时，其距000000方位相差________个最小分辨率（） A 12 B 24 C 36 D 48
课程内容与考核要求 （注：涉及计算和复杂原理见课本） 第1章绪论 领会：直接比较法的基本概念：直接比较法无须经过函数关系计算，直接通过测量仪器得到被测量值。 间接比较法的基本概念：间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变 测量和测试的概念及区别： 测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作，其重要性在于它提供了系统所要求 的和实际所取得的结果之间的一种比较。 测试是主动的、涉及过程动态的、系统的记录与分析的操作，通过试验得到的试验 数据成为研究对象的重要依据。 2. 测试基本原理及过程 识记：电测法的基本概念：将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析。 电测法的优点：测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快，特别适于动态测试。 领会：典型非电量电测法测量的工作过程： 识记：物理性（物性型）传感器的基本概念： 物理型传感器依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置。 智能化传感器的组成： 测量电路、微处理器、传感器。 第2章测试系统的基本特性 一、考核知识点与考核要求 识记：测试系统的概念: 所谓测试系统是指为完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变换特性的 物理装置的总体。 理想测试系统的特性：迭加性、比例特性、微分特性、积分特性和频率不变性。（P8）领会：测试系统组成的基本概念： 根据测试的内容、目的和要求等的不同，测试系统的组成可能会有很大差别。 （P7） 2. 测试系统的静态特性 识记：测试系统静态特性的定义： 测试系统的静态特性是指当输入信号为不变或缓变信号时，输出与输入之间的关系。 测试系统的静态传递方程： ( 测试系统处于静态测试时，输入和输出的各阶导数均为零。) 测试系统静态特性的主要定量指标： 精确度、灵敏度、非线性度、回程误差、重复性、分辨率、漂移、死区。（Ｐ10－13） 随机误差：在相同条件下，多次重复测量同一个量时，其绝对值和符号变化无常，但随着测量次数的增加又符合统计规律的误差。（既不能用实验方法消去，也不能修正。多次重复测量时，随机误差的统计特性多服从正态分布。） 产生原因：测量过程中各种相关因素的微小变化的相互迭加。 粗大误差：是一种明显歪曲实验结果的误差。(根据检验方法的某些准则判断哪个测量值是坏值，在误差分析时将其剔除。) 产生原因：操作不当、疏忽大意、环境条件突然变化。 表述精确度、精密度、准确度的概念和区别： 精确度（精度）：是指由测试系统的输出所反映的测量结果和被测参量的真值相符合的程度，综合反映系统误差和随机误差。 式中，Δmax为满量程内的最大可能误差；A为最大量程。 精密度：是精度的组成部分，它表示多次重复测量中，测量值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。（精密度反映随机误差的大小，随机误差愈小，测量值就愈密集， 重复性愈好，精密度愈高。） 准确度：表示多次重复测量中，测量平均值与真值接近的程度。（准确度反映系统误差的大小，系统误差愈小，测量的平均值就愈接近真值，正确度愈高。） 3. 测试系统的动态特性 % 100 max ? ? = A 精度等级