传感器复习课件

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。

传感器网络复习Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-199984.无线传感器网络的路由协议有哪些类型路由协议的设计要求由协议主要分为四类；基于聚簇的路由协议、以数据为中心路由协议、基于地理位置路由协议和能量路由协议。

现有的无线传感器网络路由协议设计以节能、延长网路生命周期为主要目的。

1）QOS路由；目前传感器网络路由协议的研究重点主要集中在能量效率上，而在未来的研究中可能还需要解决由视频和成像传感器以及实时应用引起的QOS问题。

2）支持移动性:目前的WSNS路由协议对网络的拓扑感知能力和移动性的支持比较差，如何在控制协议开销的前提下，支持快速拓扑感知是一个重要挑战。

3）安全路由：由于WSNS的固有特性，其路由协议极易受到安全威胁，是网络攻击的主要目标，设计简单、有效、适用于WSNS的安全机制是今后努力的方向。

4）有效功能：WSNS中数据通信最为耗能，今后尽量通过使用数据融合技术、数据传输中采用过滤机制来减少通信量，并通过让各节点平均消耗的能量来保持通信量的负载均衡。

5）容错性；由于WSNS节点容易发生故障，应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由，以确保在路由出现故障时能够尽快得到恢复，可采用多路径传输来提高数据传输的可靠性。

5、无线传感器网络的路由协议具有哪些特点1）能量优先，（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关6. 什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么数据融合是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。

在传感器网络中的作用在于；节省整个网络的能量，增强所收集数据的准确性，提高数据收集效率。

第一章：1.无线传感网与自组织网络的主要异同点有哪些答：无线传感网是自组织网路的一种典型应用，虽然具有移动自组织特征，但与传统的移动自组织网络相比，又有不同之处，主要区别有以下几点：1）无线传感网以数据为中心；2）在通信方式方面，无线传感网节点主要使用广播通信，而别自组织网络节点采用点对点通信；3）在网络节点的处理能力方面，自组织网络的处理能力较强，而无线传感网节点的处理能力、计算能力和存储能力都有限；4）在网络节点规模方面，无线传感网包含的节点数量比自组织网络高几个数量级；5）由于无线传感网节点数量的原因，其节点没有统一的标示。

一．电阻式传感器基本原理:将被测的非电量转换成电阻值的变化,再经转换电路变成电量输出。

1.应变式传感器工作原理：金属的电阻应变效应:金属导体的电阻随着机械变形（伸长或缩短)的大小发生变化的现象称为金属的电阻应变效应。

特点：结构简单,性能稳定，灵敏度较高，适用于动态测量。

1)横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。

这种现象称横向效应。

为了减少横向效应产生的测量误差，一般多采用箔式应变片，其圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多，电阻值较小，因而电阻变化量也就小得多。

2)机械滞后应变片安装在试件上以后，在一定温度下，其（ΔR/R）–ε的加载特性与卸载特性不重合，在同一机械应变值εg下，其对应的ΔR/R值（相对应的指示应变εi)不一致。

加载特性曲线与卸载特性曲线的最大差值Δεm称应变片的滞后。

机械滞后产生的原因：敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变后所留下的残余变形所造成的.3)零漂（P0）：粘贴在试件上的应变片，在温度保持恒定、不承受机械应变时,其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的零漂。

4)蠕变（θ）: 如果在一定温度下，使其承受恒定的机械应变,其电阻值随时间而变化的特性，称为应变片的蠕变.一般蠕变的方向与原应变量变化的方向相反。

5)最大工作电流：是指允许通过应变片而不影响其工作的最大电流值。

6）绝缘电阻：是指应变片的引线与被测试件之间的电阻值。

通常要求50MΩ～100MΩ以上.7）电阻式应变片的温度误差：当测量现场环境温度变化时，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

对应变片温度误差产生的主要因素进行分析: 1。

电阻温度系数的影响; 2。

测试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数影响.温度补偿方法：(1)线路补偿法（加温度补偿电阻）：利用电桥的和、差原理来达到温度补偿的目的.（2)自补偿法（选材）：主要是通过精心选配敏感栅材料与应变片结构参数来实现温度补偿.2。

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）。

此份要重点看1.测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

（2 分）2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度下单位控制电流时的霍尔电势的大小。

（2分）3.光电传感器的理论基础是光电效应。

通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。

第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应，这类元件有光电管、光电倍增管;第二类是利U 用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻;第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。

4•热电偶所产生的热电动势是两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成的，其表达式为Eab （T，To）=’仃-T o）ln也•和心7）d T。

在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷e N B端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

5•压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。

相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。

6.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（增加）8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（变极距型）外是线性的。

（2分）(a)8-2四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示仪表组成。

图中G 为指示仪表，R i、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。

热电阻都通过电阻分别为「2、「3、R g的三个导线和电桥连接，「2和「3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的R g分别接在指示仪表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使 &二Ra+R to为电阻在参考温度（如0 C）时的电阻值。

传感器及应用复习名词解释：10道第1章传感器的基本知识传感器：传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被侧的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。

应力：截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，在物体单位截面积上引起的内力称为应力。

应变：应变是物体受外力作用时产生的相对变形。

εl：纵向应变，εr：横向应变110-6ε胡克定律与弹性模量：胡克定律：当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比；E为弹性模量或杨氏模量，单位为N/m2；G为剪切模量或刚性模量，τ为切应力第2张线性位移传感器及应用应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变片和应变电桥组成。

电感式传感器原理：把可移动的铁心称为衔铁，通过测杆与被侧运动物体接触，就可把运动物体的位移转换成电感或互感的变化。

电涡流式传感器原理：电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心线圈，它与正弦交流电源接通，通过线圈的电流会在线圈的周围空间产生交变磁场。

压电效应：当某些电介质受到一定方向外力作用而变形时，其内部便会产生极化现象，在他们的上下表面会产生符号相反的等量电荷；当外力的方向改变时，其表面产生的电荷极性也随之改变；当外力消失后又恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。

霍尔效应：在通有电流的金属板上加一匀强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应。

光电效应：当物质受光照射后，物质的电子吸收了光子的能量所产生的电现象称为光电效应。

①外光电效应：外光电效应即光电子发射效应，在光的作用下使电子逸出物体表面；②内光电效应：内光电效应有光电导效应、光电动势效应及热电效应。

第3章位移传感器在制造业中的应用第4章力与运动学量传感器及应用第5章压力、流量和物位传感器及应用第6章温度传感器及应用热电效应（赛克威尔效应）：将两种不同导体A、B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同温度环境，在回路中会产生热电动势而形成电流，这一现象称为热电效应。