传感器知识点.docx

《传感器知识点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器知识点.docx（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、传感器与自动检测技术第一章1、检测的定义：检测是利用各种物理、化学反响、选择适宜的方法与装置，将消费、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赐予定性或者定量结果的过程。 可以自动的完成整个检测处理过程的技术成为自动检测与转换技术。2检测系统的一般构成框图：数据显示、纪录、分析、综合推断、决策、监控通信接口与总线信号调理电路传感器底层显示分析处理信号调理电路底层显示分析处理传感器1） 传感器是检测系统的第一环节，设计时要充分考虑被测量与被测对象的特点，在理解被测对象与各种传感器的特性的根底上，根据被测量精度的要求、被测量变更范围、被测量所处的环境条件、传感器的体积以及整个检测系统的性能

2、要求等限制，合理地选择传感器。2） 信号调理电路是对传感器的传输电信号做进一步的加工处理，多数是进展信号之间的转换，包括对信号的转换、放大滤波等。3） 纪录、显示仪器是将所测的信号变成一种能成为人们所理解的形式，以供人们视察与分析。4） 信号分析处理用来对测试所得的试验数据今夕处理、运算、逻辑推断、线性变换，对动态测试结果做频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）、相关分析等，完成 这些工作必需承受计算机技术。 数据处理结果通常送到显示器与执行机构去。所谓的执行机构通常指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调整阀、伺服电动机等，他们在电路中是起通断、限制、调整、疼惜等作用的电气设备。3、传感器的定义：

3、可以感受（或响应）规定的被测量，并根据确定规律转换成可用输出信号的期间或装置，通常由敏感元件与转换元件组成。4、传感器一般由敏感元件、转换元件与其他扶植元件组成。1)敏感元件感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。2）转换元件又称传感元件，是传感器的重要组成元件。5、信号调理与转换电路能把传感元件输出的电信号转换成便于显示、纪录与限制点有用信号的电路。传感器组成框图：敏感元件转换元件信号调理电路扶植电源电路被测信息输出信息6、通常用来描绘静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差等。7、准确度（精度）指标有三个：精细度、正确度与准确度。1）精细度 ：说明结果的分散性。

4、 越小说明结果越精细（对应随机误差）。2）正确度 ：说明测量结果偏离真实值大小的程度（对应系统误差）。3) 准确度 ：含有精细度与正确度两者之与的意思，即测量的综合优良程度。7、系统的动态响应特性一般通过描绘系统的微分方程、传递函数、频率响应函数、单位脉冲响应函数等数学模型来进展探讨。8、要实现不是真检测，检测系统的幅频特性应为常数，相频特性应为线性。A()=|G(j)|A(常数)引起的失真称为幅值失真，()与之间不满意线性关系引起的失真称为相位失真。第二章1、真值：指确定的时间及空间条件下，被测量客观存在的实际值。2、标称值：计量或测量器具上标注的量值。3、示值：由测量仪器给出或供应的量值，

5、也称测量值。4、测量结果的精细度：反映测量结果与真值接近程度的量。它与误差大小对应，即：误差大，精度低；误差小，精度高。可细分为：一、准确度（反响测量中系统误差的大小，即测量结果偏离真值的程度）；二、精细度（反响测量中随机误差的大小，即测量结果的分散程度）；三、准确度（反响测量中系统误差与随机误差综合影响的程度）。其中，精细度与准确度的区分由图2.1可知，曲线1表示准确却不精细（小，大）的测量，曲线2表示精细却不准确（小，大）的测量。要同时兼顾准确度与精细度，才能成为准确的测量5测量误差分为系统误差、随机误差与粗大误差三大类。（1） 系统误差在一样条下，对同一被测量进展屡次重复测量时，出现某种

6、保持恒定或按确定规律变更着的误差称为系统误差。凡误差的数值固定或按确定规律变更者，均属于系统误差。2）随机误差在一样条件下，对同一被测量进展屡次重复测量时，受间或因素影响而出现误差确实定值与符号以不行预知的方式变更着，则此类误差称为随机误差。随机误差不行能修正6.系统误差的判别：a）大体上正负相间无显著变更规律不存在系差；（b）有规律地向一个方向成比例变更有线性系差存在；（c）有规律地重复交替呈周期性变更周期性系差存在；（d）呈周期性与线性复合变更困难系差存在。7.通常，用确定误差来评价一样被测量测量精度的凹凸，相对误差可用于评价不同被测量测量精度的凹凸。为了削减仪器表引用误差，一般应在满量程

7、2/3范围以上进展测量。第三章1、半导体应变片是用半导体材料，承受与丝式应变片一样方法制成的半导体应变片。2、电阻式传感器的测量电路常用桥式测量电路。3、电容式传感器是利用将非电量的变更转化为电容量的变更来实现对物理量的测量。可分为变极距型、变极板面积型、变介质型三种类型。4、电感式传感器是利用电磁感应原理将被测的非电量的变更转换成线圈的自感系数L或者互感系数M的变更的装置。可分为自感系数变更型与互感系数变更型。5、可变磁阻型自感式传感器又分为气隙厚度变更型、气隙面积变更型与螺管型三种类型。6、电感传感器所承受的测量电路一般为沟通电桥。7、互感式传感器则是把被测量的变更转换为变压器的互感变更。

8、由于变压器的二次线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。差动变压器式传感器的应用特别广泛，但凡与位移有关的物理量均可经过它转换成电量输出。常用于测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量。8、根据电涡流效应制成的传感器叫做电涡流式传感器。可分为高频反射型与低频投射型两类。9、用于电涡流式传感器的测量电路主要有调频式、调幅式电路两种。10、压电式传感器是以具有压电效应的元件作为转换元件的有源传感器。11、压电效应：当某些物质沿其确定方向施加压力或者拉力时，会产生形变，此时这种材料的两个外表将产生符号相反的电荷。12、压电材料可分为：压电晶体与压电陶瓷。常见的压电晶体有自然与人造石英晶

9、体压电陶瓷是人造多晶体系压电材料。常用的有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐系压电陶瓷。13、压电传感器可用来测量力、压力、加速度、位移等物理量。14、磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器，也成电磁感应传感器。根据构造方式不同，磁电感应式传感器通常有两种：动圈式与磁阻式。15、热电式传感器是将温度变更转换为电量变更的装置。16、将两种不同材料的导体A与B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应或赛贝克效应。17、热电偶的热电势由接触电势与温差电势两局部组成。18、理论证明，在热电偶回路中起主要作用的是两个

10、结点的接触电势，因此将单一导体的温差电动式无视不计。则19、热电偶定律：1）中间导体定律：在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度一样，则对回路的总热电势没有影响。2）中间温度定律：在热电偶测温回路中，Tm为热电极上某一点的温度，热电偶AB在接点温度为（T，T0）时的热电势EAB (T，T0)等于热电偶AB在接点温度（T，Tm）与（Tm，T0）时的热电势EAB (T，Tm)与EAB (Tm，T0)的代数与。 20、 热电阻传感器：利用导体或半导体的电阻值随温度变更而变更的原理(热阻效应）制成的传感器。热电阻传感器分为：金属热电阻与半导体热电阻。金属热电阻：热电阻；半导体热

11、电阻：热敏电阻。21、 热电阻材料主要是铂、铜、镍、钅因、锰等。用得最多的是是铂、铜。镍与铁的电阻温度系数大，电阻率高，可用于制成体积大、灵敏度高的热电阻。但由于简洁氧化，化化学稳定性差，不易提纯，重复性与线性度差，目前应用还不多。22、 按半导体电阻温度特性，热敏电阻可分为三类：（）负温度系数的热敏电阻（NTC）（）正温度系数的热敏电阻（PTC）（）临界温度系数的热敏电阻（CTR）23、最常见的热敏电阻是由金属氧化物组成的，如锰、钴、铁、镍、铜等多种氧化物烧结而成。24、光电式传感器是将光信号转换为电信号的光电器件,可用于检测干脆引起光强变更的非电量,也可用来检测能转换成光量变更的其他非电量

12、。25、光电式传感器的根底是光电转换元件的光电效应。光电效应可分为两类：外光电效应与内光电效应。1） 外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体外表对外放射的现象称为外光电效应。2） 内光电效应：在光线作用下，物体的导电性能发生变更或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应与光伏特效应。 光伏特效应：在光照条件下，半导体材料汲取光能后，引起PN结两端产生电动势现象称为光伏特效应。26、基于光电导效应工作原理制成的光电器件有光敏电阻。光敏电阻又称光导管，几乎都用半导体材料制成的光电。27、基于光生伏特效应原理制成的光电器件有光电二极管、光电三极管与光电池。28、电荷耦

13、合器件（Charge Couple Device, 缩写为CCD）是一种大规模金属氧化物半导体（MOS）集成电路光电器件。电荷耦合器件以电荷为信号， 具有光电信号转换、 存储、 转移并读出信号电荷的功能。29、霍尔传感器是基于霍尔效应的一种磁敏式传感器。30、光纤传感器（FOS）是基于光纤纤维的新型传感器。31、振动频率20KHz以上的机械波成为超声波。32、微波是指波长为1mm1m的电磁波。33、微波传感器可以分成反射式与遮断式。34、微波传感器的优点：1）可以实现非接触测量，因此可以进展活体检测，大局部测量不须要采样。2）检测速度快、灵敏度高可以进展动态检测与实时处理，便于自动限制。3）可

14、以在恶劣环境条件下进展检测，如在高温、高压、有毒、有放射线环境条件下工作。4）输出信号可以便利地调制在载波信号上进展放射与接收，便于实现遥测与遥控。35、微波传感器存在的问题：主要问题是零点漂移与标定问题，这些问题尚未得到很好的解决。另外，是用微波传感器的时候外界的因素影响比拟多，如温度、气压、采样位置等。36、红外线：比红光波长更长的光叫红外线。是一种不行见光，由于位于可见光中红外线以外的光，故称红外线。37、核辐射传感器是根据被测物质对射线的汲取，反、散射或射线对被测物质的电离激发作用而进展工作的。它是利用放射性同位素来进展测量的。38、数字传感器：就是把被测模拟量干脆转换成数字量输出的传

15、感器。39、数字传感器的特点：1）具有高抗干扰实力与高性噪比，有利于杂恶劣的环境下是用。通常免于噪声与外来信号的干扰。特别是用于远间隔 传输。2）数据可以高速远间隔 传输，而不会引入动态滞后。3）能同时做到高测量精度与大测量范围。4）易于与计算机接口，便于信号处理与实现自动限制，可以进展大量数据的高速处理，如压缩、调制与解调、显示、存储与反复阅读及调用。5）响应速度受各种因素的制约，有的相对较低（主要是频率式的）。6)数字式传感器与数字式执行器协作运用，特别适用于重复性的工作中。7）数字式传感器便于动态及多路测量，运用便利，易于与其他各种数字电路接口，实现积木化，为非专业人员所熟识与运用，变成

16、一个群众化的传感器。8）工作牢靠性高，安装便利，维护简洁。40、光电式编码器用光电方法，将转角与位移转换成各种代码形式的数字脉冲。41光栅式传感器：是根据莫尔条纹原理制成的一种计量光栅，主要用于位移测量及与位移相关的物理量(如：速度、加速度、振动、质量、外表轮廓等方面)测量。42.直线感应同步器与圆感应同步器的工作原理根本一样，都是利用电磁感应原理工作。43生物传感器是利用各种生物或生物物质（是指酶、抗体、微生物等）作为敏感材料，并将其消费的物理量、化学量的变更转换成电信号，用以检测与识别生物体内的化学成分的传感器。44、几种生物传感器：酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、。45智能式传感器：

17、是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、推断，量程自动转换，漂移、非线性与频率响应等自动补偿，对环境影响的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。46.与传统传感器相比，智能传感器有以下特点：精度高、牢靠性与高稳定型强、高性噪比与高区分率、自适应性强、性能价格比高。47.MEMS通常称微机电系统。定义：将传感器、信号处理器与执行器以微型化构造形式集成一个完好的系统，而该系统具有“敏感”、“确定”与“反响”的实力。48.模糊传感器：是在经典传感器数值测量的根底上经过模糊推理与学问集成，以自然语言符号的描绘形式输出的传感器。其根本功能：学习、推理联想、感知与通信功能。49.网络传感

18、器：是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据就近登录网络，在网络所能及的范围内实时发布与共享。50.网络传感器主要是由信号采集单元、数据处理单元及网络接口单元组成。其核心是 使传感器本身实现网络通信协议。51:。网络传感器根本构造图：调理电路A/D转换微处理器网络接口敏感元件信号采集单元数据处理单元网络接口单元第四章1.力测量所根据的原理是力的静力效应与动力效应。2.位移：是一个向量，包括线位移与角位移。3.位移测量分为模拟测量与数字测量两大类。1）常见的模拟测量传感器：电阻式传感器（电位器式与应变式）、电感式传感器（差动电感式与差动变压器式）、电容式传感器（变极距式、变面积式与变介质式

19、）、电涡流式传感器、光电式传感器及光导纤维传感器、超声波传感器、激光及辐射式传感器、薄膜传感器。2）常见数字式转扮装置有感应同步器（直线式、圆形）、旋转变压器、磁尺（带状、线状、圆形）、光栅（直线式、圆形）与各种脉冲编码等。4.物位是指各种容器设备中液体介质液面的凹凸、两种不相溶的液体介质的分解面的凹凸与固体粉末状物料的积累高度等的总称。包括液位、料位、界位。5超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。原理：超声波放射与接收换能器可以设置在液体中，这样，超声波将在液体中传播。对于单换能器，如图4.35中左边两种构造，若超声波从放射到液面，又从液面反射到换能器的时间为t

20、，则换能器距液面的间隔 h为：对于双换能器，如图4.35中右边两种构造，若超声波放射点到换能器的间隔 为s，则从放射到被接收经过的路程为2s，设两个换能器之间的间隔 为2a，那么可以推算出液位高度为：*超声波传感器具有精度高与运用寿命长的特点，但若液体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般运用条件下，它的测量误差为0.1，检测物位的范围为m。6.厚度测量的传感器： 1）确定测厚低频透射式电涡流测厚；超声波测厚；微波测厚；核辐射测厚。2）相对测厚极距变更性电容传感器、高频反射式涡流传感器。7有些频率的声音干脆或间接地影响着人们的生活品质与身心安康，影响着机器设备的工作性能与寿命，通常称

21、之为噪声。 8声波具有一般波动特性，在空间传播过程中遇到阻碍物时会产生反射、折射与衍射与干预等典型波动现象。两个同频率的声波在声场中相遇时会发生干预，相遇处的声波相互加强或消弱。9.噪声的强弱通常承受声压、声强与声功率等参量来度量。10.频率是确定声音凹凸的主要因素。11.人耳推断声音响与程度用响度来度量。响度的单位为宋（sone）。12.一般多承受近声场的测量法，将传声器置于距被测产品1m，距地面1.5 m的地方来测量。13.温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内局部子无规则猛烈运动程度的标记。14.温标就是温度的数值表示的标尺，是温度的单位制。15. 根据国际温标ITS-90，摄氏温度t

22、（oC）与国际开尔文温度T（K）之间的关系为16.温度测量方法根据感温元件是否与被测介质接触，可以分为接触式与非接触式两大类。17.阐述什么是接触式、非接触式测温方法？ 答：接触式测温的方法就是使温度敏感元件与被测温度对象相接触，之间进展充分的热交换，当热交换平衡时，温度敏感元件与被测温度对象的温度相等，测温传感器的输出大小即反映了被测温度的凹凸。 常用的接触式测温的温度传感器主要有热膨胀式温度传感器、热电偶、热电阻、热敏电阻与温敏晶体管等。这类传感器的优点是构造简洁、工作牢靠、测量精度高、稳定性好、价格低；缺点是有较大的滞后现象（测温时由于要进展充分的热交换），不便利于运动物体的温度测量，被

23、测对象的温度场易受传感器接触的影响，测温范围受感稳元件材料性质的限制等。 非接触式测温的方法就是利用被测温度对象的热辐射能量随其温度的变更而变更的原理，通过测量与被测温度对象有确定间隔 处被测物体发出的热辐射强度来测得被测温度对象的温度。 常见非接触式测温的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器等。这类传感器的优点是不存在测量滞后与温度范围的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体外表的温度，不影响被策温度，缺点是受被测温度对象热辐射率的影响，测量精度低，运用中测量间隔 与中间介质对测量结果有影响等。18.对红外温度传感器的测温原理作简洁介绍：红外光向外界辐射出能量的大小与

24、该物体热力学温度的4次方成正比：利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度传感器。这种测量不须要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。能量主要集中在中红外与远红外波长。红外温度传感器测温原理图：第五章1.微弱信号检测学，就是探讨从噪声中提取信息的方法及技术的学科。2.从广义讲，噪声可以分为两类，即干扰与噪声（狭义）。一、干扰是指非被测信号或非测量系统所引起的噪声。干扰属于志向上可解除的噪声。二、狭义噪声是指来自于被测对象、传感器、比拟测定系统内部的广义噪声。其特点 ：不行能彻底解除，只能设法削减，这些噪声是随机的。3.微弱信号检测方法可分为两大类，一类是时域处理方法，即信号的全部处理都是在时域内

25、进展；另一类是频域处理方法，即将信号变换到频域，然后根据信号的频域特性对信号进展处理。一、时域处理方法又分：常规方法、相关检测方法、周期信号的取样积分方法、离散量的计数统计、并行检测。二、频域检测方法又分：窄带化检测技术及相干检测技术。4微弱信号检测技术 ：电容检测、压阻检测、压电检测、隧道检测、热流式检测、谐振式检测、光纤式检测、混沌检测。第六章1.按干扰的来源，可以将干扰分为内部干扰与外部干扰。一、外部干扰：就是指那些与系统构造无关，由运用条件与外部环境因素所确定的干扰。主要来源于自然界的干扰以及四周电气设备的干扰。自然干扰主要有地球大气放电（如雷电）、宇宙干扰（如太阳产生的无线电辐射）、

26、地球大气辐射以及水蒸气、雨雪、砂尘、烟尘作用的静电效应等；电气设备的干扰主要高压输电线、内燃机、荧光灯、电焊机等设备产生的放电干扰。 二、内部干扰：就是指系统内部的各种元器件、信道、负载、电源等引起的各种干扰。常见的如信号通道干扰、电源电路干扰、与数字电路干扰。2.干扰的引入与传播主要有以下几种：静电耦合（又称静电感应）、电磁耦合（电磁感应）、共阻抗耦合、辐射电磁干扰与漏电流耦合。3.干扰抑制问题：主要从硬件与软件两个方面来考虑。接地、屏蔽、去耦，以及软件抗干扰等是抑制干扰的主要方法。4.检测系统的接地类型主要有两种：1疼惜接地2)工作接地：系统内印制电路板接地的根本原则是高频电路应就近多接地

27、，低频电路应一点接地。一般来说，频率在1MHz以下，可用一点接地，其地线长度就不要超过波长的1/20，否则应实行多点接地；而高于10MHz，应多点接地。5.信号地（传感器地）：一般以5导体（接地电阻）一点接地，留意这种地是不浮空的。6.功率地：电流较大，接地线的线径应较粗，且与小信号地线分开，接直流地。7.走线原则：在长线传输中，为了防止窜扰，行之有效的方法是承受穿插走线法。8.软件抗干扰的主要措施：一、数字滤波；二、软件陷阱：三条指令 NOP NOP三、“”技术第七章信号调理电路是测量系统的组成局部，它的输入是传感器输出电信号，输出为适宜传输、显示、纪录或者更好地满意后续标准设备或装置要求的

28、信号。信号调理电路通常具有放大、电平移到、阻抗匹配、滤波、调制、解调等功能。信号调理过程示意图：）传感器输出为模拟量的：）传感器输出为数字量的：A/D转换采样保持存储器滤波放大器传感器限制系统总线传感器存储器计数器整形电路限制电路总线隔离放大器主要由输入局部、输出局部、信号耦合器与隔离电源组成。滤波是测量系统解除干扰、抑制噪声常用的方法。滤波技术分为硬件滤波与软件滤波。5.运用多传感器数据交融技术将使测量系统具有如下优势增加测量维数，增加容错功能，改良系统的牢靠性与可维护性。进步精度。在传感器测量中，不行避开地存在各种噪声，而同时运用描绘同一特征的多个不同信息，可以削减这种由测量不准确所引起的

29、不确定性，显著进步系统的精度扩展了空间与时间的覆盖，进步了空间区分率及环境的适应实力。改良探测性能，增加响应的有效性，降低了对单个传感器的性能要求，进步信息处理的速度。降低信息获得的本钱。信息交融的构造形式：串行交融、并行交融与混合交融第八章1、所谓计算机检测，是将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进展存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为计算机检测系统。 典型计算机检测的组成p 4672、计算机检测技术一般包括硬件及软件两局部：软件局部除了具有必要的计算机操作系统的软件外。主要包括有信号的采集、处理与分析等功能模块软件；硬件局部主要是由信号调理、采样/保持。

30、模数转换、数模转换、定时/计数器、总线接口电路等局部组成3、计算机检测系统输出信号有：模拟量、开关量、数字量等输出信号4、计算机检测系统的设计时须要考虑的问题（1）传感器的选择：与测量条件有关的因素：输入信号的幅值，频率宽度、精度要求、测量所须要的时间等 与传感器有关的技术指标：精度、稳定度、响应特性、模拟量与数字量、输出幅值、对被测量物体产生的负载效应、校正周期、超标准过大的输入信号疼惜等 与运用环境条件有关的因素：安装现场条件及状况、环境条件（湿度、温度、振动等）、信号传输间隔 、所需现场供应的功率容量等与购置与修理有关的因素：价格、零配件的贮存、效劳与修理制度、保修时间、交货日期等（2）

31、主计算机选型：一般考虑单片机、单板机、微型机等主要方面中央处理单元CPU存储器 定时/计数器与通用输入输出I/O接口（3）输入输出通道设计 （4）软件设计5、计算机检测设计的根本步骤 一般分为总体设计 与 具体设计 两个阶段（1） 系统总体设计 确定所需的信息、同时确定为所需信息而测量的系统物理参数 测试方法的选择（2） 系统具体设计 根据性能要求选择相应的测量方法 选择适当的传感器或转换器考虑系统所处现场须要的处理功能 与传感器、转换器相协作的硬件与机电装置的规格，以及专用器材的制造 有关的应用软件的选择及软件的编制6、虚拟仪器就是在计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统7、虚拟仪器的构成：通用仪器硬件平台 与 应用软件 虚拟仪器的硬件平台一般分为计算机硬件平台与测控功能硬件（I/O接口设备）虚拟仪器的软件平台主要由两局部组成，即应用程序与I/O接口仪器驱动程序8、确定虚拟仪器具有传统仪器不行能具备的特点的根本缘由在于“虚拟仪器的关键是软件”9、虚拟仪器开发平台：LabWindows/CVI与LabVIEW第 21 页