(完整版)传感器原理及工程应用期末复习要点

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。

传感器原理及应用期末复习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。

传感器原理复习提纲第一章绪论1.检测系统的组成。

传感器测量电路输出单元把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。

把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。

指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。

2.传感器的定义及组成。

定义能感受被测量并按一定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。

组成敏感元件转换元件转换电路直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。

敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量。

上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

3.传感器的分类。

工作机理物理型、化学型、生物型构成原理结构型（物理学中场的定律）、物性型:物质定律能量转换能量控制型、能量转换型物理原理电参量式传感器、磁电传感器、压电式传感器用途位移、压力、振动、温度4.什么是传感器的静态特性和动态特性。

静特性输入量为常量，或变化极慢动特性输入量随时间较快地变化时5.列出传感器的静态特性指标，并明确各指标的含义。

230123nny a a x a x a x a x=+++++x输入量，y输出量，a0零点输出，a1理论灵敏度，a2非线性项系数灵敏度传感器在稳态下，输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。

表征传感器对输入量变化的反应能力线性传感器非线性传感器迟滞正（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。

产生迟滞的原因：由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷所造成的，如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。

线性度传感器的实际输入-输出曲线的线性程度。

4种典型特性曲线k y x=∆∆%1002max⨯∆=FSH YHγ非线性误差%100max⨯∆±=FSL YLγ，ΔLmax——最大非线性绝对误差，Y FS——满量程输出值。

传感器原理及应用总结➢传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。

➢传感器的基本特性通常用其静态特性和动态特性来描述。

➢电阻传感器的基本原理是将各种被测非电量转为对电阻的变化量的测量，从而达到测量的目的。

➢金属丝电阻应变片与半导体应变片的工作原理主要区别在于前者利用导体形变引起电阻变化、后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。

➢金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。

直线的电阻丝绕成敏感栅后，长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。

➢光电开关和光电断续器是开关式光电传感器的常用器件，主要用来检测物体的靠近、通过等状态。

➢光电式传感器由光源、光学元器件和光电元器件组成光路系统，结合相应的测量转换电路而构成。

➢硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。

➢光敏二极管的结构与普通二级管类似。

它是在反向电压下工作的。

➢压电传感元件是一种力敏感元件，它由压电传感元件和测量转换电路组成。

➢压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应。

它是典型的有源传感器。

➢压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件并联起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件串联起来。

➢差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比，线性好、灵感度提高一倍、测量精度高。

➢螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。

➢差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用相敏检波电路。