chapter3_传感器测量原理(2)

传感器测量原理范文1.电阻测量原理：电阻测量原理是通过测量电阻值来获取被测量物理量的一种方法。

当电阻与温度、压力、湿度等物理量相关时，可以通过测量电阻的变化来间接测量这些物理量。

例如，热敏电阻利用温度对其电阻值的影响，根据电阻的变化来测量温度。

2.压力测量原理：压力测量原理是通过测量被测介质对传感器施加的压力来获取压力值。

常见的压力传感器包括应变式传感器、压电传感器、电容式传感器等。

应变式传感器利用被测物体在受力作用下发生的应变来测量压力值，压电传感器则利用压电效应来产生电信号，电容式传感器则利用压力对电容值的影响来测量压力。

3.温度测量原理：温度测量原理是通过测量物体的温度来获取温度值。

常见的温度传感器包括热电偶、热电阻、热敏电阻等。

热电偶利用两种不同金属的热电势差来测量温度，热电阻和热敏电阻则利用温度对电阻值的影响来测量温度。

4.光学测量原理：光学测量原理是通过测量光的传播特性来获取被测量物理量的一种方法。

常见的光学传感器包括光电传感器、光纤传感器等。

光电传感器利用光敏元件对光信号的响应来测量被测量物理量，光纤传感器则利用光在光纤中的传播特性来测量压力、温度等物理量。

5.化学测量原理：化学测量原理是通过测量物质的化学性质来获取被测量物理量的一种方法。

常见的化学传感器包括pH传感器、气体传感器、电化学传感器等。

pH传感器利用溶液中氢离子浓度的变化来测量酸碱度，气体传感器利用气体与传感材料之间的化学反应来测量气体成分，电化学传感器则利用电化学反应来测量被测物质的浓度。

除了上述介绍的传感器测量原理，还有许多其他的测量原理，如磁敏测量原理、声学测量原理等。

不同的测量原理适用于不同的物理量，选择合适的测量原理可以提高测量的准确性和可靠性。

Em
cos 2x
W
s in t
E2'
Em
sin
2x
W
cost
(3.5)
将两路输出用求和电路相加，则获得总输出 ：
E
Em
sin(t
2x
W
)
它表明E的幅值恒定，相位变化正比于位移量x。 该信号经BPF、整形、鉴相细分后产生脉冲，由可逆 计数器计数显示相应的位移量。
鉴相型磁栅传感器的原理框图
图中鉴相细分是对调制信号的一种细分 方法，其实现手段可参看相关文献。
• 实际中N1起磁路开关作用。当N1不通电或电流小于某一定值 时，磁路处于不饱和态，磁栅的磁力线通过磁头铁芯闭合， 磁路中的磁感应强度决定于磁头与磁栅的相对位置。反之， 当 N1 通 交 变 电 流 并 达 到 某 一 幅 值 时 ， 铁 芯 饱 和 使 磁 路 “ 断 开”，磁栅上的剩磁通不能在磁头铁芯中通过。随着激磁交 变电流的变化，该磁路开关不断“通”和“断”。这样，在 N2中产生感应电势，它主要与磁头在磁栅上的位置有关，而 与磁头和磁栅之间的相对速度关系不大。
2．光栅读数头
它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和 驱动电路组成。白炽灯发出的光线经透镜变成 平行光照在光栅尺上。光敏元件输出的信号经 驱动电路进行电压和功率放大。光栅读数头的 结构按光路分为：垂直入射光栅读数头、分光 读数头和反射读数头等 。
光栅按其形状和用途可以分为长光栅和圆 光栅两类，长光栅用于长度测量，又称直线光 栅，圆光栅用于角度测量；按光线的走向可分 为透射光栅和反射光栅。
鉴幅型磁栅传感器的原理框图
四、磁栅数显装置
由专用大规模集成电路(LSI)芯片组配两片驱动器 和少量电阻、电容即可组成磁栅数显表 。

3.14 其它类型的传感器 案例：材料断裂等结构监测
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作业件检测
光纤检测型光电传感器 颜色检测
第三章、传感器测量原理
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3.13 CCD固态图象传感器
MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏元的 结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物 (如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极， 以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元 (MOS)。
并 联 串 联 转 换 器
显示电路 驱动脉冲 运算电路
CCD
结束信号
3.13 CCD固态图象传感器
• 特点:
• • • • • • • (1) 非接触检测; (2) 响应快; (3) 可靠性高,为修简便; (4) 测量精度高; (5) 体积小,重量轻; 容易与计算机连接 (6) 对被测物体需要强光照射; (7) 受被测物体以外的光的影响. (2) 外径测量;
1、热辐射检测传感器 绝对零度以上的物体都有辐射，其强度依 赖于物体温度(K)，根据普朗克辐射定律有以下 表达式：
3.14 其它类型的传感器
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应用：
冶金、轧制、磨削加工以及各种热加工过 程中都涉及到动态温度场的检测问题。
3.14 其它类型的传感器
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2、声发射检测传感器 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂， 以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射。各种 材料声发射频率范围很宽，从次声、声频到超声。 多数金属的声发射频带在超声范围内。
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条形码扫描器
• 应用:
• (1) 宽度测量; (3) 主轴径向跳动测量.
3.13 CCD固态图象传感器 数码相机

ε r1 ( L0 − L) + ε r 2 L
d0
当L=0时，传感器的初始电容
C0 =
ε 0 ε r1 L0 b0
d0
=
ε 0 L0 b0
d0
当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为
∆C C − C 0 (ε r 2 − 1) L 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 = = C0 C0 L0
∆d 3 相对非线性误差为： = ( δ ) d0
∆d 2 ∆d ( ) = ( ) × 100% d0 d0
结论：差动式电容传感器，不仅使灵敏度提高一倍， 结论 而且非线性误差可以减小一个数量级。
3.2 电容式传感器的测量电路
一、等效电路 如图，C为传感器电容，RP 为并联电阻，它包括电极间 直流电阻和气隙中介质损耗 的等效电阻。串联电感L表 示传感器各连线端间的总电 感。串联电阻RS表示引线电 阻、金属接线柱电阻及电容 极板电阻之和。
C max − C min 87.07 pF − 41.46 pF = = 0.19 pF / L K= V 235.6 L
三、变极板间距（d）型
图中极板1固定不动，极板2为可动电极(动片)，当动片随被测量 变化而移动时，使两极板间距变化，从而使电容量产生变化 。 设动片2未动时极板间距为d0，板间 介质为空气，初始电容为C0，则
d0 d1 ε0 ε1
变ε的电容传感器 ε
ε 0S ε 1S ⋅ 3 . 6π d 0 3 . 6π d 1 C 0 C1 S = C= = ε 0S d1 d 0 ε 1S C 0 + C1 3 . 6π ( + ) + 3 . 6π d 0 3 .6π d 1 ε1 ε 0