传感器与检测技术重点知识点汇总

传感器与检测技术知识总结

三、传感器的特性及主要性能指标1:传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出

1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系,有静态特性和信号的器件或装置动态特性

一、传感器的组成、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓22传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称

①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理静特性量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）表征传感器静态特性的指标有线性度,敏感度,重第性等

②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输3电感，电容）及电流或电压等电信号

③基本转换电路是将该电入量的响应特性称为动态特性，简称动特性传感器的动态特性信号转换成便于传输，处理的电量取决于传感器的本身及输入信号的形式传感器按其传递，转换

二、传感器的分类信息的形式可分为

①接触式环节；

②模拟环节；

③数字环节评、按被测量对象分类定其动态特性正弦周期信号、阶跃信号

14、传感器的主要性能要求是:1）高精度、低成本2）高灵敏度

（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，3）工作可靠4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）力矩，温度以及异常变化

（2）外部信息传感器主要检测系统抗干扰能力强；6）动态性能良好7）结构简单、小巧，使用维的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传护方便等；感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光

四、传感检测技术的地位和作用测距）、地位传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛

1、传感器按工作机理2发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的关键技术之

（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而O、作用能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理变化的原理制成的（主要有光电式传感器、压电式传2感器）等功能应用计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造系统

（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系统（CAM）o

五、基本特性的评价等构成的（主要有

①电感式传感器；

②电容式传感器；、测量范围:是指传感器在允许误差限内，其被测量值的范围；

③光栅式传感器）1量程:则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差、按被测物理量分类

3、过载能力:一般情况下，在不引起传感器的规定性能指标永久2如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度改变条件下，传感器允许超过其测量范围的能力过载能力通常、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用4用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百分比表示

5、按传感器能量源分类

3、灵敏度:是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的变化X之比

（1）无源型:不需外加电源而是将被测量的相关能量转换、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应4成电量输出（主要有压电式、磁电感应式、热电式、光电式）能力灵敏度越高越好,因为灵敏度越高，传感器所能感知的变又称能量转化型;化量越小,即被测量稍有微小变化，传感器就有较大输出值K

（2）有原型:需要外加电源才能输出电量，乂称能量控制型越大，对外界反应越强（主要有电阻式、电容式、电感式、霍尔式）、反映非线性误差的程度是线性度线性度是以一定的拟合直

5、按输出信号的性质分类6线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差与理4Lmax

（1）开关型（二值型）是“1”和“0”或开（ON）和关（OFF）；论量程输出值Y（=ymax—ymin）的百分比进行计算的噪声称共模噪声抑制这种干扰采用差分放大器,因为它几乎

（2）模拟型输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；对共模噪声没有放大作用

（3）串扰克服串扰的有效方法是将不同信号线分开，并且留有最大可能的空间隔离

（3）数字型

①计数型:又称脉冲数字型,它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；

②代码型（又称编35克服串扰在设计及组装检测系统时，应注意的问题是码型）输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化

（1）信号线，数据线，控制线尽可能分开，以避免不同类型的其代码为高电平，为低电平走线平行或靠近

（2）走线尽可能短，尽可能不在集成芯片之“1”“0”间走线

（3）电源线和地线要设计的尽量粗而短

（4）对于单和bn描述的，频率各为基频整数倍的余弦和正弦分量的迭加而稳态，多谐振荡器等易受电源影响的器件，要在近旁的电源-地组成线之间接入电容器进行去耦，易受干扰的器件要远离振荡器15周期信号频谱的特点

（1）离散性频谱谱线是离散的36传感检测系统中的微机接口是将被测的模拟量，经过传感器，

（2）收敛性谐波幅值总的趋势随谐波次数的增加而降低

（3）放大器，采样保持器，A/D转换后输入微型计算机谐波性谱线只出现在基频整数倍的频率处37传感检测系统中微机接口的基本方式是

（1）开关量接口方16非周期信号包括准周期信号和瞬态信号准周期信号的特点式

（2）数字量接口方式

（3）模拟量接口方式是谱线离散，并无法确定其基频wo和谐频now,只有频率分量幅38ADC与CPU的时间协调，其时间常数远比CPU的指令周期值大小而没有共同周期长其控制方式有

（1）延时等待式

（2）中断式17振动测试的目的是

（1）检查机器运转时的振动特性，检验

（3）查询式产品质量，为设计提供依据

（2）考核机器设备承受振动和冲击的能力及对系统的动态响应特征进行测试39液晶显示器是一种低功耗器件，其液晶显示器的驱动方式由

（3）分析查明振动产生的原因，寻找振源，为减振和隔振措施电极引线的选择方式确定一般有静态驱动和时分割驱动提供资料=

（4）对工作机器进行故障监控，避免重大事故发生40为消除环境温度的影响，需要对传感器信号进行温度补偿，18振动测试的内容是

（1）振动参数的测试对振动的位移，其补偿在计算机能力允许时，可采用计算机软件进行，也可采用幅值，频率，相位，波形等参数的测定

（2）物体结构参数的硬件电路实现利用计算机软件进行温度补偿时常用公式法和表测试对结构的固有频率，阻尼，刚性，振型等参数的测定格法19按产生振动的原因可分为自由振动,强迫振动和自激振劲；第九章信号分析及其在测试中的应用按振动系统结构参数特性可分为线性振动和非线性振动；按振I1信号有静态信号与动态信号静态信号是指其量值与时间无动的规律可分确定性振动和随机振动关的信号动态信号是指其量值随时间变化的信号20振动的激励方式有

（1）稳态正弦激振

（2）随机激振

（3）2信号分为确定性信号与非确定性信号瞬态激振常用的瞬态激振是

①快速正弦扫描激振

②脉冲激振

③3确定性信号是指能用明确的数字解读关系式或图表描述的信阶跃激振号确定性信号分为周期信号和非周期信号21激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力，从而激起4周期信号是指若信号依一定的时间间隔T周而复始，则该信被测对象振动的装置号为周期信号实际上周期信号往往不是仅含一个正22电动式激振器按其磁场形成的方法是永磁式和励磁式6前者（余）弦的简单周期信号，但它们具有取值周期重复性的特征多用于小型激振器，后者用于较大型的激振器它主要用于对被5非周期信号是指在时域内不按周期重复出现,但仍可用明确的测对象作绝对激振数字关系式或图表描述的信号23振动测试的方法有机械法，电测法和光学法6非确定性信号是指非周期性信号时域波形不确定,无法用确切24电测法测振系统有（I）压电式测振系统它是利用压电式加的数字关系式描述，也不能准确预测未来的结果的信号速度传感器直接测得振动加速度的测振系统

（2）7模拟信号是指在某一自变量连续变化的间隔内,信号的数值连续，为模拟信号8离散信号是指自变量在某些不连续数值时,输出信号才具有确定值称为离散信号9数字信号是指如果将其各离散点的幅值也作离散化,以二进制编码表示10信号均值Ux是指信号x（t）在整个时间坐标的积分平均，它表示信号中常值分量或直流分量H信号的方差是指描述信号的（波动范围）,其正平方根66x称为信号的标准差12信号的均方值描述信号的强度，表示信号的（平均功茎）13信号的概率密度函数描述了信号的（指定幅值的取值机会）14任意一个周期信号x（t）都可认为由两类基本信号组成一类是以描述的直流分量，一类是由许多正交的，幅值分别以ao an磁电式测振系统该系统用磁电式传感器吧振动速度转换成电压，经测振仪器进一步变换，再由指示仪器指出其振动值或用记录仪器记录出波形，或直接由数据处理装置进行需要的数据处理

（3）电参数测振系统该系统采用电容式或电感式，电阻应变式，涡流式传感器吧振动参数转换成电容或电感，电阻，电抗等电参数变化进行测振的系统其优点是传感器大多数为非接触式，且灵敏度较高，适于微小振动的旋转体测振25机械阻抗的倒数称为机械导纳26机械阻抗是复数，，可写成幅值，相角或实部，虚部形式，也可用幅，相特性或奈奎斯特图表示27功率谱密度函数，可用于工业设备工作状况的分析和故障诊断、稳定性在相同条件,相当长时间内，其输入/输出特性不发生变技术制作传感器；

③采用新原理制作传感器6化的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境、传感检测技术的智能化传感检测系统目前迅速地由模拟式、

12、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时,输出值随时间变化而数字式向智能化方向发展7变化长期使用会产生蠕变现象功能

①自动调零和自动校准；

②自动量程转换；

③自动、重复性:是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连选择功能；

④自动数据处理和误差修正；

⑤自动定时测量；

⑥自8续测量所得结果之间的不一致程度的指标；（分散范围小，重复动故障诊断性越好）、精确度:简称精度，它表示传感器的输出结果与被测量的实际第二章位移检测传感器9值之间的符合程度，是测量值的精密程度与准确程度的综合反映

1、移可分为线位移和角位移两种,测量位移常用的方法有机械、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量法,光测法,电测法

10、位移传感器的分类参量型位移传感器,发电型位移传感器,大、动态特性反映了传感器对于随时间变化的动态量的响应特211位移传感器性，传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持不失真测

一、参量型位移传感器量条件一般地，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响、参量位移传感器的工作原理将被测物理量转化为电参数，即应时间快，工作频率范围宽1电阻，电容或电感等、环境参数指传感器允许使用的工作温度范围以及环境压力、

12、电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理特征，环境振动和冲击等引起的环境压力误差，环境振动误差和冲击误2即差R=pL/S

六、传感器的标定与校准

（1）电位计由骨架、电阻元件、电刷等组成；、拯定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入/输出变换

（2）电位计优点结构简单，输出信号大，性能稳定，并1容易实现任意函数关系，缺点是要求输入量大，电关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量（或其刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间的过程扰、聋夜是指传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用

23、⑴线性电位计的空载特性Rx=RX/L=KrX（Kr——电位计的电时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修正，以确保阻灵敏度）电位计输出空载电压为Uo=UiX/L=KuX（Ku——传感器的测量精度电位计的电压灵敏度）、标定系统的组成:

①被测非电量的标准发生器；

②待标定传感3⑵非线性电位计空载特性其电阻灵敏度电压灵敏度Ki=DR/Dx,器；

③它所配接的信号调节显示、记录器等Ku=Duo/Dx、静态标定是给传感器输入已知不变的标准非电量,测出其输出，

4、电阻应变式位移传感器是将被测位移引起的应变元件产生的4给出标定方程和标定常数，计算其灵敏度，线性度，滞差，重复应变，经后续电路变换成电信号，从而测出被测位移性等传感器的静态指标、电容式位移传感器是利用电容量的变化来测量线位移或角位

5、传感器的静态标定设备有力标定设备,压力标定设备，温度标5移的装置定设备等⑴变极距型的电容位移传感器有较高的灵敏度，但电容变化与、对设备要求

①具有足够的精度；

②量程范围应与被标定传感6极距变化之间为非线性关系，其它两种类型的位移传感器具有器的量程相适应；

③性能稳定可靠，使用方便，能适应多种环境比较好的线性，但敏度比较低

7、传感器的动态标定的F1的是检验测试传感器的动态性能指标（）变极板面积型电容位移传感器用于线位移测量，也可

2、动态标定指标是通过确定其线性工作范围，频率响应函数，幅8用于角位移测量频特性和相频特性线，阶跃响应曲线，来确定传感器的频率响应（）变介质型电容式位移传感器用于位移或尺寸测量范围，幅值误差和相位误差，时间常数，阻尼比，固有频率等3的改变介质型电容位移传感器，一般都具有较好的线性特、常用的标准动态激励设备有激振器、激波管、周期与非周期函9数压力发生器；（其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、性，但也有输入/输出呈非线性关系压力传感器的动态标定）

（4）容栅式电容位移传感器是在面积型电容位移传感器、传感器与检测技术的发展方向:⑴开发新型传感器⑵传感检的基础上发展来的，可分为长容栅和圆容栅（特点因10测技术的智能化⑶复合传感器⑷研究生物感官，开发仿生传感多极电容及平均效应，分辨力高，精度高，量程大对刻划器精度和安装精度要求可有所降低，一种很有发展前途的传、开发新型传感器

①利用新材料制作传感器；

②利用新加工感器

11、电容式位移传感器的绝缘和屏蔽6动一个栅距W,莫尔条纹移动一个条纹间距B；

②光栅运动方向改变，莫尔条纹的运动方向也作相应改变；

③光栅条纹的光强度随条纹

（1）若绝缘材料性能不佳，绝缘电阻随环境温度和湿度而变化，移动按止弦规律变化还会使电容位移传感器的输出产生缓慢的零位漂赘；、感应同步器是利用电磁感应原理将线位移和角位移转换成点信7

（2）绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何尺寸号的一种装置根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式的长期稳定性和低的吸潮性；两种，分别用于测量线位移和角位移

（3）通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施，即将传感原理当滑块的两相绕组用交流电励磁时，由于电磁感应，在定器放在金属壳内，接地应可靠；尺的绕组中会产生与励磁电压同频率的交变感应电动势当滑尺Eo

（4）可以消除不稳定的寄生电容，还可以消除外界静电场和交相对定尺移动时，滑尺与定尺的相对位置发生变化，改变了通过变磁场的干扰定尺绕组的磁通，从而改变了定尺绕组中输入的感应电动势E、电感式位移传感器将被测物理量位移转化为自感互感的7L,M根据对滑尺的正、余弦绕组供给励磁电压方式的不同，又分为鉴变化，并通过测量电感量的变化确定位移量主要类型有自感相和鉴幅型测试系统式、互感式、涡流式和压磁式输出功率大，灵敏度高，稳特点

①精度较高，对环境要求低，可测大位移；

②工作可靠，定性好等优点抗干扰能力强，维护简单，寿命长；

③对局部误差有平均化作用）

（1）自感式电感位移传感器原理缠绕在铁心的线圈中通以交、激光式位移传感器结构由激光器、光学元件、光电转换元件8变电流，产生磁通，形成磁通回路组成激光测试系统，将被测位移量转化成电信号为了提高自感位移传感器的精度和灵敏度，增大特性的线性度，（特点精度高，测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、实际用的传感器大部分都作为差动式效率高）改善其性能考虑的因素有1）损耗问题，2）气隙边缘效应的、激光干涉测长技术用途

①精密长度测量（磁尺、感应同步器、9影响，3）温度误差，4）差动式电感位移传感器的零点剩余电压光栅检定）；

②精密机床位移检测与校正；

③集成电路制作中的问题精密定位、常用的激光干涉测长传感器

①单频激光干涉传感器；

②双10

（2）互感式位移传感器（测量范围最大）将被测位移量的变频激光干涉传感器化转换成互感系数的变化，基本结构原理与常用变压器类似，故称为变压器式位移传感器第三章力、扭矩和压力传感器

（3）涡流式位移传感器利用电涡流效应将被测量变换为传感

一、测力传感器器线圈阻抗变化的一种装置只要分为高频反射和低频透射两类Z1测量力的传感器多为电气式,根据转换方式分为参量型和发电

二、发电型位移传感器型参量型测力传感器有电阻应变式，电容式，电感式，发电型、发电型位移传感器（压电位移传感器）是将被测物理量转换为1测力传感器有压电式，压磁式电源性参量2电阻式应变测力传感器原理是将力作用在弹性元件上，弹性元、压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力的变化，2件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上应变片将应变转换然后利用压电效应将力的变化转换为点信号成电阻的变化，然后利用电桥将电阻变化转换成电压或电流的变

三、大位移传感器化，在送入测量放大电路测量、磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位移传感1弹性元件

（1）柱型弹性元件；

（2）薄壁环型弹性元件；

（3）器，分别用于测量线位移和角位移磁头分动态和静态梁型弹性元件悬臂梁式、两端固定梁式、当磁头不动时，输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压信号，

2、应变片是非电量电测中一种常见的转换元件，由于应变片使3其频率仍为励磁电压的频率，其幅值与磁头所处的位置关系当用简单，测量精度高，体积小，动态响应好，应用广磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化、金属丝的作用是感受机械试件的应变变化，称为敏感栅

4、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光

45、对金属丝的要求:

（1）具有较高的电阻系数（单位长度的电阻栅其性质光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂直要大）；

（2）具有尽可能大的电阻应变灵敏度系数；

（3）具有较、两块光栅作为一个标尺光栅（不动的）和一个指示光栅（动的），5小的温度系数；

（4）具有较高的弹性极限，以便得到较宽的应变标尺光栅是一个长条形光栅，光栅长度由所需量测量范围；

（5）良好的加工性和焊接性；

（6）对铜的热电动势要程决定小、莫尔条纹的性质

①当两个光栅沿刻线垂直方向相对移动时，

6、底基的作用是将试件的应变准确地传给敏感栅，所以底基应6莫尔条纹相对栅外不动点沿着近似垂直的运动方向移动，光栅移具有较低的弹性模量，较高的绝缘电阻，良好的抗湿抗热性能作用力为压力时，则反之（常用底基纸基、胶基、玻璃纤维布基）纸基制作简单,价格便、压磁式力传感器工作原理是根据压磁效应原理，当在一次侧14宜，比较柔软，易于粘贴，应变极限打，但耐潮湿性和耐热性差绕组通过交变励磁电流时，铁心中产生磁场，由于压磁元件在未其比纸基更柔软，且具有较好的绝缘性，较高的弹性，耐热和耐受力时各向同性，磁力线呈轴对称分布潮湿性都较好，、压磁式力传感器结构主要是由压磁元件，弹性机架，基座和

157、箔式电阻应变片敏感栅是用（3〜5）um厚的金属箔粘于胶传力钢球等组成基上，用光刻技术加工成需要的形状

二、扭矩传感器优点:

（1）金属箔很薄，因而所感受的应力状态与试件表面的应

1、电阻应变式扭矩传感器的工作原理是在轴类零件受扭矩作用时，力状态更接近；

（2）箔式敏感栅面积大，散热条件好，允许通过在其表面产生切应变，此应变可用电阻应变片测量（集流环按较大的电流，灵敏度较高，输出信号功率比较大，为丝式电阻应工作原理分类电刷-滑环式、水银式、感应式）变片的100〜400倍；

（3）箔式敏感栅的尺寸可以做的很准确，

2、压磁式扭矩仪又叫磁弹式扭矩仪工作原理是根据磁弹效应，受基长可以很短，并能制成任意形状，从而可扩大使用范围；

（4）扭矩作用的轴的导磁性发生相应变化，即磁导率发生变化，从而便于成批生产引起线圈的感抗变化，通过测量电路测量感抗的变化可确定扭矩缺点:生产工序复杂，引线的焊点采用锡焊，不适于在高温环境中、电容式扭矩测量仪工作原理是利用机械结构，将轴受扭矩作用3测量，另外价格比较高后的两端相对转角变化变换成电容器两极板之间的相对有效面积、半导体应变片的工作原理是基于压阻效应的变化，引起电容量的变化来测量扭矩其最要优点是灵敏度高，8测量时它需要集流装置传输信号

（1）压阻效应是指固体受到应力作用时，其电阻率发生变化

4、光电式扭矩测量仪这种扭矩传感器的工作转速为（100〜800）这就叫压阻效应测量精度为r/min,1%

（2）优点半导体应变片横向效应小，其横向灵敏度儿乎为零；、钢弦式扭矩传感落是将扭矩转换成钢弦固有频率变化进行工5机械滞后小，可制成小型和超小型片子作°（优点抗干扰能力强，允许导线长达儿百到几千测M M,

（3）缺点应变灵敏系数的离散性大，机械强度低，非线性误量精度可达）±1%差大，温度系数大，使用于需要大信号输出场合

三、压力式传感器、弹性式压力传感元件有波登管、膜片和波纹管三类

1、应变片的布置和接桥方式电桥又单臂、双臂、四臂工

9、电量式压力计是用各种传感器或测量元件将压力变换成电量或2作方式（平衡条件U=0RR3=R2R4）电参数，再经后接相应的测量电路进一步变换，最后由显示或记工作方式单臂双臂四臂录仪显示或记录下来，以实现压力测量的装置常用的测压力系应变片所在位置R1RI,R2RI,R2,R3,R4统所用的传感器有电容式，电感式，电阻式，涡流式，压电式输出电压Uo l/4UiKs1/2U1K8UiKe

（1）电容式压力传感器是将压力转换成电容的变化，经电路变、压电式传感器是基于压电元件的压电效应而工作的压10换成电量输出其特点是灵敏度高，适合测量微压，频响好，抗电效应有正压电效应和逆压电效应干扰能力较强

（1）正压电效应是当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，

（2）应变式压力传感龄的工作原理是利用应变片将弹性元件在在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外力去掉后，压力作用下产生的应变转换成电量的变化应变式压力传感器体又恢复到不带电状态，电荷的极性取决于变形的形式积小重量轻，精度高，测量范围宽，从几帕到频响高，同500MPa,

（2）逆压电效应是当某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本时耐压，抗振，应用广泛身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失

（3）压阻式压力传感器是利用压阻效应将压力变换成电阻的变电压式传感器的前置放大器的输入阻抗应尽可能的高化实现压力测量其特点是频响宽，动态响应快，测量范围从几、压电式力传感器是利用压电晶体的纵向和剪切向压电效应11到三亿适用于爆炸，冲击压力的测量Pa Pa,（单分量和多分量）

（4）电感式压力传感器是将压力变化转换成电感变化，通过测、电荷放大器的选择要求电荷放大器输入阻抗高于低121012d量电路再将电感变化转换成电量实现压力测量其特点是频响低，频响应为

0.001Hz使用于静态或变化缓慢压力的测试、压磁效应是在机械力作用下，铁磁材料内部产生应力变化，13

（5）涡流式压力传感器属于电感式压力传感器中的一种,它是使磁导率发生变化，磁阻相应也发生的现象外力是拉力时，在利用涡流效应将压力变换成线圈阻抗的变化，再经测量电路转换作用力方向铁磁材料磁导率提高，垂直作用力方向磁导率降低；成电量它有良好的动态特性,适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作，如测量冲击波、交流测速电动机可分为永磁式，感应式和脉冲式三种4

（6）霍尔式压力传感器结构原理是波登管在压力作用下其末端交流测速电动机的工作原理是利用定子,转子齿槽相互的位置的产生位移，带动了霍尔元件在均匀梯度的磁场中运动由于波登变化，使输出绕组中的磁通产生脉冲，从而产生感应电动势，这管的频响较低，适用于静态或变化缓慢压力的测量种工作原理称为感应子式发电机原理

（7）压电式压力传感器工作原理是压力通过膜片或活塞，压块

5、线振动速度传感器的工作原理是当一个绕有N匝的线圈作垂直作用在晶片上，晶片上是产生了电荷，经后接放大器的变换，由于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定显示或记录仪器显示或记录，实现对压力的测量其特点是具有律可得其线圈产生感应电动势频响宽，可测压力范围大，体积小，重量轻，安装方便，可测多

6、陀螺式角速度传感器分为转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺、向压力等特点，应用广泛，适用于测动态力和冲击力，但.不适于光纤陀螺测静态力

（1）转子陀螺式角速度传感器是一种惯性传感器，安装简单，使用方便，但有机械活动部件，被测角速度范围质量±30°120°/s,第四章速度、加速度传感器较大，成本高，寿命低

一、速度传感渊

（2）压电陀螺式利用压电晶体的压电效应工作，分振梁型、、测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电机转速双晶片型、圆管型1的一种传感器它由绕组的定子和转子构成

（3）光纤陀螺式具有无机械传动部件、无需预热时间、对、根据励磁电流的种类，测速发电机分为直流测速发电机（电磁加速度不敏感、动态范围宽、体积小、灵敏度高等优点2式和永磁式两种）和交流测速发电机两类

7、霍尔式传感器的工作原理是利用霍尔元件组成的传感器，在被、在实际应用中，机电一体化系统对测速发电机的主要要求有测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附近，当被测物3

①输出电压对转速应保持较精准的正比关系

②转动惯量要小转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件，霍尔元件输出一个相应

③灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应要灵的脉冲，测得单位时间内的脉冲个数，即可得被测物的转速和角敏速度

（1）直流测速发电机是一种微型直流发电机其工作原理是根

8、电涡流式转速传感器的工作原理是在传感器靠近在被测物上设据电磁感应原理，在恒定磁场中，旋转的电枢绕组切割磁通，并定的等距标记安装，当被测物转动时，传感器输出频率与转速成产生感应电动势，而后测速的发电机正比的信号

（2）空载时，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相

9、半导体硅流速传感器的工作原理是依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率与流体流速相关原理制成的等，因而输出电压与转速成正比

二、加速度传感器负载时，测速发电机的输出电压应比空载时小，这是电阻（中rs、常用加速度传感器的种类有压电式，应变式，磁致伸缩式枢绕组）的电压降造成的

1、压电式加速度传感器的频率范围广、动态范围宽、灵敏度高，

（3）直流测速电动机在理想情况下系数Ce和C与输出电压之2故应用较为广泛间的关系C=Ce/（1+Rs/Rl）,Vcf=CeN/（1+Rs/Rl）.压电加速度传感器的工作原理是利用压电陶瓷的压电效应可构成

（3）直流测速电动机产生误差的原因和改进方法？不同使用要求的振动加速度传感器来制作的

①有负载时，电枢反映去磁作用的影响，使输出电压不再与转常用的三种原理结构式压缩型，剪切型，弯曲型其特点是它速成正比，遇到这种问题可以在定子磁极上安装补偿绕组，或使可以作得很小，重量很轻，对被测机构的影响就小，压电传感器负载电阻大于规定值的内阻抗很高，输出的能量很微小，要在接高输入阻抗的前置放

②电刷接触降压的影响，这是因为电刷接触电阻是非线性的，大器放大器有两种是电压放大器和电荷放大器即当电机转速较低，相应的电枢电流较小时接触电阻较大，从而电荷放大器输出电压与电缆分布电容无关一般加速度传感器使输出电压很小，只有当转速较高，电枢电流较大时，电刷压降的尺寸越大，其固有频率越低才可以认为是常数，为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不灵、应变式加速度传感器的工作原理是经过质量-弹簧惯性系统将敏区，应采用接触压降较小的铜•石墨电极或铜电极，并在它与换3加速度转换为力，再将力作用于弹性元件，从而将力转换为应变，向器相接触的表面上镀银通过测量应变可以测量加速度

③温度影响，这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其电阻第五章视觉、触觉传感器值也相应增大，从而使励磁电流减小的缘故，在实际使用中可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻，1视觉传感器在机电一体化系统中的作用有三种

①进行位置检测

②进行图像识别

③进行物体形状，尺寸缺陷的检测在接到励磁电源上2视觉传感器（以光电变换为基础）的组成及各组成环节的作用？触，硅橡胶受压其电阻值就改变，当金属电极受力压硅橡胶时，

（1）照明部为了从被测物体得到光学信息而需要照明，是充分输出电压相应变化发挥传感器性能的重要条件12压觉传感器定义通过高密度配置这种传感器，可以获得同物⑵接受部由透镜和虑光片组成，具有聚成光学图像或抽出1fcF体接触时各部分不同的压力，将该压力变换成相应处的电压信号，效信息的功能可以获得关于物体形状的信息特点动作准确，精度高，缺点⑶光电转换部将光学图像信息转换成电信号是体积大，不能高密度配置

（4）扫描部将二维图像的电信号转换为时间序列的一维信号13滑动觉传感器应用于工业机器人手指把持面与操作对象之间在机器人领域，儿乎都是采用工业电视摄像机作为视觉传感黑的相对运动，以实现实时控制指部的夹紧力3光电式摄像机是由接收部分,光电转换部分和扫描部分组成的第六章温度传感器二维视觉传感器1;诞代表物质的冷热程度，是物体内部分子运动剧烈程度的标志4固体半导体摄像机原理是由许多光电二极管组成阵列，作为摄测量温度的方法有接触式和非接触式像机的感光部分以代替光导摄像管它是由摄像元件（CCD）,信2接触式的籽点是感温元件与被测对象直接物理接触,进行热传号处理电路，驱动电路和电源组成摄像元件（CCD）是一种MOS导行晶体开光集成电路3非接触式的特点是感温元件与被测对象不物理接触,而是通过5二维CCD摄像元件的构成主要有隔行传送方式和帧传送方式热辐射进行热传递两种4热电偶式温度传感器属于接触式热电动势型传感器，它的工作6激光式视觉传感器的原理是利用激光作为定向性高密度光源的原理是热电效应视觉传感器构成的，这种传感器用作激光扫描器来识别商品上的热点效应:当两种不同金属导体两端相互紧密地连接在一起组成一条形码c个闭合电路时，由于两个接触点温度T和To不同，回路中将产生7红外图像传感器原理是把波长（2-20）um的红外光图像变换热电动势，并有电流通过，这种把热能转换成电能的现象称为热成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器它通常由红外敏电效应感元件和电子扫描电路组成5热电动势由接触电动势和温差电动势组成8人工视觉（机器视觉）使用机器的自动化刀法实现类似人类6接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触视觉的功能处形成的电动势人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入,图像处理,图像存储和7温差电动势是在同一根导体中由于两端温度不同而产生的电动图像输出四个系统构成各部件的用途是

（1）图像旭△是通过视势觉传感器将对象物体变成二维或三维图像，再经光电变换将光信中间导体定律:导体b组成的热电偶，当引入第三个导体时，只要号变成电信号，通过扫描采样将图像分解成许多像素，再把表示保持其两端温度相同，则对总热电动势无影响，这一结论被称为各个像素信息的数据输入计算机进行图像处理

（2）图像处理是中间导体定律对获取的图像信息进行预处理（前处理），以滤去干扰，噪声，8热电偶通常由热电极,绝缘材料，接线盒和保护套组成并作几何，色彩方面的校正，以提高信噪比目的是改善图像质9热电偶可分为

（1）普通热电偶主要用于测量液体和气体量，以利于进行图像识别

（3）图像存储是把表示图像各个像素的温度的信息送到存储，以备调用图像的信息量大

（4）图像输出分

（2）铠装热电偶（缆式热电偶）特点是测量结热容量小，热为两类

①一类是只要求瞬时知道处理结果，以及计算机用对话形惯性小，动态响应快，挠性好，适用于普通热电偶不能测量的空式进行处理的显示终端，该类称为软拷贝

②另一类是可长时间间温度保存结果，称为硬拷贝

（3）薄膜热电偶主要用于测量固体表面小面积瞬时变化的温9物体图像信息的输入识别物体前先将物体的有关信息输入到计度，特点是热容量小，时间常数小，反应速度快算机内被输入的信息主要有明亮度信息，颜色信息和距离信息⑷并联热点偶它是把儿个同一型号的热电偶的同性电极参考端10图像处理的方法有微分法和区域法并联在一起适用于测量平均温度10接触觉传感器最早是微动开关它工作范围宽，不受电，磁⑸串联热电偶（热电堆）干扰，简单，易掌握，成本低，但响应速度低，动作压力高原10热电偶参考端电位补偿法有:恒温法，温度修正法，电桥补偿理它们都是通过在一定接触力下，切换通一断状态，输出高或法，冷端补偿法，电位补偿法低的电平信号，以表示是否发生接触11电位补偿法是在热电偶回路中接入一个自动补偿的电动势11硅橡胶触觉传感器的工作原理是硅橡胶与金属电极对置，接12热电阻式传感器可分为金属热电阻式和热敏电阻式13金属热电阻式温度传感器是电阻体,电阻体是由金属导体构成气体的5半导瓷气敏元件与半导体单晶体相比，具有工艺简单，使用方14热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为了避免便，价格便宜，对气体浓度变化响应快，即使在低浓度下灵敏度通过交流电时产生感抗，或交变磁场时产生感应电动势，在绕也很高等优点，故可用于制作多种具有实用价值的气敏元件其TF制时采用双线无感绕制法缺点是稳定性差，老化较快15热敏电阻式温度传感器的感温元件是对温度非常敏感的热敏6常用气敏元件的种类按其结构可分为烧结型，薄膜型和厚膜电阻，所用材料是陶瓷半导体，其导电性取决于电子-空穴的浓度型其特点是热敏电阻的温度系数比金属热电阻大，体积小，重量轻，7

（1）烧结型器件的一致性较差，机械强度也不高，但它价格很适用于小空间温度测量，它的热惯性小，反应速度快，适用于便宜，工作寿命较长，应用广泛

（2）薄膜型气敏元件（如氧化测量快速变化的温度锡，气敏性最好）为物理性附着系统，器件之间的性能差异ZnO16非接触式温度传感器采用热辐射和光电检测的方法K工作机仍较大

（3）厚膜气敏元件的一致性较好，机械强度高，适于批理是当物体受热后,电子运动的动能增加，有一部分热能转变为辐量生产射能量的多少与物体的温度有关，当温度较低时，辐射能力很弱；8气敏元件的儿种应用实例有

①气敏电阻检漏报警器

②矿灯当温度较高时，辐射能力很强瓦斯报警器

③一氧化碳报警器

④煤气传感器它可分为半导17非接触式温度传感器可分为全辐射式温度传感器,亮度式温度式和接触燃烧式传感器和比色式温度传感器

二、湿度传感器18全辐射温度传感器是利用物体的全光谱范围内总辐射能量与9湿敏元件是利用湿敏材料吸收空气中的水份而导致本身电阻值温度的关系测量温度特点是适用于远距离，不能直接接触的高发生变化的原理制成的优点是灵敏度高，体积小，寿命长，可温物体，其范围是（100〜2000度）以进行遥测和集中控制19亮度式温度传感器利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原10湿度是指大气中所含的水蒸气量最常用的两种方法是绝对理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐射体亮湿度和相对湿度度进行比较来测量温度特点是量程较宽，有较高的测量精度，11绝对湿度是指一定大小空间中水蒸气的绝对含量一般用于测量（700〜3200度）范围的浇铸轧钢，锻压，热处理12相对湿度是指为某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比时的温度值的百分数，这是一个无量纲值20比色温度传感器以测量两个波长的辐射亮度之比为基础特13氯化锂湿敏电阻式利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变点是用于连续自动检测钢水，铁水，炉渣和表面没有覆盖物的高化而制成的测湿元件温物体温度，其量程为（800〜2000）度，测量精度为

0.5%它的14负特性湿敏半导瓷是由于它们的电阻率随湿度的增加而下降优点是反应速度快，测量范围宽，测量温度接近于实际值15正特性湿敏半导瓷是一类材料（Fe3O4半导流）的电阻率随21半导体温度传感器以半导体P-N结的温度特性为理论基础的着湿度的增加而增大是利用晶体二极管与晶体三极管为感温元件采用半导体二极管16半导体陶瓷湿敏元件的材料，主要是不同类型的金属氧化物作温度传感器，有简单，价廉的优点，用它可制成半导体温度计，半导体湿敏元件具有较好的热稳定性，较强的抗沾污能力，能测量范围在（0-50）度用晶体三极管制成的温度传感器测量精度在恶劣，易污染的环境中测得准确的湿度数据，而且有响应快，高，测量范围较宽在（-50〜150）度之间，因而用于工业，医疗等使用温度范围宽（可在150度以下使用），可加热清洗领域的测量仪器或系统都还有很好的长期稳定性17热敏电阻式湿敏元件特点和应用是:

（1）灵敏度高且响应速第七章气敏、湿度、水份传感器度快，

（2）滞后现象

（3）不像干湿球温度计需要水和纱布及其

一、气敏传感器它维修保养

（4）可连续测量

（5）抗受风,，油，尘埃能力强I气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的应用使用这种绝对湿度传感器的湿度调节，可制造出精密的恒传感器湿槽2气敏元件的工作机理是吸附效应半导瓷气敏电阻值将随吸附18高分子膜湿敏元件它用于工业湿度计测中气体的数量和种类而改变19高分子膜湿度传感器的工作原理是以随高分子膜吸收或放出3如果材料的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向材料水份儿引起电导率或电容变化测量环境相对湿度的装置释放电子而成为正离子吸附氧气和氮氧化合物倾向于负离子吸20电子湿度计的构成它由检测部分（有携带型，墙袋型和凸缘附，称为氧化型气体型三种传感器），数字显示器和变换器等构成4氢气，CO碳氢化合物和酒类倾向于正离子吸附，称为还原型21高分子膜湿敏元年的主要用途是广泛用于湿度监视，记录和控制，尤其可用于普通湿度计难以测量的小于的湿度中，桥调零20%RH湿度计使用在超过90%RH的高湿度区域中会出现结露，结露时，11电桥调零通常采用串联调零和并联调零两种方法串联调零湿度传感器在沾湿间歇不能测量，一旦沾湿现象消失，恢复原来电路，微调电位器串联在桥路中，它多用在桥臂参数值较Rw R特性大的场合调零电位器的阻值Rw«R为并联调零电路，微调电位22结露传感器的优点是

（1）实际使用时，传感器特性并不因表器Rw并联在电桥输出端，多用在桥臂参数R值较小的场合面的垃圾和尘埃以及其它气体的污染而受影响三调制与解调

（2）可以用于高湿状态

（3）具有快速开关特性，所以工作点12调制是指将直流信号换成交流信号的过程常用的调制器有变动小

（4）工作电路可用直流电压晶体管调制器和提高输出电压的晶体管调制器

三、水份传感器13调解是指当直流信号被调制成交流信号后，若再将该交流信23水份是存在于物质中水的数量，以百分比表示该项指标是号还原成直流信号常用的调制器是二极管调制器和三极管调制掌握物质保存状态和质量管理的指标器24水份传感器（水份计）有直流电阻型，高频电阻型，电容率四滤波器型，气体介质，近红外型，中子型和核磁共振型14滤波方式有无源滤波，有源滤波和数字滤波25水份传感器的工作原理是利用了被测物质的电学性质，高分15若检测系统中对滤波要求不太高,可以采用无源滤波器无源子物质的电阻与其含水率之间的关系，通过测定电阻值,就R M滤波器电路简单缺点是带负载能力差能测定水份含量16一阶低通滤波器是指传递函数为一阶它适用于精度要求不26直流电阻式水份传感器的工作原理是利用微型计算机储存了高的场合高通滤波器是指电路具有高频信号容易通过并抑制RC温度修正以及各种试样水份与电阻值相关的特性，通过转换开关低频信号的作用进行各种试样的水份测定17带通滤波器用于通过某一频段的信号，而将此频段以外的信第八章传感检测系统的构成号加以抑制或衰减衡量带通滤波器的工作特性好坏的重要指标一电桥是品质因数，其定义为中心频率与通频带宽度之比在一f Bf1传感检测系统的组成及其各环节的功能是通常是由传感器，定的条件下，越大通频带越窄，选择性越好Q中间转换电路，微机接口电路，分析处理及控制显示电路等部分18有源滤波器由运算放大器和RC网络组成组成,分别完成信息的获取，转换，传输，分析处理，显示记录等19有源滤波器与无源滤波器相比具有的优虚是（I）有源滤波器功能不用电感线圈，因而在体积，重量，价格，线性等方面具有明显2电桥是把电阻，电感和电容等元件参数转换成电压或电流的一的优越性，便于集成化

（2）由于运算放大器输入阻抗高，输出种测量电路这种测量电路简单直接，而且精度和灵敏度都较高，阻抗低，可以提供良好的隔离性能，并可提供所需增益

（3）可在缉拿侧系统中应用较多以使低频截止频率达到很低范围3按电源的不同电桥分为直流电桥和交流电桥按电桥的工作方20一阶低通滤波器的缺点是对截止频率以外的信号衰减较慢，式可分为平衡电桥和不平衡电桥按电桥被测电阻的接入方式可因此选择性差二阶低通滤波器（R|二R2=R，C|=C=C）能克服一2分单臂电桥和差动电桥阶低通滤波器的缺点二阶高通滤波器可以克服一阶滤波器在w4直流电桥是在电桥的输入端加入直流电源E小于附近衰减慢的缺点带通滤波器品质因数越大，通频wo Q5交流电桥是采用交流电源供电的电桥带宽度越窄，则选择性越好，改变或可以改变和不影Rf RFQ B,6当用电桥进行测量时，可采用零测法和偏差测量法响带阻滤波器是抑制某个频率范围内的频率分量，使其衰减，foo7平衡状态的应用是基于零测法利用热电阻传感器测量温度，而让此频带以外的频率顺利通过应用的就是电桥的平衡状态它一般适合于测量静态值不平衡21数字滤波方法有

（1）限定最大偏差法，它最要用于变化比较状态的应用基于偏差测量法它既可以测量静态值又可以测量动缓慢的参数

（2）算术平均值法适用于压力测量，流量测量态值，其测量精度受检流计的精度及电源稳定性的影响，但能满

（3）加权平均滤波法足实际测量的要求22模/数（A/D）转换是指将模拟量变为数字量数/模（D/A）8衡量电桥的工作特性质量的两项指标是电桥的灵敏度及电桥的是指将数字量变为模拟量非线性误差23数/模（D/A）转换器的技术指标是

（1）分辨率

（2）精度9电桥的灵敏度是指单位输入量时的输出变化量转换器的精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差这种误10电桥调零是在测量时，由于是利用了电桥的不平衡输出反映差由参数电压的波动，运算放大器的零点漂移，模拟开关的压降被测量的变化情况，因此，测量前电桥的输出应调为零，称为电以及电阻阻值的偏差引起的

（3）线性度通常用非线性误差的大小表示数/模转换器的线性度

（2）共模噪声噪声电压或电流同时加到两信号上所产生

（4）输出电压（或电流）的建立时间24模拟量、转换为数字量的方法很多，目前用的较多的是逐次逼近法25多路模拟开关环节通常在微机控制的检测系统中，要采用多路信号，为了减少检测通道的设备，.而使多个信号的采样共同使用一个模/数转换器，需将经过多路传感器转换后的信号采用分时法切换到模/数转换器上由于多路模拟开关在接通时有一定的导通电阻，在某种情况下26对信号的传递精度带来较大影响，一般可通用加大负载阻抗以减小其影响27采样保持器的原理是模/数转换器在将模拟量转换成数字量的过程中需要一定的时间，这就要在模/数转换开始时将信号电平保持住，而在模/数转换结束后又能对输入信号进行采样28为了使采样保持器达到一定的精度，需在它的输入级采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗采样开关被接通的时间称为采样时间七传感器检测信号的细分与辨向原理1几何量测量中采用机械式细分、光学式细分和电子式细会等方法2辨向原理:相位角不能是

0、18（）、360%否则会出现两路信号刚好相差整数周期或相位刚好想反3四倍细分电路又称直接细分29按照干扰的来源可以分两类是系统内部的干扰和来自系统外部的干扰30产生内部干扰的因素有信号通过公共电源，地线和传输线的阻抗相互耦合形成的干扰31外部干扰的因素有外部高压电源因绝缘不良形成的漏电，广播电视，高频感应加热等，空间电磁波的辐射，周围机械振动和冲击的影响等32形成干扰的三个条件是干扰源，干扰的耦合通道，干扰的接收电路33抑制干扰的方法有

（1）接地在测量系统中有四种接地系统安全地，信号源地，数字信号地和模拟信号地

（2）屏蔽

①静电屏蔽其方法有两种

①是用金属屏蔽罩罩住带静电的物体，并将屏蔽罩接地，使罩外空间不存在静电场

②用屏蔽罩罩住测量电路，保证罩内部存在静电场

②低频磁感应屏蔽其原理是使绝大部分磁通量经屏蔽体通过，选用导磁性能好的材料做屏蔽罩

③高频磁感应屏蔽其对辐射电磁场屏蔽

（3）隔离变压器隔离电路和光电耦合电路

（4）滤波

①电源滤波

②退耦滤波器

③有源滤波

④数字滤波34典型噪声干扰的抑制

（1）设备启，停时产生的电火花干扰消除这种干扰的方法通常是采用吸收电路，即将电阻和电RC R容串联后并联到继电器触点或电源开关两端C。