模拟式传感器信号的检测

传感器原理及检测技术传感器是一种能够将物理量或化学量转换成可测量信号的设备。

它在现代科技中发挥着重要作用，广泛应用于工业、农业、医疗等领域。

本文将介绍传感器的原理、种类以及常见的检测技术。

一、传感器的原理传感器的原理基于物理量与电信号之间的相互转换。

一般来说，传感器由灵敏元件、信号处理电路和输出装置组成。

灵敏元件是传感器的核心。

它能够将物理变量转换成电信号。

常见的灵敏元件有电阻、电容、电势、磁阻、磁感应等，它们的变化都可以通过电路检测到。

信号处理电路用于对传感器输出的信号进行放大、滤波等处理，以确保信号的准确性和稳定性。

它可以是模拟电路或数字电路，根据具体应用需求选择。

输出装置将经过信号处理的电信号转换成可供外部系统读取或显示的形式，如数字显示器、计算机接口等。

二、传感器的种类传感器按照测量物理量的不同可以分为多种类型，包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等。

以下是其中几种常见传感器的简要介绍：1. 温度传感器：用于测量物体的温度，常见的有热电偶、热电阻等。

2. 压力传感器：用于测量气体或液体的压力，广泛应用于工业自动化、航空航天等领域。

3. 湿度传感器：用于测量空气中的湿度，常见的有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。

4. 光传感器：用于测量环境光强度或接收光信号，包括光电二极管、光敏电阻和光电导。

三、传感器的检测技术传感器的检测技术包括校准、线性化和误差补偿等。

这些技术能够提高传感器的精确度和可靠性。

1. 校准：通过与标准样品进行比较，调整传感器的输出，使之达到准确的测量结果。

2. 线性化：对于非线性传感器，通过数学模型进行线性化处理，使输出信号与被测量的物理量成线性关系。

3. 误差补偿：传感器在工作过程中可能会出现一些误差，例如零点漂移、温度影响等。

合理的误差补偿技术能够提高传感器的精度和稳定性。

四、传感器的应用传感器在各个领域都有广泛的应用。

以下是几个示例：1. 工业领域：传感器在工业自动化、机器人控制、生产线监测等方面发挥重要作用，能够实现实时监测和控制。

传感器与检测技术实验报告前言：位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

一、电容式传感器1、传感器照片（luoshida-m30）2、应用场景管件材质：ABS塑料安装方式：齐平/非齐平检测距离：2-20mm/2-30mm可调节工作电压：10-40VDC输出方式：NPN/PNP NO/NC/NO+NC连接方式：2M PVC线缆3、测量原理这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。

这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。

当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由於它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。

这种接近开关检测的物件，不限於导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

4、比较优点：温度稳定性好，结构简单，适应性强，动态响应好，可以实现非接触测量，具有平均效应：缺点：输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大，输出特性非线性二、霍尔式位移传感器1、传感器照片（MIRAN-WOA-C-R角度位移）2、应用场景供电电压24V DC，输出信号有4-20MA、0-5V、0-10V等3、测量原理如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。

此技术使用起来非常简单，而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。

传感器分类方法传感器作为现代科技领域的重要分支，被广泛应用于各种环境和应用中。

对传感器进行适当的分类，不仅有助于更好地理解其工作原理和应用场景，也有助于设计、选择和优化传感器。

本文将深入探讨传感器的分类方法，以期为读者提供全面、深入的理解。

一、按工作原理分类1. 电学传感器：通过电学原理进行测量的传感器，如电阻式、电容式、电感式等。

这些传感器将物理量转化为电信号，便于后续的信号处理和测量。

2. 光学传感器：基于光学原理进行测量的传感器，如光电式、光纤式等。

这类传感器通过光的干涉、折射、吸收等性质，将物理量转化为光信号，再进一步转化为电信号。

3. 磁学传感器：利用磁场原理进行测量的传感器，如霍尔式、磁阻式等。

这类传感器通过测量磁场的变化，可以实现对电流、位移、速度等物理量的测量。

4. 化学传感器：能够检测和识别化学物质的传感器，如气敏式、湿敏式等。

这类传感器在环境保护、医疗诊断等领域具有广泛应用。

二、按输出信号类型分类1. 模拟传感器：输出信号为连续模拟信号的传感器，如电压、电流等。

这类传感器在连续监测和记录数据方面具有优势。

2. 数字传感器：输出信号为数字信号的传感器，如编码器、光栅尺等。

这类传感器精度高，抗干扰能力强，适合于需要高精度测量的场合。

三、按应用领域分类1. 工业自动化领域：主要用于检测生产过程中的各种物理量，如温度、压力、流量等。

这些传感器通常需要承受恶劣的工作环境，具有较高的稳定性和可靠性。

2. 生物医学领域：主要用于生物体参数的检测和监测，如生理参数、生物分子等。

这类传感器需要具有良好的生物相容性和稳定性。

3. 环境监测领域：主要用于监测环境中的各种参数，如温度、湿度、气压、气体浓度等。

这类传感器需要具有良好的环境适应性，能够长期稳定工作。

4. 智能家居领域：主要用于家居环境的智能化控制和管理，如温度、湿度、光照等。

这类传感器需要具有小巧的体积和低功耗性能，以适应家居环境的需求。

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。

数字式传感器与模拟式传感器的区别数字式传感器的性能区别于模拟式汽车衡，主要有以下几点：(1)解决模拟式传感器信号弱的问题模拟式传感器的输出信号最大一般在几十毫伏，最低时只有百万分之几毫伏。

在电缆传输这些弱信号过程中，很容易受到干扰，从而造成系统工作不稳定或计量性能降低。

而数字式传感器的输出信号均在3～4V左右，其抗干扰能力远大于模拟信号的百万倍。

(2)解决射频干扰问题模拟式称重传感器的低电压信号极易受到电子干扰及其它天线电信号的干扰，而数字式称重传感器在设计时已考虑到这些抗干扰能力，它们可以在高干扰区域，并保证计量性能。

(3)解决防潮、防腐问题数字式传感器采用100%不锈钢焊接壳体。

密封、防水、防潮湿、防腐蚀，适用于各种恶劣工作环境，计量性能不受任何影响，防护等级达到IP68。

(4)解决防雷击问题数字式传感器具有防雷击和大电流放电能力，在室外安装使用时，这一点尤其重要。

METTLER-TOLEDO数字式汽车衡系统通过美国权威机构Lightning Technologies，INC的雷击测试。

(5)解决偏载/温度影响问题数字式称重传感器能自动补偿和调整因偏载和温度变化而产生影响。

(6)解决时间效应—蠕变问题当负荷时间加在-称重传感器上时，其输出常有较大变化，数字式称重传感器通过内部微处理器里的软件，自动补偿了蠕变。

(7)数字式汽车衡称重精度、稳定性和可靠性更高，减少模拟式汽车衡经常引起的误差由于经校正后的称重数据是以数字形式存储在每个传感器内部的，因此就减少了模拟信号引起的积累误差。

这些误差通常都是由于模拟信号在传输过程中由接头、接线排(端子)、电位器、开关及长电缆等因素造成的。

数字式称重传感器的补偿/修正参数存储在传感器内部的永久性存储器中，因此，省掉了开关/电位器等元器件。

(8)具有自诊断功能数字式传感器具有自诊断功能。

它不断对内部工作状况进行检测，当检测到出现故障时，会发出错误代码，这就大大降低了漏检故障的可能性，这也是模拟式称重传感器无法做到的。

模拟量传感器的主要技术指标有1.测量范围：传感器能够测量的环境变量的最大和最小范围。

例如，温度传感器的测量范围可以是-40摄氏度到+100摄氏度。

2.精度：传感器输出与实际测量值之间的误差。

通常以百分比或最大误差来表示。

例如，一个精度为±0.5%的传感器表示其输出值最多与实际测量值相差0.5%。

3.灵敏度：传感器输出信号的变化与环境变量变化之间的关系。

它通常用于描述传感器的响应速度和测量灵敏度。

例如，光敏传感器的灵敏度可以通过描述光强度与输出电压之间的比例关系来衡量。

4.分辨率：传感器能够检测到的最小变化量。

它表示传感器的最小可观测单位。

例如，压力传感器的分辨率可以是0.1千帕。

5.响应时间：传感器从感测到环境变化到输出信号变化的时间。

它描述了传感器的反应速度。

响应时间越短，传感器对环境变化的检测越快速。

6.稳定性：传感器输出信号的长期稳定性。

如果传感器足够稳定，其输出值在相同环境下应该保持一致。

7.线性度：传感器输出信号与环境变量之间是否存在线性关系。

线性度越高，传感器输出值与环境变量之间的关系越为准确。

8.温度特性：传感器在不同温度下的输出变化。

它描述了传感器的温度依赖性。

温度特性越小，传感器输出值与环境变量之间的关系在不同温度下更加稳定。

9.防护等级：传感器的外壳和封装的防护能力，通常用IP等级来表示。

IP等级数字越高，传感器对灰尘、水和其他污染物的保护能力越强。

10.供电电压：传感器所需的电源电压范围。

不同的传感器可能需要不同的电源供应。

常用传感器信号测量汇总传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

人的五官就是天然的传感器，具有视、听、嗅、味、触觉，大脑就是通过五官来感知外界的信息（图1）。

图1 人与机器的对应关系工程科学与技术领域的传感器既是对人体五官的工程模拟物，是能将特定的被测量信息（包括物理量、生物量、生物量）按一定的规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。

可用信号既是便于处理和传输的信号，目前由于电信号最符合这一要求，传感器也可狭义定义为把外界非电信息转换成电信号输出的器件（图2）。

图2 各类传感器传感器的构成传感器的具体构成根据被测对象、转换原理，使用环境和性能要求的情况有很大差异。

自源型是仅含有转换元件的传感器构成形式，它不需要外能源，可直接从外部被测对象吸收能量转换为电效应，但输出的能量较弱。

常见的有热电偶、压电器件等。

带激励源型是在转换器件外加了辅助能源的构成形式，辅助能源起到激励的作用，可以是电源或磁源，这样不需要变换电路也有较大电量输出。

常见的有霍尔传感器等。

外源型是由利用被测量实现阻抗变换的转换元件构成，必须通过带外电源的变换电路才能获得电量输出。

常见的有电桥等。

相同传感器补偿型（图3-a）是使用两个完全相同的转换元件置于同样环境下的构成形式。

实际使用其中一个元件进行工作，另一个用于抵消其受到的环境干扰影响。

常见的有应变式，固态压阻式传感器等。

差动结构补偿型（图3-b）和相同传感器补偿型类似，但其两个转换元件都进行工作，除了可以抵消环境干扰，还使有用的输出值增加。

不同传感器补偿型（图3-c）是两个原理和性质不同的转换元件置于同样环境下的构成形式，也是通过一个转换元件给工作的转换元件提供补偿。

常见的有热敏电阻的温度补偿，加速度的干扰补偿等。

图3 补偿结构型目前随着计算机技术的发展，传感器和微处理器结合在一起，形成了智能化传感器的概念，这种构成具有了信息处理的功能，前景十分广阔。

传感器中的信号检测和处理方法信号检测和处理是传感器技术中至关重要的一环。

传感器通过感知和测量物理量或环境信息，将其转化为电信号进行传输和处理。

本文将介绍一些常见的传感器中的信号检测和处理方法。

一、信号检测方法1. 阈值检测法阈值检测法是一种最简单的信号检测方法。

传感器输出的信号与预设的阈值进行比较，如果超过阈值，则认为信号存在，否则认为信号不存在。

该方法适用于检测信号的存在与否，但无法提供信号的具体数值信息。

2. 滤波检测法滤波检测法通过滤波器对信号进行处理，滤除噪声和干扰，提取出感兴趣的信号成分。

常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。

滤波检测法可以提高信号的质量和可靠性。

3. 相关检测法相关检测法通过与模板信号进行相关运算，判断信号与模板之间的相似度。

利用相关性的测量指标，可以实现对信号的匹配和识别。

这种方法在模式识别和信号匹配方面被广泛应用。

二、信号处理方法1. 数字信号处理数字信号处理采用数字技术对信号进行处理和运算。

它可以对信号进行采样、量化和编码，然后通过数字滤波、谱分析等算法实现信号的处理和分析。

数字信号处理具有高精度、高灵活性和抗干扰能力强的优点。

2. 模数转换模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。

传感器通常输出的是模拟信号，通过模数转换，可以将其转换为数字信号进行处理。

模数转换可以采用脉冲编码调制、脉冲宽度调制等方法。

3. 压缩与编码在一些特殊应用中，为了减小数据的存储和传输量，可以对信号进行压缩与编码处理。

压缩与编码技术可以将冗余信息删除或者利用编码算法将信号进行压缩表示，从而减小信号的存储空间和传输带宽。

三、信号检测和处理系统的设计为了实现对传感器输出信号的检测和处理，需要设计相应的信号检测和处理系统。

一个完整的信号检测和处理系统通常包括信号传感、信号调理、信号处理和显示输出等模块。

1. 信号传感信号传感模块负责将被测量的物理量或环境信息转换为模拟信号。

传感器的选择和布置对信号检测的准确性和可靠性有很大影响，需要根据具体应用的需求进行选择。

常见模拟量信的检测方法常见的模拟量信号检测方法有以下几种：1.电位差检测法：利用电位差测量原理，通过测量电路两个节点之间的电压差来间接测量模拟量信号的数值。

这种方法简单、可靠，广泛应用于工业自动化领域。

2.桥式检测法：利用变阻器、电容器等元件组成桥路，通过调节桥路的平衡来测量模拟量信号的数值。

桥式检测法具有高精度、高稳定性的特点，在精密测量领域得到广泛应用。

3.电流/电压变送器检测法：将模拟量信号转换为电流或电压信号，并通过相应的电流/电压变送器进行测量和传输。

这种方法适用于长距离传输、抗干扰性强的场合。

4.放大器检测法：通过采用不同类型的放大器，将模拟量信号放大后，进行测量和判断。

常见的放大器有运算放大器、差动放大器等。

这种方法具有灵活性高、适应性强的特点。

5.数字转模拟转换方法：采用数字到模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号，并通过测量模拟信号的数值来判断模拟量信号的数值。

这种方法适用于数字信号处理系统中。

6.双积分检测法：通过对模拟量信号进行双积分运算，得到信号的振幅和相位信息，并通过测量来判断模拟量信号的数值。

这种方法适用于低频、小幅度信号的测量。

7.微波干涉检测法：利用微波信号经过干涉后产生的相位差来测量模拟量信号的值。

这种方法适用于高频、大幅度信号的测量。

8.光学检测法：利用光学传感器、光电二极管等光学元件进行测量和判断。

光学检测法具有非接触式、高精度等特点，在一些应用领域得到广泛应用。

这些模拟量信号检测方法在工业自动化、通信、医疗设备等领域都得到了广泛的应用。

不同方法适用于不同的信号特性和测量要求，选择合适的检测方法可以提高测量的准确性和稳定性。

一、实训背景随着科技的不断发展，传感器在各个领域得到了广泛应用。

传感器信号检测技术是传感器技术的重要组成部分，它通过对传感器输出的信号进行检测、处理和分析，为用户提供可靠的测量数据。

为了提高自身对传感器信号检测技术的理解和应用能力，我们进行了本次实训。

二、实训目的1. 理解传感器信号检测的基本原理和流程；2. 掌握常用传感器信号检测方法；3. 熟悉传感器信号检测仪器的使用；4. 提高实际操作能力和故障排除能力。

三、实训内容1. 传感器信号检测原理传感器信号检测主要包括以下几个步骤：（1）信号采集：将传感器输出的微弱信号转换为电信号；（2）信号放大：提高信号幅度，使其达到后续处理所需的水平；（3）信号滤波：去除信号中的噪声，提高信号质量；（4）信号处理：对信号进行数学运算，提取有用信息；（5）信号显示：将处理后的信号以图表或数值形式显示出来。

2. 常用传感器信号检测方法（1）模拟信号检测：将传感器输出的模拟信号通过放大、滤波等处理，再进行显示或记录；（2）数字信号检测：将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，再进行检测和处理；（3）频谱分析：通过对信号进行频谱分析，提取信号中的频率成分；（4）时域分析：通过对信号进行时域分析，提取信号中的时间信息。

3. 传感器信号检测仪器（1）示波器：用于观察和分析信号的波形；（2）信号发生器：用于产生各种信号，为传感器信号检测提供参考；（3）频谱分析仪：用于分析信号的频谱成分；（4）数据采集器：用于采集传感器信号，并将信号转换为数字信号。

四、实训过程1. 实验准备（1）熟悉实训仪器和设备的使用方法；（2）了解实训内容，明确实验目的和步骤；（3）准备实验数据，包括传感器参数、信号波形等。

2. 实验步骤（1）搭建实验电路，连接传感器和检测仪器；（2）设置传感器参数，如灵敏度、量程等；（3）采集传感器信号，并进行放大、滤波等处理；（4）观察信号波形，分析信号特征；（5）记录实验数据，进行数据处理和分析。

传感器控制器传感器信号采集与处理方法解释传感器控制器：传感器信号采集与处理方法解释传感器在现代科技领域起到了举足轻重的作用，用于测量和检测各种物理量，并将其转化为电信号。

为了准确、稳定地使用传感器所采集到的信号，传感器控制器成为了必需的设备之一。

本文将对传感器信号采集与处理方法进行解释，并探讨传感器控制器的作用和意义。

一、传感器信号采集方法1. 模拟信号采集在模拟信号采集中，传感器将物理量的变化转化为模拟电信号，常见的有电压信号和电流信号。

传感器控制器通过模拟电路将信号进行放大、滤波等处理，使其适应后续的数字信号处理。

2. 数字信号采集数字信号采集是将传感器输出的模拟信号经过模数转换器（ADC）转化为数字信号。

数字信号采集通常具有高精度、低噪声和抗干扰能力强等特点。

传感器控制器可通过数字电路对信号进行采样、量化、编码等处理，以便进行后续的数字信号处理和分析。

二、传感器信号处理方法1. 噪声滤波由于环境干扰和传感器自身特性等原因，传感器信号中常常伴随着噪声。

传感器控制器可以采用滤波技术，如低通滤波、带通滤波或高通滤波等，对信号进行去噪处理，提高信号的准确性和可靠性。

2. 数据处理与分析传感器控制器可以通过数据处理算法，对采集到的信号进行数据清洗、特征提取、时域分析、频域分析等操作，以获得更有用的信息。

这些处理和分析方法能够帮助用户深入理解传感器信号的特性和变化规律。

3. 校准与补偿传感器信号的准确性对于许多应用至关重要。

传感器控制器可以通过对传感器进行校准和补偿，消除传感器的非线性误差、温度漂移、干扰等因素，提高信号采集的准确性和稳定性。

4. 实时控制传感器控制器在某些应用中需要实时对信号进行控制。

它可以通过判断传感器信号的阈值、施加控制信号或反馈控制信号等方法，实现对被测对象或环境的实时监测和调控。

三、传感器控制器的作用和意义传感器控制器作为传感器系统的重要组成部分，具有以下作用和意义：1. 提高信号的准确性和可靠性。

模拟式传感器测量位移的原理由于电容式、电感式传感器在原理上有相像之处，以电感式传感器为例来介绍模拟式传感器测量位移的原理。

电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量转换为电感量变化的一种结构型传感器。

按其转换方式的不同，可分为自感型和互感型两种，自感型电感传感器又分为可变磁阻式和涡流式。

互感型又称为差动变压器式。

1、可变磁阻式电感传感器典型的可变磁阻式电感传感器的结构如图1所示，主要由线圈、铁心和活动衔铁所组成。

在铁心和活动衔铁之间保持肯定的空气隙，被测位移构件与活动衔铁相连，当被测构件产生位移时，活动衔铁随着移动，空气隙发生变化，引起磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化图1可变磁阻式电感传感器当线圈通以激磁电流时，其自感L与磁路的总磁阻有关，即（1）式中W——线圈匝数；——总磁阻。

假如空气隙较小，而且不考虑磁路的损失，则总磁阻为（2）式中L--铁心导磁长度（m）；--铁心导磁率（H/m）；A--铁心导磁截面积（m2）；--空气磁导率（H／m），--空气隙导磁截面积（）。

由于铁心的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的，计算时铁心的磁阻可以忽视不计，故（3）将式（3）代入式（1），得（4）式（4）表明，自感L与空气隙的大小成反比，与空气隙导磁截面积成正比。

当固定不变，转变时，L与成非线性关系，此时传感器的灵敏度（5）由式（5）得知，传感器的灵敏度与空气隙的平方成反比，愈小，灵敏度愈高。

由于S不是常数，故会消失非线性误差，同变极距型电容式传感器类似。

为了减小非线性误差，通常规定传感器应在较小间隙的变化范围内工作。

在实际应用中，可取。

这种传感器适用于较小位移的测量，一般为0.001～1mm。

此外，这类传感器还常采纳差动式接法。

图2为差动型磁阻式传感器，它由两个相同的线圈、铁心及活动衔铁组成。

当活动衔铁接于中间位置（位移为零）时，两线圈的自感L相等，输出为零。

当衔铁有位移时，两个线圈的间隙为，这表明一个线圈自感增加，而另一个线圈自感减小，将两个线圈接入电桥的相邻臂时，其输出的灵敏度可提高一倍，并改善了线性特性，消退了外界干扰。

机电一体化系统检测信号的采集与处理检测系统的组成首先跟传感器输出的信号形式和仪器的功能有关，并由此打算检测系统的类型。

（一）开关信号检测系统传感器的输出信号为开关信号，如光电开关和电触点开关的通断信号等。

这类信号的测量电路实质为功率放大电路。

（二）模拟信号检测系统模拟式传感器是目前应用最多的传感器，如电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式及热电式等传感器均输出模拟信号，其输出是与被测物理量相对应的连续变化的电信号。

（三）数字信号检测系统1.肯定码检测电路2.增量码检测电路图4.45 增量码数字信号检测系统常用的细分与辨向电路：（1）多路信号采集细分与辨向（2）电阻链移相细分与辨向可见，输入的正、余弦信号经电阻链运算电路进行线性叠加后，得到一相位移为φ的输出信号（3）锁相倍频细分与辨向（4）脉冲填充细分与辨向二、模拟量的转换输入1.模拟量的转换输入方式图4.48 模拟量的转换方式 2.模拟多路开关模拟多路开关又称为多路转换开关，简称多路开关，其作用是分别或依次把各路检测信号与A/D转换器接通，以节约A/D转换器件。

下图表示一个8通道的模拟开关的结构图，由模拟开关S0~S7及开关掌握与驱动电路组成。

8个模拟开关的接通与断开，通过用二进制代码寻址来指定，从而选择特定的通道。

例如当开关地址为000时，S0开关接通，S1~S7均断开，当开关地址为111时，S7开关接通，其它7个开关断开。

图4.49 8通道的模拟开关结构图 3. 信号采样与保持所谓采样，就是把时间连续的信号变成一串不连续的脉冲时间序列的过程。

信号采样是通过采样开关来实现的。

采样开关又称采样器，实质上它是一个模拟开关，每隔时间间隔T闭合一次，每次闭合持续时间τ，其中，T称为采样周期，其倒数fs=1/T称为采样频率，τ称为采样时间或采样宽度，采样后的脉冲序列称为采样信号。

采样信号是一个离散的模拟信号，它在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍是连续的，因而还需要用A/D转换器将其转换成数字量。

模拟量传感器的主要技术指标有1.测量范围：模拟量传感器的测量范围指的是传感器能够准确测量的被测量物理量的范围。

测量范围通常由最小值和最大值来描述，例如温度传感器的测量范围可以是-50℃~+150℃。

2.精度：精度是指传感器输出值与被测量真实值之间的偏差。

传感器的精度可以描述为绝对误差或相对误差，并通过百分比或其他单位来表示。

精度的高低直接影响测量结果的准确性。

3.线性度：线性度是指传感器输出与被测量值之间的线性关系。

如果传感器的输出与被测量值之间存在非线性关系，将会导致测量结果的失真。

因此，线性度是衡量传感器水平的重要指标。

4.灵敏度：灵敏度是指传感器输出信号的变化量与被测量值的变化量之间的比值。

灵敏度的高低决定了传感器对被测量值的感知能力，通常以输入信号变化与输出信号变化之间的比例关系来表示。

5.分辨率：分辨率是指传感器能够分辨的最小变化量。

它反映了传感器对被测量值微小变化的检测能力。

分辨率越高，传感器的测量精度越高。

6.响应时间：响应时间是指传感器从接收到输入信号到输出信号达到稳定状态所需要的时间。

响应时间一般以时间单位来表示，快速响应时间对于某些应用非常关键。

7.输出方式：模拟量传感器的输出方式通常有电压输出、电流输出和阻值输出等。

不同的输出方式适用于不同的测量系统和设备。

8.工作温度范围：工作温度范围表示传感器可以正常工作的温度范围。

不同的传感器适用于不同的工作环境，因此工作温度范围是选择传感器的重要考虑因素之一。

9.防护等级：防护等级是指传感器对外界物质（如水、尘埃等）的阻隔能力。

根据国际标准，防护等级一般以IP标识进行表示，如IP65表示传感器对尘埃和喷水有较高的防护能力。

这些是模拟量传感器的一些主要技术指标，不同的应用场景会对这些指标有不同的需求。

在选择传感器时，需要根据具体的测量要求和环境条件进行综合考虑。

一、实训目的通过本次实训，使学员掌握模拟式光电传感器的工作原理、性能特点、应用领域以及实际操作技能。

了解模拟式光电传感器在工业自动化控制、智能机器人、安全防护等领域的应用，提高学员的实际操作能力和综合素质。

二、实训内容1. 模拟式光电传感器的基本原理及工作原理（1）基本原理：模拟式光电传感器是一种利用光电效应将光信号转换为电信号的传感器。

当光线照射到光电元件上时，光电元件会产生电流，电流的大小与光强成正比。

（2）工作原理：模拟式光电传感器主要由光电元件、信号处理电路、输出电路等组成。

当光线照射到光电元件上时，光电元件产生电流，电流经过信号处理电路处理后，输出与光强成比例的电压或电流信号。

2. 模拟式光电传感器的性能特点（1）响应速度快：模拟式光电传感器响应速度快，能够在短时间内完成光信号到电信号的转换。

（2）抗干扰能力强：模拟式光电传感器具有良好的抗干扰能力，能够适应复杂的工作环境。

（3）线性度好：模拟式光电传感器的输出信号与输入光强之间具有良好的线性关系。

（4）易于集成：模拟式光电传感器体积小、重量轻，便于与其他电子元件集成。

3. 模拟式光电传感器的应用领域（1）工业自动化控制：在工业生产过程中，模拟式光电传感器可用于检测物体的位置、尺寸、颜色等参数，实现自动控制。

（2）智能机器人：在智能机器人领域，模拟式光电传感器可用于环境感知、路径规划、物体识别等功能。

（3）安全防护：在安全防护领域，模拟式光电传感器可用于红外探测、烟雾检测、火焰检测等，提高安全性能。

4. 实训操作（1）实训器材：模拟式光电传感器、信号处理电路、输出电路、实验平台等。

（2）实训步骤：①连接模拟式光电传感器与信号处理电路，确保连接正确。

②调整模拟式光电传感器的光轴，使其对准光源。

③开启实验平台，观察模拟式光电传感器的输出信号。

④调整光源的强度，观察模拟式光电传感器的输出信号变化。

⑤分析模拟式光电传感器的输出信号与光强之间的关系。

习 题 四4-1、模拟式传感器信号处理过程包括哪些环节？对转换后的电信号进行测量，并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理4-2、试简述光电式转速传感器的测量原理光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，如图所示。

光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。

当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速。

4-3、试简述加速度传感器的测量原理。

工作原理都是利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种物理效应，进一步转化成电量，间接度量被测加速度。

最常用的有应变式、压电式、电磁感应式等。

4-4、描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系称为传感器的静态特性。

描述传感器静态特性的主要技术指标是：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂4-5、检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用？敏感元件 是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置传感元件 是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。

基本转换电路将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。

4-6、热电偶回路中的热电势的组成。

两种不同材料组成的热电偶，其接点温度为T1和T2，两者之间的热电势E（1，2）等于热电偶在连接点温度为T1和T3的电势与T3和T2的电势之和。

即E(1,2)=E(1,3)+E(3,2)4-7、热电偶冷端的温度补偿方法？热电偶参比端（冷端）处理。

实际使用中给出的分度表里，热电势和温度的对应值是以冷端为零度时来制定的。

但在实际中冷端往往不为零度，这就要对冷端进行处理。

1冰点法精度最高，将冰水混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水化合物中，在试管底部注入适量油类或水银。