传感器知识点

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、化学反应、选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或者定量结果的过程。能够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：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和被测对象的特点，在了解被测对象和各种传感器的特性的基础上，根据被测量精度的要求、被测量变化范围、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，多数是进行信号之间的转换，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，以供人们观察和分析。4）信号分析处理用来对测试所得的实验数据今夕处理、运算、逻辑判断、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，完成这些工作必须采用计算机技术。数据处理结果通常送到显示器和执行机构去。所谓的执行机构通常指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，他们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电气设备。3、传感器的定义：能够感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。4、传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。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、纪录和控制点有用信号的电路。传感器组成框图：数据显示、纪录、分析、综合判断、决策、监控通信接口和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6、通常用来描述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、精确度（精度）指标有三个：精密度、正确度和精确度。1）精密度：说明结果的分散性。越小说明结果越精密（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)精确度：含有精密度和正确度两者之和的意思，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述系统的微分方程、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行研究。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(ω)=|G(jω)|≠A(常数)引起的失真称为幅值失真，Φ(ω)与ω之间不满足线性关系引起的失真称为相位失真。第二章1、真值：指一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：由测量仪器给出或提供的量值，也称测量值。4、测量结果的精密度：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（反应测量中系统误差的大小，即测量结果偏离真值的程度）；二、精密度（反应测量中随机误差的大小，即测量结果的分散程度）；三、精确度（反应测量中系统误差与随机误差综合影响的程度）。其中，精密度与准确度的区别由图2.1可知，曲线1表示准确却不精密（δ小，σ大）的测量，曲线2表示精密却不准确（δ小，σ大）的测量。要同时兼顾准确度和精密度，才能成为精确的测量5测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三大类。（1）系统误差——在相同条下，对同一被测量进行多次重复测量时，出现某种保持恒定或按一定规律变化着的误差称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。2）随机误差——在相同条件下，对同一被测量进行多次重复测量时，受偶然因素影响而出现误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化着，则此类误差称为随机误差。随机误差不可能修正敏感元件转换元件信号调理电路辅助电源电路被测信息输出信息6.系统误差的判别：a）大体上正负相间无显著变化规律——不存在系差；（b）有规律地向一个方向成比例变化——有线性系差存在；（c）有规律地重复交替呈周期性变化——周期性系差存在；（d）呈周期性与线性复合变化——复杂系差存在。7.通常，用绝对误差来评价相同被测量测量精度的高低，相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低。为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。第三章1、半导体应变片是用半导体材料，采用与丝式应变片相同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化转化为电容量的变化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化转换成线圈的自感系数L或者互感系数M的变化的装置。可分为自感系数变化型和互感系数变化型。5、可变磁阻型自感式传感器又分为气隙厚度变化型、气隙面积变化型和螺管型三种类型。6、电感传感器所采用的测量电路一般为交流电桥。7、互感式传感器则是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。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非常广泛，凡是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。可分为高频反射型和低频投射型两类。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：当某些物质沿其一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表面将产生符号相反的电荷。12、压电材料可分为：压电晶体和压电陶瓷。常见的压电晶体有天然和人造石英晶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。根据结构方式不同，磁电感应式传感器通常有两种：动圈式和磁阻式。15、热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置。16、将两种不同材料的导体A和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和温差电势两部分组成。18、实践证明，在热电偶回路中起主要作用的是两个结点的接触电势，因而将单一导体的温差电动式忽略不计。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相同，则对回路的总热电势没有影响。000TTETETETTEABABABABC，＝，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）和（Tm，T0）时的热电势EAB(T，Tm)和EAB(Tm，T0)的代数和。00TTETTETTEmABmABAB，，，20、热电阻传感器：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理(热阻效应）制成的传感器。热电阻传感器分为：金属热电阻和半导体热电阻。金属热电阻：热电阻；半导体热电阻：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。镍和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。但由于容易氧化，化化学稳定性差，不易提纯，重复性和线性度差，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：（１）负温度系数的热敏电阻（NTC）（２）正温度系数的热敏电阻（PTC）（３）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,可用于检测直接引起光强变化的非电量,也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。25、光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。光电效应可分为两类：外光电效应和内光电效应。1）外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发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化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和光伏特效应。光伏特效应：在光照条件下，半导体材料吸收光能后，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、光电三极管和光电池。28、电荷耦合器件（ChargeCoupleDevice,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1mm~1m的电磁波。33、微波传感器可以分成反射式和遮断式。34、微波传感器的优点：1）可以实现非接触测量，因而可以进行活体检测，大部分测量不需要采样。2）检测速度快、灵敏度高可以进行动态检测和实时处理，便于自动控制。3）可以在恶劣环境条件下进行检测，如在高温、高压、有毒、有放射线环境条件下工作。4）输出信号可以方便地调制在载波信号上进行发射与接收，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和标定问题，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较多，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。是一种不可见光，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吸收，反、散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。它是利用放射性同位素来进行测量的。38、数字传感器：就是把被测模拟量直接转换成数字量输出的传感器。39、数字传感器的特点：1）具有高抗干扰能力和高性噪比，有利于杂恶劣的环境下是用。通常免于噪声和外来信号的干扰。特别是用于远距离传输。2）数据可以高速远距离传输，而不会引入动态滞后。3）能同时做到高测量精度和大测量范围。4）易于与计算机接口，便于信号处理和实现自动控制，可以进行大量数据的高速处理，如压缩、调制和解调、显示、存储和反复阅读及调用。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配合使用，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，使用方便，易于和其他各种数字电路接口，实现积木化，为非专业人员所熟悉和使用，变成一个大众化的传感器。8）工作可靠性高，安装方便，维护简单。40、光电式编码器用光电方法，将转角和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、表面轮廓等方面)测量。42.直线感应同步器和圆感应同步器的工作原理基本相同，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，并将其生产的物理量、化学量的变化转换成电信号，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：是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断，量程自动转换，漂移、非线性和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、可靠性与高稳定型强、高性噪比与高分辨率、自适