测试技术课件河南科技大学 第2章 常用传感器

1. 确定性信号和非确定性信号
2) 非确定性信号
非确定性信号，又称为随机信号，是指无法用明确的时间函数描 述的信号。随机信号描述的现象是随机过程，如机械设备的振动、环 境的噪声、汽车奔驰时所产生的振动等，这类信号需要采用概率论与 数理统计理论来描述。
综上，按照信号随时间变化规律分类如下所示：
信号
确定性信号
周期信号
谐波信号 一般周期信号
非周期信号
准周期信号 一般非周期信号
非确定性信号
平稳随机信号
各态历经信号 非各态历经信号
非平稳随机信号
2．连续信号和离散信号 若信号数学表达式中的独立变量是连续的，则称为连
续信号；若信号数学表达式中的独立变量是离散取值的， 则称为离散信号，如下图所示。
为了完成不同的测试任务，往往需要掌握信号不同层面 的特征，因而可以采用不同的信号描述方法。例如，评定机 器振动烈度指标，需要采用振动速度的均方根值来作为依据。 若速度信号采用时域描述，就能方便求得均方根值。而在寻 找振源时，就需要掌握振动信号的频率成分，则需要采用频 域描述。本章将重点介绍信号的频域描述方法。
图2-3 连续信号和离散信号
2．连续信号和离散信号
信号的幅值也可以分为连续和离散的两种，若信号的幅 值和独立变量均连续，称为模拟信号；若信号的幅值和独立 变量均离散，称为数字信号，计算机所使用的信号都是数字 信号。
综上，按照信号幅值与独立变量的连续性可分类如下所 示：
信号
连续信号 离散信号
模拟信号(信号的幅值与独立变量均连续) 一般连续信号(独立变量连续) 一般离散信号(独立变量离散) 数字信号(信号的幅值与独立变量均离散)
2.2 周期信号
周期信号时域的最显著特征在于其周期

x
x Rm L
负载 效应11
3 电阻式
传感器
5. 变阻器式传感器的特点
优点：简单、可靠、输出功率大 缺点：精度低、动态响应差
6. 变阻器式传感器产品
12
3 电阻式
传感器
7. 变阻器式传感器应用案例
1）重量的自动检测--配料设备
原材料
弹簧
电位器
原理：力
位移
电阻
比较
重量设定
13
3 电阻式
传感器
第三章 常用的传感器
本章学习要求： 1.了解传感器的分类 2.掌握常用传感器测量原理 3.了解传感器测量电路
1
1概述
第一节 概述
一. 传感器定义
传感器是借助检测元件将一种形式的信息按一定的 规律转换成另一种信息的装置。
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭 义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的 装置。
压力计
温度计
7
2 机械式
传感器
二、微型探测开关
把物体的运动、位置或尺寸变化转换为接通、断开信号。
可探测物体有无、位置、尺寸 、运动状态等。
8
3 电阻式
传感器
第三节 电阻式传感器
• 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一 种传感器。
• 按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式。
一. 变阻器式传感器（电位差计式传感器）
能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化。 例如:电阻应变片
5.按输出信号:模拟式和数字式 6
2 机械式
传感器
第二节 机械式传感器
一、弹性敏感元件式传感器
弹性体作为传感器敏感元件

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被 测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、 压力、流量、振动等物理参数。
分类:
电感式传感器
自感型
可变磁阻型
互感型
涡流式
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6.1 自感式电感传感器
1、工作原理——可变磁阻式
原理:电磁感应
L W 20A 2
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自感L与气隙δ
成反比，而与 气隙导磁截面 积A成正比。
在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等 处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测 量值的测量信号，这一过程称为解调。
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1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题， 提高被测信号抗干扰能力。
常用的调制方法 ——载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）, 即调幅、调频和调相； ——载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。
uo
u 2
L L0
输出电压的大小和极性反 映了被测量的性质（如位 移的大小及方向）。
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交流电桥的调制与解调 被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变
的微弱信号，还往往有各种噪声信号。 为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，
往往给被测信号赋予一定特征——调制的主要功用。
调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载 波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。
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幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经 常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电 桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。
被测信号的频率为 0～10Hz
载波的频率为f0 >100 Hz； f0 ＝3000 Hz
放大器的通频带应 为2990～3010 Hz

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第2章 信号分析基础
5) 周期函数的自相关函数仍为同频率的周期函数
Rx(nT )Tl i m T 1
Tx(tn)Tx(tnT )d(tn)T
0
lim 1
T T
0Tx(t)x(t)d(t)Rx()
例求正弦函数 x(t)x0si nt ()的自相关函数
要完整地描述一个各态历经随机过程，理论上要
有无限长时间记录，但实际上这是不可能的。通常用 统计方法对以下三个方面进行数学描述：
1）幅值域描述: 均值、均方值、方差、概率密度函数等。
2）时域描述: 自相关函数、互相关函数。
3）频域描述: 自功率谱密度函数、互功率谱密度函数。
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解： Rx()T 10Tx(t)x(t)dt
记
T 10 Tx 0 2si n t ()si n (t [) ]dt
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把 T 2 t 代入上式得
R x()2 x 0 20 2 sin sin ()d x 2 0 2c2x 2R x()x 2x 2
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第2章 信号分析基础
自相关函数的性质
4) 当 时，x (t ) 和 x(t)之间不存在内在联系，
彼此无关.即 rx()0 , Rx( ) x2
若 x 0 ，则 Rx()0，如图所示.
识别信号中是否含有周期成分和它的频率大小
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第2章 信号分析基础
几种典型信号的概率密度、自相关和功率谱图
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