传感器与检测技术部分重点_传感器与检测技术重点

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1.传感器是一种检测装置，能感受到被测量的非电量信息，如温度、压力、流量、位移等，并将检测到的信息，按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录或控制等要求。

2.传感器一般由敏感元件，转换元件和转换电路组成。

3.传感器的定义：（1）传感器是一种能够检测被测量的器件或装置；（2）被测量可以是物理量、化学量或生物量等；（3）输出信号要便于传输、转换、处理、显示等，一般是电参量；（4）输出信号要正确地反映被测量的数值、变化规律等，即两者之间要有确定的对应关系，且应具有一定的精确度。

4.传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性。当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。

5.实际曲线与其两个端点连线（拟合曲线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其最大偏差与理论满量程之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。

6.传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等

7.重复性是指传感器的输入量按同一方向变化，作全量程连续多次测量时所得到的曲线不一致的程度。

8.传感器输出的变化量Δy与引起该变化量的输入量变化Δx之比即为其静态灵敏度。

9.漂移指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。10.传感器的标定工作分为静态标定和动态标定两种。传感器的静态标定主要是检验、测试传感器或整个系统的静态特性指标。

11.预处理电路把传感器输出的非电压量转换成具有一定幅值的电压量； 数据采集系统把模拟电压量转换成数字量；计算机接口电路把A/D转换后的数字信号送入计算机，并把计算机发出的控制信号送至输入接口的各功能部件。

12.调制是利用信号来控制高频振荡的过程，进行放大和传输，已期得到最好的放大和传输效果，通常有调幅、调相和调频调制三种方法。解调是从已被放大和传输的，且有原来信号的高频信号中，把原来信号取出的过程。

13.电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将力学量转换为电信号的传感器

14.金属导体或半导体在外力（如压力等）作用时，会产生机械变形，其电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。

15.根据敏感栅材料的不同，应变片主要分为金属电阻应变片和半导体应变片两大类。

16.R3R1U0UABUADRRR3R42116.电桥的连接方式（1）单臂电桥

R1R4R2R3EER1R2R3R4U0 RRE2R2RR

(2)差动半桥

EREU0K2R2(3)差动全桥

RU0EEKR

17.电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将力学量转换为电信号的传感器

18.电阻应变效应：金属导体或半导体在外力（如压力等）作用时，会产生机械变形，其电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应 19.电阻应变片的应用

（1）力的测量(应变式力传感器)

（2）位移传感器： 应变式位移传感器是把被测位移量转换成弹性元件的变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出一个正比于被测位移的电量

（3）加速度测量(应变式加速度传感器)质量块固定在悬臂梁的一端，梁的上下表面粘贴有应变片。测量时将传感器的壳体与被测对象刚性连接，在一定的频率范围内，质量块产生的加速度与被测加速度相等，因而作用于悬臂梁上的惯性力亦与被测加速度成正比。

（4）测量扭矩(应变式扭矩传感器)应变式扭矩传感器利用应变片将扭矩产生的剪应变转换为电阻值的变化。弹性元件为整体式薄壁筒，应变片在薄壁筒的同一圆周线上成45°和135°方向粘贴。

20.压电式传感器

压电式传感器是一种典型的自发电式传感器，它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。可以测量最终能变换为力的各种非电物理量，例如动态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。压电式传感器具有体积小、重量轻、频带宽、灵敏度高等优点。

21.压电效应：某些晶体，在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两个表面产生符号相反的电荷；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称为压电效应。

22.压电式传感器的测量转换电路（1）等效电路

压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面将要聚集电荷，且电荷量相等，极性相反。这时它相当于一个以压电材料为电介质的电容器，其电容量为 Ca = εrε0A /δ

A——压电元件电极面面积；

δ——压电元件厚度；

εr——压电材料的相对介电常数； ε0——真空的介电常数。

（2）测量电路

压电传感器的前置放大器有两个作用：

一是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出； 二是把传感器的微弱信号进行放大。

电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。压电元件可以等效为一个电容C和一个电荷源并联的形式。

UO输出电压：

QAUmACaCcCiCf(A1)

23.压电式传感器的应用（1）压电式力传感器 压电式力传感器是以压电元件为转换元件，输出电荷与作用力成正比的力-电转换装置。常用的形式为荷重垫圈式，它由基座、盖板、石英晶片、电极以及引出插座等组成。（2）压电式加速度传感器 压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它的主要优点是：灵敏度高、体积小、重量轻、测量频率上限高、动态范围大。但它易受外界干扰，在测量前需进行各种校验。

（3）压电式金属加工切削力测量 利用压电陶瓷传感器测量刀具切削力 21.电涡流式传感器定位测量

根据法拉第电磁感应原理，金属导体处于变化着的磁场中或者在磁场中做切割磁力线运动时，导体会产生感应电流，这种电流像水中的漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流。电涡流式传感器利用电涡流效应进行工作。22.电涡流式传感器的测量电路

（1）电桥电路：将传感器线圈的阻抗Z变化转化为电压或电流的变化。

（2）调幅式（AM）电路： 由于涡流效应使传感器的品质因数Q值下降，传感器线圈的电感也随之发生变化，从而使谐振回路工作在失谐状态，这种失谐状态随被测导体与传感器线圈距离越来越近而变得越来越大，回路输出的电压也越来越小。谐振回路输出的信号经检波，滤波放大后送给后继电路，可直接显示出被测物体的位移量。

源极跟踪器交流 放大器检波滤波器VoutX 振荡器f∞

（3）调频式（FM）电路：传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离X改变时，由于电涡流的影响，L改变，导致振荡器频率改变。该频率可由数字频率计直接测量或通过频率电压变换后，再由电压表测得。

24.霍尔效应

金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。

25.光电式传感器

光电式传感器是将光信号转换成电信号的一种传感器。利用这种传感器测量非电量时，只需将非电量的变化转换成电量的变化进行测量。光电式传感器具有结构简单、精度高、响应速度快、非接触等优点，故广泛应用于各种检测技术中。26.光电效应的分类：

（1）外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，也称光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管（将光信号转化成电信号）、光电倍增管（将微弱光信号转化为电信号）等

（2）内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等

（3）光生伏特效应：在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。27光电断续器

光电断续器是将光电发射器、光电接收器放置于一个体积很小的塑料壳体中，两者能可靠地对准，其外形如图4所示。齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。

（a）遮断型，在机床转轴上固定一个带孔的转盘，转盘的一边由发光管产生恒定光，透过转盘小孔照射在光敏二极管或光敏三极管上，转换成电信号输出，经放大整形电路输出电脉冲信号，脉冲频率的大小即反应了转速大小。（可以用来计数，测速度）

（b）反射型，在待测转速轴上固定一个涂有黑白相间条纹的圆盘，他们具有不同的反射率，当转轴转动时，反光与不反光交替出现，光敏晶体管通过转盘反射接受光信号，并转化成电脉冲信号。28.简答题

a.什么是涡流效应？简述电涡流式传感器的工作原理（1）.涡流效应指的是法拉第电磁感应定律，当块状导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内产生感应电流，此电流在导体内闭合。

（2）电涡流式传感器是利用前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。b.电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？

电涡流传感器可以对振动,位移,厚度,转数,温度,硬度，材料损伤等进行非接触式连续测量，应用极其广泛。

29.电感式传感器：电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感（或互感）变化的一种机电转换装置。利用电感式传感器可以把连续变化的线位移或角位移转换成线圈的自感或互感的连续变化，经过一定的转换电路再变成电压或电流信号以供显示。

30.电感式传感器的种类：按转换原理的不同，可分为自感式和互感式（差动变压器式）两大类。

31.自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。自感式电感传感器常见的形式有变隙式、变截面式和螺线管式等三种

32.光电编码器 编码器是将机械传动的模拟量转换成旋转角度的数字信号，进行角位移检测的传感器。编码器的种类很多，根据检测原理，它可分为电磁式、电刷式、电磁感应式及光电式等。光电编码器也是一种光电传感器，它的最大特点是非接触式，使用寿命长，可靠性高，广泛使用于测量转轴的转速、角位移、丝杆的线位移等方面

33.光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。光电编码器的工作原理是当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲 34.光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式分为增量式编码器和绝对式编码器。

35.电容式传感器：电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。

36.电容式传感器通常可以分为以下三类：变面积型——改变极板面积；变极距型——改变极板距离；变介质型——改变介质的介电常数。

C37.Ad0rAd