传感器原理及其应用期末预习复习资料

传感器原理及应用复习资料1.传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成； 被测量 敏感元件 转换元件 基本电路 电量输出①敏感元件感受被测量;②转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）;③基本电路把电参量接入电路转换成电量;④核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。

2. 传感器的基本特性：①静态特性：当输入量（X ）为静态或变化缓慢的信号时，输入输出关系称静态特性。

静态特性主要包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、漂移和稳定性②动态特性：当输入量随时间（频率）变化时，输入输出关系称动态特性。

影响传感器动态特性除固有因素外，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的正弦信号和阶跃信号。

A.输入信号按正弦变化时，分析动态特性的相位、振幅、频率，称频率响应；B.输入信号为阶跃变化时，对传感器随时间变化过程进行分析，称阶跃响应（瞬态响应）.频率响应 阶跃响应3.电阻应变式传感器是将被测的非电量转换成电阻值的变化，再经转换电路变换成电量(电流、电压)输出。

金属电阻应变片的基本原理基于电阻应变效应：即导体在外力作用下产生机械形变时阻值发生变化。

通过弹性元件可将位移、压力、振动等物理量通过应力变化，并转换为电阻的变化进行测量，这是应变式传感器测量应变的基本原理。

4.直流电桥总结：单臂电桥输出电压11R R 4E U ∆•= 电压灵敏度4E K u =半桥差动电路全桥差动电路5. 电桥线路补偿：被测试件位置上安装一个补偿片处于相同的温度场；等臂电桥输出U0 与桥臂参数的关系为()2B 310R R -R R A U=。

如果 R1R3 = RBR4，电桥平衡时输出为零；若R1、RB 温度系数相同，当无应变而温度变化时ΔR1 = ΔRB ，电桥为平衡状态；当有应变时，R1有增量ΔR1，ΔR1=R1k0ε，补偿片无变化，ΔRB = 0；电桥输出为 U0 ∝R1R3 k0ε；可见此时电桥的输出电压与温度无关。

复习提纲第1章传感器概述1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器的总体发展趋势是什么？现代传感器有哪些特征，现在的传感器多以什么物理量输出？3．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？4．了解传感器的分类方法。

有哪三大类？5．了解传感器的图形符号，其中符号代表什么含义。

6．一个自动检测系统的组成包括哪几部分，画出结构框图。

第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？2．静态特性：特性参数有哪些？（线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性），各种参数代表什么意义，描述了传感器的哪些特征？3．传递函数的定义是什么？4．动态特性：特性参数有那些（时间常数τ、阻尼比ξ、传感器固有频率ωn）？这些参数反映了传感器的哪些特征，应如何选择？分别讨论一阶系统、二阶系统——阶跃响应、频率响应。

5．某传感器精度为2%FS ，满度值50mV ，求出现的最大误差。

当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。

第3章应变式传感器1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处，半导体应变片比金属应变片在性能上有哪些优缺点。

2．比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路（电压灵敏度、温度补偿）。

写出各电路输出电压灵敏度。

3．有一吊车的拉力传感器如图所示，电阻应变片R1、R2、R3、R4粘贴在等截面轴上，已知R1～R4标称阻值为120Ω，桥路电压2V，物重M引起R1、R2变化增量为 1.2Ω。

请连接出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥的输出灵敏度，说明R3、R4可以起到什么作用？4. 在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？5.相敏检波电路与普通检波电路有什么不同？叙述相敏检波电路工作原理。

（参考实验讲义电路原理图）第4章电容式传感器1．电容传感器有哪些类型？叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。

传感器原理与应用复习一、传感器原理传感器是一种将非电信号转化为电信号的装置，它可以感知和测量环境中的各种物理量，并将其转化为可处理的电信号。

传感器的基本原理包括以下几种：1.电阻式传感器：电阻式传感器利用物体的电阻变化来测量物理量。

通过改变物体的长度、形状、材料等可以改变其电阻值。

常见的电阻式传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。

2.容性式传感器：容性式传感器利用电容的变化来测量物理量。

当物体靠近或远离电极时，电容的值会发生变化。

常见的容性式传感器有接近开关、触摸传感器等。

3.压阻式传感器：压阻式传感器通过应力或压力的作用，改变其阻值，从而测量物理量。

常见的压阻式传感器有应变计、力传感器等。

4.磁敏式传感器：磁敏式传感器利用磁场的变化来测量物理量。

当检测物体磁场的强度或方向发生变化时，传感器的输出信号也会随之变化。

常见的磁敏式传感器有磁力计、磁场传感器等。

5.光敏式传感器：光敏式传感器利用物体对光线的敏感度不同来测量物理量。

通过探测光线经过物体后的变化，可以得到物体的位置、形状、颜色等信息。

常见的光敏式传感器有光电传感器、摄像头等。

二、传感器应用传感器在各个领域都有广泛的应用，以下介绍几个常见的应用场景：1.工业自动化：传感器广泛应用于工业自动化中，如温度传感器、压力传感器、流量传感器等用于监测和控制生产过程中的温度、压力、流量等参数。

通过传感器采集到的数据，可以实现对生产设备的自动控制和优化运行。

2.智能家居：传感器在智能家居领域也有重要应用，如温湿度传感器、光敏传感器、人体红外传感器等用于感知室内环境的变化。

通过传感器与智能设备的连接，可以实现对家居设备的远程控制和智能化管理。

3.医疗健康：传感器在医疗健康领域有很多应用，如心率传感器、血压传感器、血氧传感器等用于监测和记录身体健康指标。

同时，通过传感器采集的数据，可以进行健康数据分析和疾病预警，提供医疗保健服务。

4.智能交通：传感器在智能交通领域的应用也日益增多，如车速传感器、距离传感器、摄像头等用于感知交通环境的变化。

第一章传感器概述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。

1.1.1传感器的定义广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号的输出器件和装置。

狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。

国家标准对传感器定义是：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和装置以上定义表明传感器有以下含义：1、它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；2、能按一定规律将被测量转换成电信号输出；3、传感器的输出与输入之间存在确定的关系；按使用的场合不同又称为: 变换器、换能器、探测器1.1.2传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：图示：被测量---敏感原件-----转换原件----基本电路-------电量输出电容式压力传感器-------------------压电式加速度传感器----------------------电位器式压力传感器1.1.3传感器的分类1）按传感器检测的范畴分类：生物量传感器、化学量传感器、物理量传感器、2）按输入量分类：速度、位移、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度3）按传感器的输出信号分类：模拟传感器数字传感器4）按传感器的结构分类：结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器5）按传感器的功能分类：智能传感器、多功能传感器、单功能传感器6）按传感器的转换原理分类：机—电传感器、光—电传感器、热—电电传感器、磁—电传感器电化学传感器。

7）按传感器的能源分类：有源传感器、无源传感器国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学量、生物类传感器三大门类；1.2 传感器的地位与作用在基础学科研究中，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。

传感器原理及应用期末复习传感器是一种用于将其中一种物理量转换为可电信号或其他信息形式的装置。

传感器通常由感受元件和转换元件两部分组成。

感受元件负责感知其中一种物理量的变化，并将其转换为电信号或其他信息形式。

转换元件负责将感受元件产生的信号进行放大、滤波、线性化等处理，最终将其转换为符合要求的输出信号。

传感器的原理可以分为电磁原理、光电原理、机械原理、热电原理、化学原理等多种类型。

以下是一些常见的传感器原理及其应用。

1.电磁原理传感器：根据电磁场的变化来感知物理量的变化。

常见的有电位计、变压器、电感、霍尔传感器等，广泛应用于测量位置、速度、加速度、电流、磁场等物理量。

2.光电原理传感器：通过光电效应或光学原理来感知物理量的变化。

例如光敏电阻、光电二极管、光电三极管等传感器，用于测量光强、颜色、距离、位置等。

3.机械原理传感器：利用机械力学原理来感知物理量的变化。

例如应变计、压力传感器、力传感器、加速度传感器等，用于测量压力、重量、力、加速度等。

4.热电原理传感器：利用热电效应来感知物理量的变化。

常见的有热电偶、热电阻、热敏电阻等，广泛应用于测量温度、湿度等。

5.化学原理传感器：利用化学反应来感知物理量的变化。

例如气体传感器、PH传感器、红外传感器等，用于检测气体浓度、溶液酸碱度等。

传感器在各个领域都有广泛的应用。

以下是一些常见的传感器应用：1.工业自动化：传感器在工业自动化中起到了至关重要的作用，可以实现对温度、湿度、压力、流量、液位等工艺参数的监测和控制。

2.交通领域：传感器在交通领域中用于交通流量监测、车辆定位与导航、智能交通信号控制等。

3.医疗健康：传感器在医疗健康领域中用于生命体征的监测，如心率、血压、血氧浓度等。

4.环境监测：传感器在环境监测中用于测量大气污染物、水质污染物、土壤湿度等。

5.智能家居：传感器在智能家居中用于实现智能门锁、智能灯光、智能温控等功能。

6.农业领域：传感器应用于农业领域，可以监测土壤湿度、温度、光照强度等，实现精准灌溉、智能温室等控制。

1.▲传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。

由敏感元件、转换元件和测量电路组成。

2.▲光电效应分类：外光电效应、光电导效应、光伏特效应。

3.▲电容式传感器分类：改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式；改变介电常数的变介常数式。

4.▲晶体X轴Y轴Z轴分别叫什么X:电轴，Y：机械轴，Z：光轴5.电感式传感器分类：自感式传感器、差动变压式传感器、电涡流传感器。

6.热电效应产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成7.应变片从制作材料上看可以分为金属电阻应变片和半导体应变片；金属电阻应变片从制作方法和结构形式可以分为丝式、箔式、薄膜式8.智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维、判断功能的传感器，它不仅具有传统传感器的所有功能，而且具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通信等很多功能。

它向多功能化、网络化、微型化、数字化发展。

9.传感器的静态量是指不随时间变化的信号或变化极其缓慢的信号（准静态），动态量是指周期信号、瞬时信号或随机信号。

1.▲电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下会产生机械形变，其电阻值也发生相应改变2.▲涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，块状金属置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的感应电流。

3.▲压阻效应：由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象。

4.▲不等位点势：由于两个霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上，半导体材料的电阻率率不均匀或几何尺寸不均匀，以及控制地电路接触不良等原因使得霍尔电势不为零，则此时的霍尔电势为不等位点势。

5.▲热电效应：把不同的金属组成一个闭合回路，加热其中一个节点，则在回路中就有电流产生6.温度补偿：由于温度变化会引起应变片电阻阻值变化，对测量造成误差，因此要进行消除误差或对桥路输出进行补偿。

线路补偿方法：利用电桥相邻两臂同时产生大小相等、符号相同的电阻增量不会破坏电桥平衡的特性来达到补偿的目的7.▲正电压效应：将机械能转化为电能的现象8.霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间会产生电动势9.传感器的静态特性：线性度是指其输入量与输出量之间的实际关系曲线（即静态特性曲线）偏离直线的程度。

第一章传感器的一般特性1.传感器的定义？传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

2.传感器的发展趋势有哪些？传感器的固态化、传感器的集成化和多功能化、传感器的图像化、传感器的智能化3.传感器的作用是什么？4.传感器技术的三要素。

传感器由哪3部分组成？三要素是：检测原理、材料科学、工艺加工。

传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源5.传感器的静态特性有哪些？并理解其意义。

6.什么是传感器的动态特性？动态特性指标主要有哪几个？①动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

②7.画出传感器的组成方框图，各部分的作用。

8.什么是传感器的精度等级？一个0.5级电压表的测量范围是0~100V，那么该仪表的最大绝对误差为多少伏？第二章应变式传感器9.应变片有那些种类？金属丝式、金属箔式、半导体式。

10.应变式传感器由哪两个主要部分组成。

应变式传感器包括两个部分：一是弹性敏感元件，利用它将被测物理量（如力、扭矩、加速度、压力等）转换为弹性体的应变值；另一个是应变片作为转换元件将应变转换为电阻的变化。

11.什么是压阻效应？影响压阻系数的因素？单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。

⑵影响压阻系数的因素主要是扩散电阻的表面杂质浓度和温度。

12.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。

为了减少温度影响，压阻器件一般采用恒流源供电，如图（2-27）所示。

假设电桥中两个支路的电阻相等，即R ABC=R ADC=2（R+ △R T），故有R ABC=R ADC=2I因此电桥的输出为U sc=U BD=1/2 .I.（R+ △R+ △R T ）-1/2 .I.（R- △R+△R T）整理后得U sc=I △ R可见，电桥输出与电阻变化成正比，即与被测量成正比，与恒流源电流成正比，即与恒流源电流大小和精度有关。

第1章1-1 综合传感器的概念。

答:从广义角度定义：凡是利用一定的物质(物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置;从狭义角度定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置;国家标准定义是：“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和装置"。

通常有敏感元件和转换元件组成；1—2 一个可供实用的传感器有那几部分构成?各部分的功能是什么？用框图显示传感器系统。

答:组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成.1.敏感元件：是直接受被测物理量；以确定关系输出另一物理量的元件.2。

转换元件；是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电信号.3。

基本转换电路则将该电路转换成便于传输处理电量。

1—3 如果家用小车采用超声波雷达，需要那几部分组成？请画出图。

第2章2-1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。

答:1、线性度：表征传感器输出—输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离）程度的指标.2、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

3、分辨力:传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

4、回差:反映传感器在正(输入量增大）反（输入量减小）行程过程中，输出—输入曲线的不重合程度指标.5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。

6、阈值:是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。

7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。

8、漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化。

9、静态误差(精度)：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离(逼近）程度.它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。

2—2 计算传感器线性度的方法有哪几种？有什么差别?1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。

传感器原理与应用期末复习指导本课程每节介绍一种类型传感器的结构、工作原理、特性和应用。

由于各种传感器的结构、工作原理差别较大, 所以每节的内容基本上形成—个独立的体系。

内容安排上对非重点传感器仅仅是简单地介绍一下,复习时也就不作为重点。

第—章传感器和测量的基本知识§1— 1 测量的基本概念1.了解测量的定义、标准量及其单位的意义,标准量的大小对测量结果的影响。

2.一般了解零位法、偏差法和微差法等测量方法。

3.了解精密度、准确度、精确度的定义及其关系。

4.掌握仪表精度等级的概念。

5.掌握分辨率的定义和—般仪表中分辨率的规定。

§1— 2 传感器的一般特性1.掌握传感器的定义、基本组成、基本特性的表示方法。

2.掌握传感器的静态特性和动态特性、线性度及灵敏度的定义。

3.掌握传感器静态特性技术指标的名称。

4.一般了解传感器迟滞、重复性等技术指标。

§1-3 传感器中的弹性敏感元件1.掌握传感器中敏感元件、传感元件、弹性元件、灵敏度的定义。

2.掌握机械弹性敏感元件的输入量和输出量的类型。

3.一般了解弹性元件的形式及应用范围。

第二章电阻式传感器及应用§2— 1 热电阻1.—般了解热电阻效应及其原理。

2.掌握工业和计量部门常用热电阻的类型和测温范围及其初始电阻值、百度电阻比的定义。

3.了解常用热电阻传感器的优缺点。

4.—般了解普通工业用热电阻传感器的结构。

5.掌握热电阻的测温原理、测温线路及其在桥路中的接线方法 (电路图和接法不同的原因。

§2—— 2 电位器1.掌握电位器的定义及其按工作特性的分类。

2.掌握线性和非线性电位器的定义,常用非线性电位器的结构形式。

3.了解电位器的工作原理和用途。

4.一般了解线性电位器的空载和负载特性。

§2— 3 电阻应变片1.掌握应变式传感器的组成及各部分的功能。

2.了解应变片的组成和分类。

掌握金属电阻应变片广泛使用的敏感栅形式和材料。

传感器原理与应用复习资料（推荐五篇）第一篇：传感器原理与应用复习资料光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。

如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=11.46㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2。

光栅传感器结构为：光源→标尺光栅→指示光栅→光电元件在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，①（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

传感器是能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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属材料和②半导体体材料。

它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻应变效应形成的光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。

光敏电阻传感器属于这一类。

第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管_ 传感器属于这一类。

传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路三部分组成。

依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件,转换元件,测量电路三个部分组成。

光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应光电倍增管是利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。

它由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。

编码器用来测量角位移。

在数控机床直线进给运动控制中，通过测量角位移间接测量出直线位移，表达式为 x＝t/360︒× θ。

绝对式编码器输出二进制编码，增量式编码器输出脉冲。

增量式编码器输出信号要进行辨向、零标志和倍频等处理。