传感器基本原理及其应用期末复习材料资料
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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。
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。
传感器原理与应用复习要点传感器是一种将非电学量转换为电学信号的装置,广泛应用于各个领域。
其原理可以分为物理效应、化学效应和生物效应三类。
下面是传感器原理与应用的复习要点:1.物理效应传感器:-热敏电阻:利用物质的电阻随温度变化的特性,常用于温度测量。
-压电传感器:利用压电材料电荷随机梯度变化的特性,可用于压力、力和加速度的测量。
-光电传感器:利用光的吸收、散射或发射等特性,常用于光强度、颜色和距离的测量。
-磁敏电阻:利用材料的磁阻随磁场变化的特性,可用于磁场的测量。
2.化学效应传感器:-pH传感器:利用溶液中氢离子浓度对电位的影响,用于测量酸碱度。
-气体传感器:利用气体与特定材料发生化学反应,测量气体浓度或类型。
-电化学传感器:利用电化学反应产生的电位差,测量氧气、氢气等的浓度。
3.生物效应传感器:-生物传感器:利用生物体与特定物质相互作用的特性,测量生物学参数,如酶、抗原和抗体等。
-DNA传感器:利用DNA序列的特定识别反应,用于检测和识别DNA的序列。
传感器的应用:1.工业自动化:传感器可用于测量温度、压力、流量、液位等工业参数,实现工业自动化控制。
2.环境监测:用于监测大气污染物质、水质、土壤质量等环境参数。
3.医疗保健:用于测量心率、体温、血压等生物参数,实现远程医疗监护。
4.智能家居:用于检测温度、湿度、光线等,实现智能调控家居环境。
5.汽车工业:应用于测量车速、转向角度、发动机参数,提升安全性和性能。
6.农业领域:用于监测土壤水分、光照强度、气温等农作物生长参数,实现精确农业。
总结起来,传感器的原理涉及物理、化学和生物效应,应用广泛,包括工业自动化、环境监测、医疗保健、智能家居、汽车工业和农业等领域。
对传感器的深入理解和应用有助于提升各个领域的技术水平和生活质量。
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。
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。
信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。
1.什么是传感器?广义:传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
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:定义: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或装置。
2.传感器由哪几个部分组成?分别起到什么作用?传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。
敏感元件感受被测量,转换原件将其响应的被测量转换成电参量,基本电路把电参量接入电路转换成电量。
传感器的核心部分是转换原件,转换原件决定传感器的工作原理。
3.传感器的总体发展趋势是什么?传感器的应用情况。
传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化,微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展,具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。
未来还会有更新的材料,如纳米材料,更有利于传感器的小型化。
发展趋势主要体现在这几个方面:发展、利用新效应;开发新材料;提高传感器性能和检测范围;微型化与微功耗;集成化与多功能化;传感器的智能化;传感器的数字化和网络化。
4.了解传感器的分类方法。
所学的传感器分别属于哪一类?按传感器检测的范畴分类:物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器按传感器的输出信号分类:模拟传感器、数字传感器按传感器的结构分类:结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器按传感器的功能分类:单功能传感器、多功能传感器、智能传感器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、生物类传感器含12个小类:力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。
1.传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系2.传感器的静态特性是什么?由哪些性能指标描述?主要性能参数的意义是什么1线性度:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数拟合方法:理论线性度(理论拟合)、 c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移)最小二乘法线性度2迟滞:传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞(迟环)。
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.优点是简单、方便,但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。
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。
传感器绪论概念:1.传感器的定义:①: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。
②:狭义的定义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
2.传感器组成:传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
第一章概念:1.传感器的一般特性:描述此种变换的输入与输出关系。
静特性:输入量为常量或变化极慢时(慢变或稳定信号)。
1) 线性度:传感器的输出与输入关系呈线性,实际上这往往是不可能的。
假设传感器没有迟滞和蠕变效应,其静态特性可用下列多项式来描述:x ——输入量; y ——输出量; a 0——零点输出;a 1——传感器的灵敏度,常用k 表示;a 2,a 3,…,a n ——非线性项系数。
非线性误差(线性度) 定义:输出输入的实际测量曲线与某一选定拟合直线之间的最大偏差,用相对误差γL表示其大小。
即传感器的正、反行程平∑=+=++++=n i i i n n x a a x a x a x a a y 102210...均测量曲线与拟合直线之间的最大偏差对满量程(F.S.)输出之比(%):γL——非线性误差(线性度);ΔLmax——输出平均值与拟合直线间的最大非线性误差;y F.S.——满量程输出。
满量程输出用测量上限标称值y H与测量下限标称值y L之差的绝对值表示,即y F.S.=|y H-y L|。
大多数传感器的输出曲线是通过零点的,或者使用“零点调节”使它通过零点。
某些量程下限不为零的传感器,也可以将量程下限作为零点处理。
目前常用的拟合方法有:①理论拟合;②过零旋转拟合;③端点连线拟合;④端点连线平移拟合;⑤最小二乘拟合;⑥最小包容拟合等。
2)迟滞:迟滞表明传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程期间,输出-输入曲线不重合的程度(信号大小不相等)。
迟滞产生原因:传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的弱点,如轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当,元件磨蚀、碎裂等。
传感器复习资料传感器是一种能够感知和测量物理量的设备,它可以将检测到的信号转化为电信号或其他形式的信号,用于实时监测、控制和反馈系统。
在实际应用中,传感器被广泛用于工业生产、自动化控制、环境监测、医疗诊断等领域。
本文将对常见的传感器类型、工作原理以及应用进行详细介绍。
一、传感器类型1. 温度传感器:温度传感器用于测量物体的温度变化,常见的温度传感器有热电偶、热电阻、红外线传感器等。
2. 湿度传感器:湿度传感器用于测量空气中的湿度,常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。
3. 压力传感器:压力传感器用于测量气体或液体的压力变化,常见的压力传感器有压阻式传感器、压电式传感器、压力开关等。
4. 光敏传感器:光敏传感器用于测量光线的强弱变化,常见的光敏传感器有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
5. 加速度传感器:加速度传感器用于测量物体的加速度变化,常见的加速度传感器有压阻式传感器、压电式传感器、MEMS加速度传感器等。
6. 气体传感器:气体传感器用于测量空气中各种气体的浓度变化,常见的气体传感器有氧气传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器等。
7. 液位传感器:液位传感器用于测量容器内液体的高度或压力变化,常见的液位传感器有浮子式传感器、电容式传感器、超声波传感器等。
二、传感器工作原理不同类型的传感器有不同的工作原理,下面以几种常见的传感器为例进行介绍:1. 温度传感器:热电偶是通过两种不同材料的热电效应来测量物体的温度变化的。
热电偶的工作原理是根据两种不同材料的热电效应产生的电势差来判断温度的变化。
2. 湿度传感器:电容式湿度传感器是通过测量两个电极之间的电容变化来测量空气中的湿度变化的。
湿度变化会导致电极之间电介质的介电常数发生变化,从而改变电容值。
3. 压力传感器:压力传感器通常通过感应器件与被测物体产生压力的力或变形来测量压力变化。
压力传感器根据不同的原理可分为电阻式传感器、压电式传感器等。
传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。
2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具广义: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输出的器件和装置。
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(GB7665-87):定义: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或装置。
3)传感器的组成:敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。
基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。
4)传感器的静态性能指标(1)灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。
(2)线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。
线性度又可分为:①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。
②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。
端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。
③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。
④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。
⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。
(3)迟滞定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。
即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。
(4)重复性定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输出之间相互偏离的程度。
信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。
1.什么是传感器?广义:传感器是一种能把特定的信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
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:定义: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或装置。
2.传感器由哪几个部分组成?分别起到什么作用?传感器一般由敏感元件、转换原件和基本电路组成。
敏感元件感受被测量,转换原件将其响应的被测量转换成电参量,基本电路把电参量接入电路转换成电量。
传感器的核心部分是转换原件,转换原件决定传感器的工作原理。
3.传感器的总体发展趋势是什么?传感器的应用情况。
传感器正从传统的分立式朝着集成化、数字化、多功能化,微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展,具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。
未来还会有更新的材料,如纳米材料,更有利于传感器的小型化。
发展趋势主要体现在这几个方面:发展、利用新效应;开发新材料;提高传感器性能和检测范围;微型化与微功耗;集成化与多功能化;传感器的智能化;传感器的数字化和网络化。
4.了解传感器的分类方法。
所学的传感器分别属于哪一类?按传感器检测的范畴分类:物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器按传感器的输出信号分类:模拟传感器、数字传感器按传感器的结构分类:结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器按传感器的功能分类:单功能传感器、多功能传感器、智能传感器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、生物类传感器含12个小类:力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。
1.传感器的性能参数反映了传感器的输入输出关系2.传感器的静态特性是什么?由哪些性能指标描述?主要性能参数的意义是什么1线性度:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,线性度RL是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数拟合方法:理论线性度(理论拟合)、c、端基线性度(端点连线拟合)d、独立线性度(端点平移)最小二乘法线性度2迟滞:传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞(迟环)。
3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。
4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传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。
灵敏度S 反映输入变量能引起的输出变化量①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。
5分辨率和阈值: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6 漂移是指传感器的输入被测量不变,而其输出量却发生了改变。
包括零点漂移与灵敏度漂移,7稳定性:传感器在一较长时间内保持性能参数的能力3.传递函数的定义是什么?初始条件为零时输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。
4.电涡流传感器有较好的线性和灵敏度4.什么是传感器的动态特性? 其特性参数有那些?其意义是什么?动态特性:输入量随时间变化时输出和输入之间的关系。
固有频率:越大曲线上升越快,时间常数:达到稳定的时间越小,阻尼比:越大过冲现象越小。
1.什么是应变效应?什么是压阻效应?什么是横向效应?应变效应:导体产生机械形变时电阻值会发生变化。
压阻效应:某一轴向上的外力会引起扳道器电阻率发生变化。
横向效应:直线电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度相同,但应变不同,圆弧部分使灵敏度下降了,这种现象称为横向效应。
2.什么是应变片的灵敏系数?半导体应变片灵敏系数范围是多少,金属应变片灵敏系数范围是多少?说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
应变片单位变化引起电阻值的改变;50-100;1.5-2;金属应变片:电阻应变效应,优,受温度影响小、性能稳定、精度比半导体高,缺,不易集成;半导体:半导体材料压阻效应,优,灵敏度高,体积小,耗电小,动态响应好,精度高,测量范围宽,易于微型化和集成化。
缺点,受温度影响较大,制造工艺复杂。
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?直流电桥的电源稳定,结构简单,但存在零漂和工频干扰,要求有较高的灵敏度,实际应用中输出端通常会接入放大电路;交流电桥放大电路简单,无零漂,不易受干扰,但不易取得高精度,需专用的测量仪器或电路。
1.电容传感器有哪些类型?分别适合检测什么参数?叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。
1)变面积型电容传感器:测量范围大,多用于测线位移、角位移;2)变极距型电容式传感器:适宜做小位移测量;3)变介质型电容传感器:普遍用于液面高度测量、介质厚度测量,可制成料位计等。
变极距工作原理,通过改变两极板间距离引起电容量的变化,因此,只要测得电筒两的变化量就可测得极板间距变化量。
2.为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式,差动结构形式的特点是什么?电感两端的电压与通过的电流的变化量成正比,流过电容的位移电流与其两端电压的变化量成正比,而差分方式正好放大的是电压或电流的变化量,故一般采用这种结构。
3.电容传感器的测量电路有哪些?差动脉冲调宽电路用于电容传感器测量电路具有什么特点?交流电桥、二极管双T型电路、差动脉冲调宽电路、运算放大器电路,适用于任何差动电容传感器,并有理论线性度,与双T型相似,该电路不需加解调、检波,由滤波器直接获得直流输出,而且对矩形波纯度要求不高,只需稳定的电源即可。
4.为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化?低频时容抗XC较大,传输线的等效电感电阻可忽略,高频时容抗减小,不可忽略。
等效电感接在传感器输出端相当于串联谐振电路,当工作频率等于谐振频率时,串联谐振阻抗最小,电流最大,谐振对传感器的输出起破坏作用,使电路不能正常工作。
1. 变磁阻式传感器的工作原理和主要应用。
传感器运动部分与衔铁部分相连接,衔铁移动时间隙厚度发生变化,仪器磁路的磁阻Rm变化,使电感线圈的电感量发生变化。
应用于压力传感器和测量工具中。
2.什么是零点残余电压?说明差动变压器式传感器产生零点残余电压的原因及减少此电压的有效措施。
差动变压器传感器的铁心处于中间位置是输出电压并不等于零,在零点附近总有一个最小输出电压ΔUo ,将这个铁心处于中间位置是最小不为零电压称为零点残余电压。
原因,两个次级线圈绕组的电气系数不完全相同,几何尺寸也不完全相同,工艺上很难保持完全一致。
措施,除工艺补偿外,一般要进行电路补偿:串联电阻,并联电阻、电容,加反馈支路,相敏检波。
3.差动自感传感器和差动变压器有什么区别?采用哪种转换电路既能直接输出与位移成正比的电压,又能根据电压的正负区别位移的方向?自感的线圈必须相同,但不绕在同一铁心上,而差动变压器必须要绕在同一铁心上,线圈可以不同。
4.什么是电涡流效应?涡流的分布范围。
电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量?一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时,导体内部会产生闭合的电流,这种现象称为涡流效应。
范围,径向,线圈外径金属涡流密度最大;线圈中心为零。
轴向,只在表面薄层。
非接触式测量,位移、振动、转速、厚度、材料、温度、电涡流探伤。
5. 电涡流传感器是由哪种电参量转换实现电量输出的?电涡流传感器可以检测金属材料,也可以检测非金属材料吗?电流、不可以检测非金属1.为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器?常用的结构形式有哪些?工作时不需外加电源,导体和磁场发生相对运动是会在导体两端输出感应电动势。
恒磁通式、变磁通式。
2.磁电式传感器是速度传感器,它如何通过测量电路获得相对应的位移和加速度信号?前置放大器分别接积分电路或微分电路,接入积分电路时,感应电动势输出正比于位移信号;接入微分电路时,感应电动势输出正比于加速度信号。
3.什么是霍尔效应?霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关?霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些?通电的导体放在磁场中,电流方向与磁场方向垂直,在导体另外两侧会产生感应电动势,这种现象称为,原因:霍尔引出电极安装不对称,不在同一等位面上;激励电极接触不良,半导体材料不均匀造成电阻率不均匀。
4.霍尔元件的温度补偿方法有哪些?霍尔元件的常见应用。
外界温度敏感元件进行补偿:两种连接方式,恒流源激励,恒压源激励。
测位移:极性相反磁极共同作用,形成梯度磁场;磁电编码器:金属齿轮计算脉冲数测转速;测压力压差;交流直流钳形数字电流表。
5.半导体磁敏元件有哪些?它们有哪些相同之处和不同之处?它们的电路符号怎样?磁敏电阻:只能测大小不能测方向,磁敏二极管、磁敏三极管:既大小又方向1.什么是压电效应?压电传感器能否用于静态测量?为什么?某些晶体,当沿着一定方向施加力时,内部产生极化现象,两个表面会产生符号相反地电荷,外力去掉后又恢复不带电状态。
作用力方向改变电荷极性也改变。
2.压电陶瓷极化过程是怎样的?若施加一个与极化方向相同的拉力,压电现象是怎样的?给压电陶瓷施加外加电场使电畴规则排列。
3. 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处?比较几种常用压电材料的优缺点,说出它们各自适用的场合。
压电陶瓷的纵向压电常数要比石英晶体大得多。
压电晶体适用于传感器不用维修的场合,稳定性好,但灵敏度低;压电陶瓷灵敏度高,稳定性差,适用于环境稳定,便于校准修正的场合。
4.压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。
试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系,它们分别适用于何种应用场合?并联粘贴,引线电极输出电容为单电容的两倍,极板上电荷是单片的两倍,输出电压与单片相等,适合测变化缓慢的信号,接电荷放大器。
串联黏贴:C'=C/2,Q'=Q,U'=2U,适合测量频率较高变化快的信号,电压放大。
5.压电传感器的等效电路怎样?前置放大器起什么作用?电压放大器和电荷放大器各有什么特点?作用,放大微弱信号,阻抗变换;电压放大器是阻抗变换器,输入量是电压;电荷放大器是有深度反馈的高增益放大器,输入量是电荷。
1.什么是外光电效应?内光电效应?(光生伏特效应、光电导效应)。
光电器件中的光照特性、光谱特性分别描述的是光电器件的什么性能?在光线作用下,物体内的点子溢出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
光线照在物体上使物体电导率发生变化或产生光生电动势的现象叫内光电效应。
入射光强改变物质电导率的现象称为光电导效应;光照时物体能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。
照度与光电流光电压的关系;波长与灵敏度的关系。