变送器的二线制和四线制信号传输方式
二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。
一．什么是两线制电流变送器?
什么是两线制?两线制有什么优点?
两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。两线制与三线制（一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND）和四线制（两根正负电源线，两根信号线,其中一根GND）相比，两线制的优点是：
1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用；
2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。
3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4-20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1-5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；
4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....
5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0mA状态）十分方便。
6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。
三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。设备现场的环境较为恶劣，强电信号会产生各种电磁干扰，雷电感应会产生强浪涌脉冲，在这种情况下，单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。两线制变送器件的出现使这个问题得到了较好地解决。我们以DH4-20变送模块为核心设计了小型、价廉的穿孔型两线制电流变送器。它具有低失调电压（＜30 μV）、低电压漂移（＜0.7μV/C°）、超低非线性度（＜0.01%）的特点。它把现场设备动力线的电流隔离转换成4～20 mA的按线性比例变化的标准电流信号输出，然后通过一对双绞线送到监测系统的输入接口上，双绞线同时也将位于监测系统的24V工作电源送到电流变送器中。测量信号和电源在双绞线上同时传送，既省去了昂贵的传输电缆，而且信号是以电流
的形式传输，抗干扰能力得到极大的加强。两线制电流变送器原理如（图1）所示。
二.电流变送器的4-20mA输出如何转换?
两线制电流变送器的输出为4～20 mA，通过250 Ω的精密电阻转换成1～5 V或2-10V 的模拟电压信号.转换成数字信号有多种方法，如果系统是在环境较为恶劣的工业现场长期使用，因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性。系统的输入模块采用压频转换器件LM ２31将模拟电压信号转换成频率信号，用光电耦合器件TL117进行模拟量与数字量的隔离。
同时模拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源，模拟地与数字地相互分开，这样可提高系统工作的安全性。利用压频转换器件LM231也有一定的抗高频干扰的作用。
三.电流输出型与电压输出型有哪些优劣比较?
在单片机控制的许多应用场合,都要使用变送器来将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电模拟信号，如电流变送器,压力变送器、温度变送器、流量变送器等。
早期的变送器大多为电压输出型，即将测量信号转换为0-5V电压输出，这是运放直接输出,信号功率<0.05W,通过模拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合，电压输出型传感器的使用受到了极大限制，暴露了抗干扰能力较差,线路损耗破坏了精度等等等缺点，而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用。
电压输出型变送器抗干扰能力极差，线路损耗的破坏,谈不上精度有多高,有时输出的直流电压上还叠加有交流成分，使单片机产生误判断，控制出现错误，严重时还会损坏设备，输出０－５Ｖ绝对不能远传，远传后线路压降大，精确度大打折扣。现在很多的ADC,PLC,DCS 的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器4-20mA的,证明了电压输出型变送器被淘汰的必然趋势。
四.4～20mA电流输出型到接口一般有哪些处理方法?
电流输出型变送器的输出范围常用的有0～20mA及4～20mA两种，电流变送器输出最小电流及最大电流时，分别代表电流变送器所标定的最小及最大额定输出值。
下面以测量范围为以0～１００Ａ的电流变送器为例进行叙述。对于输出0～20mA的变送器0mA电流对应输入０Ａ值，输出4～20mA的变送器4mA电流对应输入0Ａ值，两类传感器的20mA电流都对应１００Ａ值。
对于输出0～20mA的变送器，在电路设计上我们只需选择合适的降压电阻，在A/D转换器输入接口直接将电阻上的０－５Ｖ或０－１０Ｖ电压转换为数字信号即可，电路调试及数据处理都比较简单。但劣势是无法判别变送器的损坏,无法辨别变送器输出开路和短路。
对于输出4～20mA的变送器，电路调试及数据处理上都比较烦琐。但这种变送器能够在变送器线路不通时,短路时或损坏时通过能否检测到正常范围内的电流（正常时最小值也有4mA），来判断电路是否出现故障，变送器是否损坏,因此得到更为广泛普遍的使用。
由于4～20mA变送器输出4mA时，在取样电阻上的电压不等于0，直接经模拟数字转换电路转换后的数字量也不为0，单片机无法直接利用，通过公式计算过于复杂。因此一般的处理方法是通过硬件电路将4mA在取样电阻上产生的电压降消除，再进行A/D转换。
这个电路由两线制电流变送器产生的4～20mA电流与24V以及取样电阻形成电流回路，从而在取样电阻上产生一个1-5V压降，并将此电压值输入到放大器LM258的3脚。电阻分压电路用来在集成电路LM258的2脚产生一个固定的电压值，用于抵消在取样电阻上4mA 电流产生的压降。所以当两线制电流变送器为最小值4mA时，LM258的3脚与2脚电压差基本为0V。LM258与其相连接的电阻构成可调整电压放大电路，将两线制电流变送器电流在取样电阻上的电压值进行放大并通过LM258的1脚输出至模拟/数字转换电路，供单片机CPU读入，通过数据处理方法将两线制电流变送器的4-20mA电流在LCD/LED屏幕上以0-100A 值的形式显示出来。（图2）
五.怎样辨别真假优劣的电流电压变送器?
生产资料市场化以后，加剧激烈的竞争，真假优劣难辨，又因变送器是边缘学科，很多工程设计人员对此较陌生，有些厂家产品工业级别和民用商用级别指标混淆（工业级的价格是民用商用级的2-3倍）有些厂家产品用几角钱的LM324和LM431就可以做出一只变送器，不信的话您打开看看，你几百元买来的是不是用的LM324和LM431，这样的变送器送您，您敢不敢用呵！
我试以常用的0.5级精度的电流电压变送器为例，从以下方法着手来辨别真假优劣。
（1）基准要稳,４mA是对应的输入零位基准，基准不稳，谈何精度线性度，冷开机３分锺内４mA的零位漂移变化不超过4.000mA0.5%以内;（即3.98-4.02mA）,负载250Ω上的压降为0.995-1.005V，国外IC心片多用昂贵的能隙基准，温漂系数每度变化10ppm；
（2）内电路总计消耗电流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流滤波放大恒流电路不因原边输入变化而消耗电流也随之变化，国外IC心片采用恒流供电；
（3）当工作电压24.000V时,满量程20.000mA时,满量程20.000mA的读数不会因负载0-700Ω变化而变化;变化不超过
20.000mA0.5%以内;
（4）当满量程20.000mA时,负载250Ω时,满量程20.000mA的读数不会因工作电压15.000V-30.000V变化而变化;变化不超过20.000mA0.5%以内；
（5）当原边过载时，输出电流不超过25.000mA+10%以内，否则PLC/DCS内供变送器用的24V工作电源和A/D输入箝位电路因功耗过大而损坏，另外变送器内的射随输出亦因功耗过大而损坏，无A/D输入箝位电路的更遭殃；
（6）当工作电压24V接反时不得损坏变送器,必须有极性保护;
（7）当两线之间因感应雷及感应浪涌电压超过24V时要箝位,不得损坏变送器；一般在两线之间并联1-2只TVS瞬态保护二极管1.5KE可抑制每20秒间隔一次的20毫秒脉宽的正反脉冲的冲击,瞬态承受冲击功率1.5KW-5KW;
（8）产品标示的线性度0.5％是绝对误差还是相对误差,可以按以下方法来辨别方可一目了然:符合下述指标是真的线性度0.5％.
原边输入为零时输出４mＡ正负0.5%（3.98-4.02mA）,负载250Ω上的压降为0.995-1.005V
原边输入10％时输出5.6mＡ正负0.5%（5.572-5.628mA）负载250欧姆上的压降为1.393-1.407V
原边输入25％时输出8mＡ正负0.5%（7.96-8.04mA）负载250Ω上的压降为1.990-2.010V
原边输入50％时输出12mＡ正负0.5%（11.94-12.06mA）负载250Ω上的压降为2.985-3.015V
原边输入75％时输出16mＡ正负0.5%（15.92-16.08mA）负载250Ω上的压降为3.980-4.020V
原边输100％时输出20mＡ正负0.5%（19.90-20.10mA）负载250Ω上的压降为4.975-5.025V
（9）原边输入过载时必须限流:
原边输入过载大于125%时输出过流限制25mＡ+10%（25.00-27.50mA）负载250Ω上的压降为6.250-6.875V;
（10）感应浪涌电压超过24V时有无箝位的辨别:在两线输出端口并一个交流50V指针式表头,用交流50V接两根线去瞬间碰一下两线输出端口,看有无箝位,箝位多少伏可一目了然啦;
（12）有无极性保护的辨别:用指针式万用表Ω乘10K档正反测量两线输出端口,总有一次Ω阻值无限大,就有极性保护;
（13）工业级别和民用商用级别的辨别:
工业级别工作温度范围是-25度到＋７０度，温漂系数是每度变化１００ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之一；
民用商用级别工作温度范围是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,温漂系数是每度变化25０ppm,即温度每度变化１度,精度变化为万分之二点五；
电流电压变送器的温漂系数可以用恒温箱或高低温箱来试验验证较繁琐。
上述13种方法同样可用与其它变送器真假优劣的辨别。
六．以下举例说明某品牌工业级别的0.5级精度的电流变送器技术参数：
1.精度：优于0.5% ；
2.非线性失真：优于0.5%；
3.额定工作电压：+24V±20% ，极限工作电压：≤35V ；
4.电源功耗：静态4mA，动态时相等与环路电流，内部限制25mA+10%；
5.额定输入：5A......1KA ；
6.穿孔穿芯圆孔直径：８，９，１２，２０，２５，３０mm；
7.输出形式：两线制DC4~20mA；
8.输出电流温漂系数：≤50ppm/℃；
9.响应时间：≤100mS；
10.输入/输出绝缘隔离强度：>AC3000V,1 min,1mA；
11.输出负载电阻：RL＝V+ —10V／0.02（Ω）；
注:（1）标准V+24V时负载阻抗为700Ω；
（2）RL＝250Ω转换１－５Ｖ的电阻＋两根传输线路总铜阻。
12.输入过载保护:30倍1min；
13.输出过流限制：内部限制25mA+10%；
注:（1）国际标准输出过流限制：内部限制25mA+10%；
（2）可按客户要求定制：内部限制22mA+10%，24mA+10% 。
14.两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS拟制能力：TVS抑制冲击电流35A/20ms/1.5KW；
15.两线端口设置有＋２４Ｖ电源反接保护；
16.输出电流设置有长时间短路保护；
17.工作环境：-40至80度，10－90%RH；
18.贮存温度：-50℃－85℃；
19.执行标准：GB/T13850－1998；
20.系列型号，规格，接线示意图，产品外形，产品照片。
七.以下举例说明某品牌工业级别的0.5级精度的电流变送器主要特点
ＦＺ系列８，９，１２，２０，２５，３０型穿孔穿芯一体化交流电流变送器是组合电流互感器、电流变送器于一体的新一代交流电流变送器，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4~20mA（通过250Ω电阻转换DC1~5V或通过500Ω电阻转换DC2~10VDC）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。产品为穿孔穿芯式结构，原副边高度绝缘隔离，两线制输出接线，辅助电源＋２４Ｖ与输出信号线DC4~20mA共用，具有精度高，体积小、功耗小、频响宽，抗干扰及防感应雷能力强等优点。
主要特点: 1.专为电力交流电流测量设计的真有效值两线制变送器；2.采用单匝穿孔穿芯式结构，将电流互感器和电流变送器两部分组合为一体化设计；3.具有输入过载保护，输出过载限制，输出电流短路保护，瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制，电源反接保护；4.两线制输出接线具有6大优点；5.原副边高度绝缘隔离；6.高可靠性，高稳定性，高性价比；7.特别适用发电机、电动机、低压配电柜、空调、风机、路灯等负载的电流监控。8.超低功耗，单只静态时0.096W,满量程功耗为0.48W,输出电流内部限制功耗为0.6W。
来源：阿仪网https://www.doczj.com/doc/475192165.html,/tech/infodetail/19851.html
天然气仿真器与氧传感器连接及其调试方法 前面文章说过天然气仿真器必须接氧传感器，并测试是不是正常仿真的。很多改装厂这个过程不规范，不接线或者仿真设置不正确，甚至给出“天然气烧气故障灯亮是正常的”这种错误的解释。 接线方法是断开氧传感器的信号线，用仿真器的白色线接传感器，黄色线接行车电脑输入。 接线完毕后一定要在烧油和烧气两种状态下分别测量黄色线和搭铁之间的直流电压为10S在0－1v波动8次左右，以此判断仿真器直通和烧气仿真信号是不是正常的。如果不是这样，可按照下面方法调试DIP开关和电 位器。 一、仿真器电路板上有DIP开关，如图（图是两个开关的）：， DIP开关不论有几个，（2个或3个，不会有4个的）必定有一种状态是这样的：烧油时氧传感器信号直接通过仿真器，仿真器不起作用，这个可在烧油状态时测量白色线和黄色线上的电压同时波动得知；烧气时氧传感器信号被截止，由仿真器输出一个信号（黄线）给行车电脑ECU。 相关设置如下并把它写在纸上备用： 2个开关的有如下几种设置： ON ON ON OFF OFF ON OFF OFF 3个开关的有如下几种设置: ON ON ON ON ON Off ON OFF ON ON OFF OFF OFF ON ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF 二、动手测量 第1步：用油启动
第2步：先测量白色线对电瓶负极电压，观察一定时间（如10S）内电压及指针摆动次数和幅度，记在纸上， 在此称“油态电压” 第3步：设置（按照写在纸上的顺序）DIP开关，测量黄色线对电瓶负极电压及摆动情况如和“油态电压”相同请在此DIP状态上打勾，并完成所有设置的测量，这些设置在此简称“直通设置” 第4步：切换到烧气 第5步：测量这几种“直通设置”时黄色线对电瓶负极的电压及摆动情况，必有一种设置电压摆动幅度与“油态电压”相近，这时调整电位器，使其电压波动次数和幅度和“油态电压”相同。 四、完成设置 记下刚才筛选出的DIP开关状态并设置，关闭发动机，拨出钥匙，取下电瓶负极，3分钟后，安装电瓶负极，用钥匙转至电源档，自检，30秒后，关闭，拨出钥匙，30秒后再次插入、自检，启动，先油然后切换到气，分别测量黄色线对电瓶负极电压及摆动情况，（一般10S内电压在0－1v波动7－8次）。 如有必要再调整，这个过程一定要有耐心。
第1章 传感器与检测技术基础 1.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V ，求该仪器的灵敏度。 解：该仪器的灵敏度为 25 .40.55.35.2-=--=S V/mm 2.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度； (2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。 解： （1）测温系统的总灵敏度为 18.02.010002.045.0=???=S cm/℃ （2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为 22.2218 .04==t ℃ 6.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理? 解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。 10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。 答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、 R 3、R 4。U 为电桥的直流电源电压。当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’(R ≠R ’)时，称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ，R 2=R 3 =R ’(R ≠R ’)时，称为电源对称电桥。 D 直流电桥电路 当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥
2020年TI杯大学生电子设计竞赛 无线运动传感器节点设计（A题） 1. 任务 基于TI模拟前端芯片ADS1292和温度传感器LMT70设计制作无线运动传感器节点，节点采用电池供电，要求能稳定采集和记录使用者的心电信息、体表温度和运动信息。 2. 要求 （1）基于ADS1292模拟前端芯片设计心电检测电路，完成使用者的心电信号实时测量，要求：（30分） ①实时采集和记录使用者的心电信号，实现动态心电图的测试与显示； ②分析计算使用者的心率，心率测量相对误差不大于5%。 （2）基于LMT70温度传感器测量使用者体表温度，要求：（20分） ①实时采集和记录使用者的体表温度，温度采样率不低于10次/分钟； ②体表温度测量误差绝对值不大于2℃。 （3）基于加速度计等传感器检测使用者运动信息，实现运动步数和运动距离的统计分析，要求：（20分） ①运动距离记录相对误差不大于10%； ②运动步数记录相对误差不大于5%。 （4）无线运动传感器节点能通过无线上传使用者的基本心电信号、体表温度和运动信息，并在服务器（手机）端实时显示动态心电图、体表温度和运动信息，要求传输时延不大于1秒。（25分） （5）其他。（5分） （6）设计报告。（20分）
3. 说明 （1）作品进行心电信号测试时，可以通过直接输入心电信号模拟器进行校准，在确认作品达到题目要求的测量精度后，再对具体的使用者进行心电信号测试。目前市面上有多种心电信号模拟器产品，各赛区可以自行选择心电信号模拟器作为标准信号，对作品进行测试。 （2）作品设计中进行体表温度测量的温度传感器LMT70，需要使用引线连接并裸露在外，便于测试。在进行测试校验和实测时，可以通过使用标准体温计来测量使用者掌心温度，与本作品测量使用者掌心温度来进行比对。 （3）本作品测量的使用者运动信息，可以通过使用者在标定5米长的直线上来回运动进行测试，统计运动步数和运动距离。 （4）本作品的无线运动传感器节点需要实现无线上网、上传节点传感数据到服务器中，然后在服务器中实现数据管理和数据显示。参赛者可以使用手机或笔记本电脑作为服务器端。如果使用笔记本电脑作为服务器端，则必须将电脑作为本作品的组成部分，在作品封存时一并封存。
几种常见传感器总结 1、红外对管： 红外对管是根据红外辐射式传感器原理制作的一种红外对射式传感器。与一般红外传感器一样，红外对管也由三部分构成：光学系统（发射管）、探测器（接收管）、信号调理及输出电路。红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。在此接收管通过对发射管所发出的红外线做出反应实现，实现信号的采集，再通过后续信号处理电路完成信号的采集和输出。 2、霍尔传感器： 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。霍尔效应是指置于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的现象。该电势称霍尔电势。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。目前市场上的霍尔传感器都是集成了外围的测量电路输出的是数字信号，即当传感器检测到磁场时将输出高低电平信号。传感器主要包括两部分，一为检测部分的霍尔元件，一为提供磁场的磁钢。霍尔电流传感器反应速度一般在7微妙，根本不用考虑单片机循环判断的时间. 3、光电开关： 光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收, 并进行光电转换, 同时加以某种形式的放大和控制, 从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。上图为典型的光电开关结构图。是一种反射式的光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测物所在处。当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。透射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 这样起到检测作用。光电开关的特点是小型、高速、非接触, 而且与TTL、MOS等电路容易结合。此类传感器目前也多为开关量传感器，输出的为1，0开关量信号，可以和单片机直接连接使用。光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测，产品计数, 料位检测，尺寸控制，安全报警及计算机输入接口等用途。 4、超声波传感器： 利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等, 而以压电式最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷, 这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来工作的: 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动, 从而产生超声波, 可作为发射探头; 而利用正压电效应, 将超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声
井下各类模拟量传感器的安装及设置要求 一、采煤工作面甲烷传感器的设置： 采煤工作面甲烷传感器应尽量靠近工作面设置，离工作面的距离不能大于10m；其报警浓度为0.8CH4，断电浓度为1.5CH4，复电浓度为 1.0 CH4，断电范围为工作面及回风巷中全部非本质安全型电器设备。 二、采煤工作面回风巷甲烷传感器的设置： 回风巷甲烷传感器应设置在瓦斯等有害气体与新鲜风流混合均匀且风流稳定的地方，在回风巷出口10m至15m范围内；其报警浓度为0.8CH4，断电浓度为0.8CH4，复电浓度为 1.0 CH4，断电范围为工作面及回风巷中全部非本质安全型电器设备。 三、掘进工作面甲烷传感器的设置： 掘进工作面甲烷传感器设置在巷道迎头5m范围内；其报警浓度为1.0CH4，断电浓度为1.5CH4，复电浓度为1.0 CH4，断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电器设备。 四、掘进工作面回风流甲烷传感器的设置: 回风流甲烷传感器应设置在瓦斯等有害气体与新鲜风流混合均匀且风流稳定的地方，在回风巷出口10m至15m范围内；其报警浓度为1.0CH4，断电浓度为1.0CH4，复电浓度为 1.0 CH4，断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电器设备。
五、掘进工作面进风流甲烷传感器的设置： 采用串联通风的掘进工作面，必须在被串工作面局部通风机前设置甲烷传感器；其报警浓度为0.5CH4，断电浓度为0.5CH4，复电浓度为0.5CH4，断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电器设备。 六、中央变电所甲烷传感器的设置： 设置在机电硐室进风流巷道进风处3-5m之内；其报警浓度为0.5CH4，断电浓度为0.5CH4，复电浓度为0.5CH4，断电范围为中央变电所内全部非本质安全型电器设备。 七、一氧化碳传感器和温度传感器的设置： 一氧化碳传感器应设在距回风流出口10m-15m范围内风流稳定、一氧化碳等有害气体与新鲜风流混合均匀的位置。 温度传感器应设置在距回风流出口10m-15m范围内，并不影响行人和行车，安装维护方便、风流稳定的位置。八、所有模拟量传感器都要设置在巷道上方，距巷壁不得小于200mm，距顶板不得大于300mm。
传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。 传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着： （1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路 工作过程 向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成 1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。 传感器分类倾角传感器 倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务。提供超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角传感器。 加速度传感器(线和角加速度)
温度传感器在带式输送机中的应用-标准模拟量信号的总线格式转换 1.课程案例基本信息 课程案例名称温度传感器在带式输送机中的应用-标准模拟量信号的总线格式转换 课程案例编号0505709CE （0505为传感器；7为项目七；09为项目九第五个案例）关键词温度传感器标准信号数字量转换 对应知识点带式输送机的温度传感器标准信号总线格式的转换 2.课程案例 某带式输送机的温度传感器信号要求利用模拟量输入模块将4～20mA模拟量信号转换为RS-485串口数据信号，通过RS-485总线工业控制网络传输数据。 4～20mA转485采集模块 一工程检测传感器在模拟量信号向串口数据信号的转换过程中，选用深圳国科伟业通信技术有限公司的MD-108型模拟量输入模块，其提供八路独立隔离的4～20mA电流输入接口，支持Modbus RTU通信协议，采用RS-485总线通信接口与计算机通信，支持多个模块级联，RS-485端口采用光电隔离芯片将模块与RS-485总线进行有效隔离，保证数据通信的稳定性。 4～20mA转485采集模块是一款采集4-20mA电流输入，输出至RS485接口
的智能模拟量采集模块，4-20毫安模拟量转485，电流采集模块，4-20毫安电流测量，温度转4-20毫安采集 温度传感器将采集的温度数据转换为4～20mA电流输出至4～20mA采集模块，4-20ma电流环采集模块，模块将采集来的电流信号通过单片机转换为基于厂家自定义简易通信协议的RS-485数据，再通过RS-485总线将数据传输至计算机。采集模块能够同时采集八路4～20毫安电流信号。 《机电一体化专业教学资源库》资源模板编制信息 模版名称课程案例模版 模版编号07 模版主要功能规定课程案例的基本要求、格式等 责任者孙在松联系方式Email:zaisongsun@https://www.doczj.com/doc/475192165.html, 编制时间2014年4月 发布时间2014年4月
利用模拟器如何模拟氧传感器信号 这几年随着汽车设计和制造的整体发展，闭环控制已经成为一种大势所趋，尤其是电喷系统对闭环控制尤为常见，即通过安装氧传感器和三元催化器，实现电脑对于供油系统的全过程调整。这样可以大大的提高环保水平，但故障也就相对多起来。 氧传感器的损坏究竟会对汽车的运行产生多大的影响，很难有一个很好的解释，因为不同汽车对于氧传感器的依赖程度不同。但由于它的功能及工作原理比较独特，所以先掌握氧传感器的性质，对维修人员诊断电喷发动机的故障是有重要意义的。 氧传感器其实就是一个低电压、低电流的小发电机，当它的内外表面所接触的氧分子浓度不同时，便形成一个电位差，它的外表面伸入排气管中直接与发动机排气相接触，它的内表面与大气接触，大气中氧分子的浓度是不变的。而排气中氧分子的浓度是随混合气浓度的变化而变化的。当混合气的实际空燃比高于理论空燃比14.71，即稀混合气时，废气中剩余的氧分子浓度相对较高，这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小，只能输出大约0.1V的电压;而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即浓混合气时，废气中剩余的氧分子非常少，这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大，可以输出大约1.0V左右的电压。这样，电脑就可以通过氧传感器输出的信号了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差，于是根据这个信号相应调整喷油器的喷油脉宽，以弥补这个微小偏差，从而提高了控制的精度。 电喷轿车所采用的氧传感器大致分为单线、三线及四线等几种形式，它们的区别只在于三线或四线的氧传感器中多了一个加热装置，因为氧传感器只有在400℃以上才工作。在工作状态下，氧传感器反馈电压可以使用模拟器的直流电压档测量信号线对负极的电压。信号线绝对不能搭铁，否则将不可恢复性地损坏氧传感器。此时起动发动机并便水温达到 至少80℃，使发动机多次达到2500r/min后使发动机转速保持2500r/min,并观察模拟器显示的电压，电压值应在此0.1~0.9V之间迅速跳动，在1Os之内电压应在0.1~0.3V之间变化至少6~8次，若电压变化比较缓慢，不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障，可能是氧传感器表面被积炭覆盖而灵敏性降低。这时可使发动机高速运转几分钟以清除积炭，然后再观察氧传感器信号电压是否符合规定，如仍不符合规定，则进行下一步检查。 下面介绍一个利用模拟器排除故障的实例。 故障现象一辆由广东三星组装的美国克莱斯勒道奇捷龙汽车（装备3.3L发动机），排放量超标，在怠速工况下 CO达到5.1%以上，HC达到300×10-6左右。通过这组数字可以看出:此车的混合气偏浓，在汽车维修人员对该车发动机的油路和点火电路做了常规维护后，发动机的污染物排放量依然超标。当用克莱斯勒专用故障检测仪DRBⅢ对电控燃油喷射系统进行检测时，发现故障代码为21、51和52号，其含义均为氧传感器信号高于或低于正常值。通过读取数据流，发现氧传感器的数值始终是2.5V不变化。然后改变各种工况，发现氧传感器的电压信号在发动机的各种工况下都相同。因此怀疑氧传感器已失效。在检查氧传感器时，发现在排气管上根本未装氧传感器，而安装氧传感器的位置被一个螺丝堵住。也就是说，该汽车发动机的电子控制系统已成为无氧传感器信号的开环控制系统，这就是发动机污染物排放量超标的原因。而且该车也没有安装三元催化器。 于是，使用模拟器的模拟氧传感器数值的功能。 （1）将模拟器的绿色氧传感器专用线和黑色连线连接在车上氧传感器的输出回路上; （2）将中间功能选择开关置于:KnocK/Oxy档位; （3）将右侧功能选择开关置于:Volts/Oxy位置; （4)使发动机起动运转，然后打开SST Ⅲ，此时SST Ⅲ将产生一个0.15V的恒定的连
无线传感器网络模拟器的技术与发展 陈海明 摘要：无线传感器网络模拟器是无线传感器网络研究中必不可少的支撑软件。本文以SensorSim、SensorSimulator和J-Sim为例介绍了现有无线传感器模拟器的架构和设计原理，指出了这些模拟器在可支持的最大网络规模方面的问题。本文重点是介绍中科院计算所无线传感网络实验室所建立的无线传感器网络模拟器EasiSim的设计原理，该模拟器采用了“基于列表的集中式仿真对象组织结构”的设计方法，实现了对模拟器中所有节点的有效管理，减少了事件的数量，提高了系统的执行效率，其“分层体系结构”的设计思想，使其具有很好的可扩展性。 关键词：无线传感器网络；模拟器；网络规模；性能评价 无线传感器网络（WSN, Wireless Sensor Networks）是由部署在监测区域内的大量微型智能传感器节点组成，通过这些节点相互协同地采集和处理网络覆盖范围内的环境或感知对象的信息，并通过多跳自组织无线通信方式形成的一类新型网络系统。随着嵌入式计算、无线通信和分布式信息处理等技术的快速发展，无线传感器网络得到了学术界和工业界的广泛关注，各种网络部署方案和应用系统相继提出，网络功能和协议日趋复杂，网络规模也日趋庞大。 网络模拟是测试和评价网络性能的重要手段之一。无线传感器网络模拟器（Simulator），也称无线传感器网络模拟平台（Simulation Platform），是指一种能够模拟众多节点在各种配置环境下的协同工作过程，获取有关节点状态的详细信息，评价节点操作系统和网络协议栈服务质量的支撑软件。按照所模拟的事件粒度的不同，无线传感器网络模拟器可以分为两类，一类是数据包级的模拟器，另一类是指令级的模拟器。由于后者一般按照特定的无线传感器节点的架构建立，用于直接在PC上运行节点的应用程序，所以又被称为无线传感器网络仿真器（Emulator），如TOSSIM[1]、ATEMU[2]、Avrora[3]和Emstar[4]。由于仿真器需要逐条运行操作系统或应用程序中指令来完成对某一事件的处理，所以运行速度很低，一般只用于单一节点的代码调试，而很少用于模拟多个节点间的网络级行为。本文所说的无线传感器模拟器特指数据包级的模拟器。现有的这类模拟器（如表1所示）大都是在传统的网络模拟器（如ns-2, OMNeT++, J-Sim）的基础上加以扩展而建立的。 表1.几个典型的无线传感器网络模拟器 模拟器 研制单位 基础 架构 语言 SensorSim[5]美国加州大学洛 杉矶分校（UCLA）ns-2 面向对象 （Object-orient） C++/OTcl SensorSimulator[6] 美国路易斯安那 州立大学（LSU） OMNeT++ 面向组件 (Component-orient) C++/NED J-Sim[7]美国伊利诺伊大 学香槟分校 （UIUC） JavaSim 面向组件 (Component-orient) Java/Jacl SENSE[8]美国伦斯勒理工 大学（RPI） COST 面向组件 (Component-orient) CompC++ VisualSense[9]美国加州大学伯 克利分校（UCB） Ptolemy II 面向元件 (Actor-orient) Java/XML 下面首先以SensorSim、SensorSimulator和J-Sim为例介绍现有无线传感器模拟器的架构和组成原理，然后介绍无线传感网络实验室所建立的无线传感器网络模拟器EasiSim的设
传感器技术及其信号处理方法 第一章传感器概述 1.1 传感器技术基础 传感器(sensor)是一种把物理量转换成电信号的器件。可以说，传感器代表了物理世界与电气设备（如计算机）世界接口的一部分。这种接口的另一部分由把电信号转换成物理量的执行器（actuator)表示。 为什么我们这么关心这个接口？近年来，电子行业拥有了巨大的信息处理能力。其中最明显的例子是个人计算机。此外，价格低廉的微处理器的使用对汽车、微波炉、玩具等嵌入式计算产品的设计产生了重大影响。最近几年，使用微处理器进行功能控制的产品越来越多。在汽车行业，为满足污染限制要求必须利用微处理器的这种信息处理能力。而在其他行业，这种能力又带来了降低产品成本、提高产品性能的优势。 所有这些微处理器都需要输人电压以接收指令和数据、因此，随着廉价微处理器的出现，传感器在各种产品中的应用也越来越多。此外，由于传感器输出的是电信号，因而传感器也就能够按电子没备的描述方式来插述。同电子产品数据手册一样，很多传感器数据手册也都遵照某种格式撰写。然而，目前存在很多种格式，而且传感器规格说明的国际标准还没有制订，这样，传感器系统设
计师就会遇到对同一传感器性能参数存在不同的解释，这常常令人混淆。这种混淆并非由于这些术语的含义无法理解，而是在于传感器界不同的人群习惯于使用不同的术语，认识到这一点至关重要。 1.1.1 传感器数据手册 为了解决上述术语使用的差异向题，有必要首先命绍数据手册的功用，数据手册主要是一份营销文件，用来突出某一传感器的优点，強调其潜在的应用，但是有可能忽视该传感器的不足。很多情况下，传感器是设计用来满足特定用户的特定性能要求的，而数锯手册就集中了该用户最感兴趣的性能参数。这种情况下，传感器制造商和客户就有可能越来越习惯于使用某种约定的传感器性能参数定义，而这种定义却未必通用，这样，这种传感器未来的新用户必须认清这种情形以便恰当地理解这些参数。人们常常遇到不同的定义。此外，大多数传感器数据手册都缺少对特定应用有用的信息。 1.1.2 传感器性能特征定义 下面是一些较重要的传感器性能特征。 1.传递函数 传递函数表示物理输入信号与电瑜出信号之间的函数关系。通常，这种关系以输入输出信号关系图来表示，具体的关系构成了对传感器性能特点的完整描述。对需逐
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不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 7 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 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。 当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。
2路4-20ma0-1ma转485模拟量传感器简单说明 模拟量是表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示。通常模拟量用于采集和表示事物的电压电流等参数。模拟量输入模块是一款可以采集模拟量，如电压、电流、热电偶、热电阻、温度等数值，通过485总线传输到电脑上的智能模块。通信协议采用MODBUS RTU协议，与工业现场数据采集实现了统一对接，编程起来也很方便。 由于采用RS-485接口作为通信接口，其能够多个模块组合传输更多路数模拟量信号，并且能够在485线路上分散配置，采用地址码进行区分，可以直接接入MODBUS RTU协议的组态软件。模拟量输入模块是AD转换模块，具有四个独立的模拟量输入通道，每通道的输入信号可以是1-5V的电压信号，也可以是4-20mA 的电流信号。模块能将输入信号转换成相应的八位二进制数字信号，即其测量精度或称分辨率是八位的。 按十进制表示，它所转换成的数值范围是0-255，提供给PLC作进一步处理。在模块的侧面，对应于每一输入通道设有跨接器，用户可以通过短接或不短接跨接器的引脚来选择所接入的测量信号是1-5V的电压信，还是4-20mA的电流信号。模块中信号转换的最长时间为2ms，该信号转换是与PLC的CPU并行工作的，并不占用PLC的扫描时间。像十二位二进制数的最大值为四千零九十五，对于单极性输入信号例如DC的0到10V、0到20mA或4到20mA，为了计算方便，三菱的FX系列PLC额定输入范围对应的输出值为零到四千，数据放在一个字的右侧低位，称为右对齐。零到四千与十二位二进制数可表示的范围零到到四千零九十五基本上相同。 功能简介： IBF20 信号隔离采集模块，可以用来测量两路电压或电流信号。 1、模拟信号输入 16位采集精度，两路模拟信号输入。产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。具体电流或电压输入量程请看产品选型。 2、通讯协议 通讯接口：1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。 通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS RTU通讯协议。模块自动识别通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进 行网络通讯。 数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。 通讯地址（0～255）和波特率（2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200bps）均可设定；通讯网络最长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。 通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。 3、抗干扰 可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。
传感器的定义 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。 最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器系统的原则框图示于图1-1，进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后
的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。 德国和俄罗斯学者认为传感器应是由二部分组成的，即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解，传感器还包含了信号成形器的电路部分。 传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源(参阅图1-2(a))。 有源(a)和无源(b)传感器的信号流程 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能 传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以
中国石油大学（北京）远程教育学院 《检测传感技术》期末复习题参考答案 一、填空题（本题共计40分，每一填空计2分） 1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。 2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。 3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。对系统瞬态响应的要求是：瞬态误差小；调整时间短。 4. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。 5. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。 6. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。 7. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。 8. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。 9. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。
10. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。 11. 一阶测试系统的基本参数是时间常数。根据对测试系统的基本要求及一阶测试系统的频率响应和单位阶跃响应，一阶测试系统的基本参数的选取原则是时间常数小。 12. 二阶测试系统的基本参数是固有频率和阻尼比。 13. 金属丝应变片依据应变效应工作；半导体应变片依据压阻效应工作。 14. 压力传感器由弹性敏感元件和机电转换元件两部分组成。 15. 测量传感器的动态特性的实验方法包括频率响应法和时间响应法。 16. 基于弹性元件受力产生变形实现检测的力传感器为二阶测试系统。为保证不失真测试，要求传感器的固有频率远大于被测力参数的工作频率。 17. 线性系统的频率保持性即若对线性系统的输入为某一频率的简谐信号，则其稳态响应必是同一频率的简谐信号。 18. 系统频率响应函数测试中，稳态正弦激励方式的依据是线性系统的频率保持性，其特点是测试周期长，其原因在于在每个测试频率处，只有当系统达到稳定状态才能进行测试。 二、解释题（本题共计12分，每小题4分） 1. 物性型传感器 答：依靠敏感元件材料本身物理性质在被测量作用下的变化来实现信号转换的传感器，如应变式、压电式、压阻式传感器。 2. 结构型传感器
ABS轮速传感器及其信号处理 车轮防抱死制动系统简称ABS 是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性而开发的高技术制动系统。ABS由信号传感器、逻辑控制器和执行调节器组成。其控制目标是：当汽车在应急制动时，使车轮能够获得最佳制动效率，同时又能实现车轮不被抱死、侧滑，使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳 定性和方向可操作性。 在ABS系统中，几乎都离不开对车轮转动角速度的测定，因为只要有了车轮转动角速度，其它参数（如车轮转动角和加速度）均可通过计算机计算获得。ABS的工作原理就是在汽车制动过程中不断检测车轮速度的变化，按一定的控制方法，通过电磁阀调节轮缸制动压力，以获得最高的纵向附着系数和较高的侧向附着系数，使车轮始终处于较好的制动状态。因此精确检测车轮速度是ABS系统正常工作的先决条件。 1 ABS轮速传感器及特性分析 通常，用来检测车轮转速信号的传感器有磁电式、电涡流式和霍尔元件式。由于磁电式轮速传感器工作可靠，几乎不受温度、灰尘等环境因素影响，所以在ABS系统中得到 广泛应用。 1.1 磁电式轮速传感器的工作原理 磁电式传感器的基本原理是电磁感应原理。根据电磁感应定律，当N匝线圈在均恒 磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势ε与磁通变化率有如 下关系： 若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线时，则线圈两端的感应电势ε为： 式中，N为线圈匝数；B为磁感应强度；L为每匝线圈的平均长度：为线圈相
对磁场运动的速度；θ为线圈运动方向与磁场方向的夹角。 若线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线时，则线圈两端的感应电势ε为： 式中，ω为旋转运动的相对角速度；A为每匝线圈的截面积；φ为线圈平面的法线 方向与磁场方向间的夹角。 根据上述基本原理，磁电传感器可以分为两种类型：变磁通式（变磁阻式）和恒定磁通式。由于变磁通式磁电传感器结构简单、牢固、工作可靠、价格便宜，被广泛用于车辆上作为检测车轮转速的轮速传感器。图1为变磁通式磁电传感器的结构原理。其中传感器线圈、磁铁和外壳均固定不动，齿轮安装在被测的旋转体上。 当齿轮与被测的车轮轴一起转动时，齿轮与铁芯之间的气隙随之变化，从而导致气隙磁阻和穿过气隙的主磁通发生变化。结果在感应线圈中感应出交变的电动势，其频率等 于齿轮的齿数Z和车轮轴转速n的乘积，即： f=Zh （4） 感应电动势的幅值与车轮轴的转速和气隙有关，当气隙一定时，转速越大，其幅值越大；当转速一定时，气隙越小，其幅值越大。 1.2 轮速传感器特性试验研究 目前，测量车轮转动速度的一般方法是将变磁阻式磁电传感器安装在车轮总成的非旋转部分上，与随车轮一起转动的由导磁材料制成的齿圈相对。当齿圈随车轮一起转动时，由于齿圈与传感器之间气隙的的交替变化，导致两者间磁阻的变化，从而在传感器内的线 圈上感生出交变的电压信号。
模拟量产品量化精度与分辨率说明 1.1问题来源 相较于数字量（485）产品，读数直接由数字信号标示，因此在数据的传输上没有误差和分辨率的区别。但是对于模拟量（电压输出、电流输出）的产品，产品内部的主控和传感器组件均为数字信号，在输出时编码为模拟信号，在编码的过程中使用的是DAC编码的方式，DAC编码量化有分辨率，因此产品的量化精度和分辨率显得尤为重要。 1.2产品的编码精度与信号分辨率 产品的初始量化精度为12Bit，也就是4096阶，经过放大和数据转换后不同的信号种类的量化精度不尽相同，因此分别描述： 4-20mA电流输出：产品占用60%以上的的分辨率，也就是2457阶，因此产品最小分辨率为0.008mA。 0-5V输出产品：产品占用40%以上的分辨率，也就是1638阶，因此产生的最小分辨率为0.003V。 0-10V输出产品：产品占用80%以上的分辨率，也就是3276阶，因此产生的最小分辨率为0.003V 1.3测量设备的量化精度 模拟量类型产品一般在后端与单片机或者PLC的DI模块等相连接，因此除了要计算产品的编码精度和分辨率之外，还需要计算单片机或者PLC的量化精度，在编码精度和量化精度之间取较大的精度为准。 对于PLC我们以三菱的FX2N-4AD型号为例，此型号的转换模块根据技术手册可以得知，可以支持-10V到﹢10V电压信号采集，分辨率为5mV，支持 4-20mA或者-20mA到20mA采集，分辨率为20uA。根据上文1.2章节介绍的，我司的电流输出最小分辨率为0.008mA，FX2N-4AD的分辨率为0.020mA，因此整体的最小分辨率为0.020mA；我司最小的电压分辨率为0.003V，FX2N-4AD 的最小分辨率为0.005V，因此整体的最小分辨率为0.005V。可以看出，我司传感器的输出分辨率是非常高的分辨率，但是PLC的转换模块的分辨率要低，因此受限于PLC的低分辨率，这里丢失了一部分的精度。 对于单片机来讲，合适的转换电路尤为重要，选择合适的转换电路可以最大限度的优化分辨率。以参考电压为3.3V的ADC为例，主流的ADC一般是12BIT，。也就是4096阶。尽可能将转换结果压缩在0-3.3V的内可以最大限度的保留精度，这样的话不会在量化阶段丢失精度。因此在转换电路得当的情况下，电流输出的分辨率为0.008mA，电压的分辨率为0.003V。 1.4产品的信号分辨率与产品的测量分辨率的关系与计算 上文1.2章节介绍了产品的信号分辨率，因此结合传感器的最大量程，可以计算出产品的测量分辨率，计算方式如下：
传感器 一、名词解释 1．传感器;能感受规定的被测量并按照一定规律转化成可用输出信号的器件和装置。 2．应电效应 某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。 3．压阻效应 4．霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U H，这种物理现象称为霍尔效应。 5．热电效应 将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。 6．光电效应 光电效应是物体吸收到光子能量后产生相应电效应的一种物理现象。 二、填空题 1．传感器通常由、、三部分组成。 2．按工作原理可以分为、、、。 3．误差按出现的规律分、、。 4．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 1．敏感元件、转换元件、测量电路 2．电容传感器、电感传感器、电阻传感器、压电式传感器 3．系统误差、随机误差、粗大误差 4．标定(或校准或测试) 5．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。 6．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向----------方向发展。 7．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为Rs= 。 5．测量范围 6．智能化 7．(△K0 / K0)×100% 8．电容式压力传感器是变型的。 9．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 8．极距(或间隙) 9．微分法 10．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。 11．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、三种基本类型12．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。 13．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。 14．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是。 10．压电晶体、压电陶瓷、有机压电材料 11．变间隙型、变面积型、变介电常数型 12．负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻（PTC）、临界温度系数热敏电阻（CTR）