傳感器與檢測技術傳感器復習資料1.課程學習內容復習2.課后習題本次課學習的內容1.課程學習內容復習02四月20252傳感器復習資料第〇章緒論0.1傳感器的作用0.2傳感器的定義和組成0.3傳感器的分類0.4傳感器的發(fā)展展望1.課程學習內容復習02四月20253傳感器復習資料1.課程學習內容復習第〇章，緒論：傳感器的作用：傳感器是各種信息的感知、采集、轉換、傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。02四月20254傳感器復習資料1.課程學習內容復習第〇章，緒論：傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的組成：02四月20255傳感器復習資料1.課程學習內容復習第〇章，緒論：傳感器的分類：按工作機理分類，分為物理型、化學型、生物型等；按構成原理分類，分為結構型和物性型兩大類；按是否有能量轉換分類，分為能量控制型和能量轉換型；按物理原理分類；按照用途分類。02四月20256傳感器復習資料第一章傳感器的一般特性1.1傳感器的靜特性1.2傳感器的動特性1.3傳感器的標定1.4傳感器的技術指標1.課程學習內容復習02四月20257傳感器復習資料1.課程學習內容復習第一章，傳感器的一般特性：傳感器的特性：傳感器特性主要是指輸出與輸入之間的關系；當輸入量為常量，或變化極慢時，這一關系稱為靜態(tài)特性；當輸入量隨時間較快地變化時，這一關系稱為動態(tài)特性。02四月20258傳感器復習資料1.課程學習內容復習第一章，傳感器的一般特性：傳感器的靜特性：線性度；遲滯；重復性；靈敏度和靈敏度誤差；穩(wěn)定性；靜態(tài)測量不確定性；其他性能參數：溫度穩(wěn)定性、抗干擾穩(wěn)定性。02四月20259傳感器復習資料1.課程學習內容復習第一章，傳感器的一般特性：傳感器的動特性：傳遞函數；頻率特性；過渡函數。〇、一、二階系統：〇階系統：靜態(tài)靈敏度；一階系統：靜態(tài)靈敏度，時間常數；二階系統：靜態(tài)靈敏度，時間常數，阻尼比。02四月202510傳感器復習資料1.課程學習內容復習第一章，傳感器的標定：傳感器的標定：

通過各種試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關系；靜態(tài)標定；動態(tài)標定。02四月202511傳感器復習資料第二章電阻式傳感器2.1應變式傳感器2.1.1應變式傳感器的基本工作原理2.1.2金屬應變片的主要特征2.1.3測量電路2.1.4應變式傳感器的應用1.課程學習內容復習02四月202512傳感器復習資料1.課程學習內容復習第二章，電阻式傳感器：金屬的應變效應：當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化的效應，設有一根長度為l、截面積為S、電阻率為ρ的金屬絲，其電阻R=ρl/A，求R的全微分可得：外力作用改變l、S、ρ的大小，都會帶來電阻的變化。02四月202513傳感器復習資料1.課程學習內容復習第二章，電阻式傳感器：惠更斯電橋：平衡的條件。R1+⊿R1R2R4R3UILRL02四月202514傳感器復習資料第三章電感式傳感器3.1自感式傳感器3.1.1工作原理3.1.2轉換電路3.1.3零點殘余電壓3.1.4典型應用1.課程學習內容復習02四月202515傳感器復習資料第三章電感式傳感器3.5電渦流式傳感器3.5.1基本工作原理3.5.2轉換電路3.5.3低頻透射渦流傳感器3.5.4傳感器實例及典型應用1.課程學習內容復習02四月202516傳感器復習資料1.課程學習內容復習第三章，電感式傳感器：定義：是一種利用線圈自感和互感的變化實現非電量電測的裝置。感測量：位移、振動、壓力、應變、流量、比重等。種類：根據轉換原理，分自感式和互感式兩種；根據結構型式，分氣隙型、面積型和螺管型。02四月202517傳感器復習資料1.課程學習內容復習第三章，電感式傳感器：電感式傳感器的轉換電路：

調幅電路；調頻電路；調相電路。02四月202518傳感器復習資料1.課程學習內容復習第三章，電感式傳感器：電感式傳感器的誤差因素：零點殘余電壓

當差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值(從零點幾mV到數十mV)存在，稱為零點殘余電壓。02四月202519傳感器復習資料1.課程學習內容復習第三章，電感式傳感器：

電感線圈產生的磁力線經過金屬導體時，金屬導體就會產生感應電流，該電流的流線呈閉合回線，類似水渦形狀，故稱之為電渦流。電渦流式傳感器是以電渦流效應為基礎，由一個線圈和與線圈鄰近的金屬體組成，當線圈通入交變電流I時，在線圈的周圍產生一交變磁場H1，處于該磁場中的金屬體上產生感應電動勢，并形成渦流。金屬體上流動的電渦流也將產生相應的磁場H2，H2與H1方向相反，對線圈磁場H1起抵消作用，從而引起線圈等效阻抗Z或等效電感L或品質因數相應變化。金屬體上的電渦流越大，這些參數的變化亦越大。02四月202520傳感器復習資料1.課程學習內容復習第三章，電感式傳感器：電渦流式傳感器的轉換電路：

電橋電路法；諧振電路法；正反饋法。02四月202521傳感器復習資料第四章電容式傳感器4.1工作原理與類型4.2轉換電路4.3主要性能、特點與設計要點4.4電容傳感器舉例1.課程學習內容復習02四月202522傳感器復習資料1.課程學習內容復習第四章，電容式傳感器：電容式傳感器的基本原理：

δ、S和εr中的某一項或幾項有變化時，就改變了電容C0、δ或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；εr的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化02四月202523傳感器復習資料1.課程學習內容復習第四章，電容式傳感器：電容式傳感器的轉換電路：

電橋電路；二極管雙T形電路；差動脈沖調寬電路；運算放大器式電路；調頻電路。02四月202524傳感器復習資料1.課程學習內容復習第四章，電容式傳感器：電容式傳感器的特點：優(yōu)點：溫度特性好；結構簡單、適應性強；動態(tài)響應好；可以實現非接觸測量、具有平均效應。缺點：輸出阻抗高、負載能力差；寄生電容影響大。02四月202525傳感器復習資料第五章電感式傳感器5.2霍爾式傳感器5.2.1工作原理與特性5.2.2霍爾元件的誤差及其補償5.2.3典型應用1.課程學習內容復習02四月202526傳感器復習資料1.課程學習內容復習第五章，磁電式傳感器：霍爾效應的定義：

磁場中的靜止載流導體,當它的電流方向與磁場方向不一致時,載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢,這種現象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢。

02四月202527傳感器復習資料1.課程學習內容復習第五章，磁電式傳感器：霍爾效應的大?。?/p>

UH=BI/ned→UH=kHBI

02四月202528傳感器復習資料1.課程學習內容復習第五章，磁電式傳感器：霍爾式傳感器的誤差因素：

元件幾何誤差以及電極焊點的大小造成的影響；不等位電勢的影響；寄生直流電勢的影響；感應電勢的影響；溫度誤差的影響。恒流源供電和輸入回路并聯電阻；合理選取負載電阻；恒壓源和輸入回路串聯電阻；采用溫度補償元件。02四月202529傳感器復習資料第六章壓電式傳感器6.1壓電效應與壓電元件6.2等效電路與測量電路6.3應用舉例1.課程學習內容復習02四月202530傳感器復習資料1.課程學習內容復習第六章，壓電式傳感器：正壓電效應的定義：

某些電介質，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的一定表面上產生電荷，當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態(tài)的現象。當作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。02四月202531傳感器復習資料1.課程學習內容復習第六章，壓電式傳感器：基于壓電效應的測量電路：

電壓放大器；電荷放大器。02四月202532傳感器復習資料第七章光電式傳感器7.1光源7.2光電器件1.課程學習內容復習02四月202533傳感器復習資料第七章光電式傳感器7.3電荷耦合器件和位置敏感器件7.3.1電荷耦合器件7.3.2位置敏感器件1.課程學習內容復習02四月202534傳感器復習資料第七章光電式傳感器7.4光纖傳感器7.4.1光纖傳感器的基本知識7.4.2光纖傳感器的分類和應用1.課程學習內容復習02四月202535傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光電式傳感器的基本構成：

將光量轉換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。光電式傳感器的工作原理是：首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后通過光電轉換元件變換成電信號。光光源光電電光通路光電器件信號處理被測量被測量輸出02四月202536傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光電器件的作用和分類：

作用：將光信息轉換為電信號光信息：光強度、光相位、光頻率電信號：電流、電壓、電阻分類：熱輻射探測器光子探測器02四月202537傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光電器件的工作原理：

是指物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量，從而產生的電效應。光電傳感器的工作原理基于光電效應。光電效應分為外光電效應和內光電效應兩大類。外光電效應；內光電效應：光電導效應；光生伏特效應。02四月202538傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：CCD的工作原理：

CCD通過電荷的存儲和轉移，來實現信號的存儲和轉移，不同于其它大多數器件是以電流或者電壓為信號。02四月202539傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：CCD產生信號電荷的轉移：

每個像素下面勢阱內的電荷包通過轉移后，順序向外電路輸出，并轉換成信號電流或電壓的形式，由外電路放大和處理。02四月202540傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：PSD的工作原理：

基于內光電效應檢測連續(xù)光點位置的光電元件，也被稱作“坐標光電池”；02四月202541傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光纖傳光的工作原理：

當入射角超過全反射臨界角時，光線不會透過其界面，而全部反射到光密物質內部，也就是說光被全反射。根據這個原理，只要使光線射入光纖端面的光與光軸的夾角θ0小于一定值，則入射到光纖纖芯和包層界面的θ1角就滿足小于臨界角θc的條件，光線就射不出光纖的纖芯。光線在纖芯和包層的界面上不斷地產生全反射而向前傳播，光就能從光纖的一端以光速傳播到另一端，這就是光纖傳光的基本原理。02四月202542傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光纖的種類：

按折射率，可將光纖分為階躍折射率光纖和漸變折射率光纖。按傳播的模式，可將光纖分為單模光纖和多模光纖。02四月202543傳感器復習資料1.課程學習內容復習第七章，光電式傳感器：光纖傳感器的種類：

可分為功能型和傳光型。02四月202544傳感器復習資料第八章熱電式傳感器8.1熱電偶傳感器8.1.1熱電偶的工作原理8.1.2常用熱電偶8.1.3熱電偶溫度補償8.1.4典型應用1.課程學習內容復習02四月202545傳感器復習資料第八章熱電式傳感器8.2熱電阻傳感器8.3熱敏電阻傳感器8.4集成溫度傳感器1.課程學習內容復習02四月202546傳感器復習資料1.課程學習內容復習第八章，熱電式傳感器：熱電效應的定義：

將兩種不同材料的導體A和B串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應。熱電效應按其原理，分為接觸電動勢和溫差電動勢。02四月202547傳感器復習資料1.課程學習內容復習第八章，熱電式傳感器：熱電效應的三個定律：

中間導體定律；參考電極定律；中間溫度定律。02四月202548傳感器復習資料1.課程學習內容復習第八章，熱電式傳感器：熱電阻傳感器的工作原理：

溫度升高，金屬內部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內部的自由電子通過金屬導體時的阻礙增大，宏觀上表現出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。02四月202549傳感器復習資料1.課程學習內容復習第八章，熱電式傳感器：熱敏電阻傳感器的工作原理：

熱敏電阻是利用半導體的電阻值隨溫度的變化而顯著變化的特性實現測溫的。半導體熱敏電阻有很高的電阻溫度系數，其靈敏度比熱電阻高得多。而且體積可以做得很小，故動態(tài)特性好，適于在-100℃～300℃之間測溫。02四月202550傳感器復習資料第十一章波式和射線式傳感器11.1超聲波式傳感器11.2微波式傳感器11.3射線式傳感器1.課程學習內容復習02四月202551傳感器復習資料1.課程學習內容復習第十一章，波式和射線式傳感器：超聲波傳感器的定義：

能夠完成產生超聲波和接收超聲波功能的裝置就是超聲波傳感器，也稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波測厚傳感器的工作原理，利用測量超聲波的延遲時間，來測量物件的厚度。02四月202552傳感器復習資料1.課程學習內容復習第十一章，波式和射線式傳感器：微波傳感器的構成：

微波傳感器通常由微波發(fā)射器（即微波振蕩器）、微波天線及微波檢測器三部分組成。02四月202553傳感器復習資料1.課程學習內容復習第十一章，波式和射線式傳感器：射線式傳感器的基本構成：

射線式傳感器由：放射源和探測器組成。常用的核輻射探測器：

當前常用的核輻射探測器有：電離室、正比計數管、蓋革—彌勒計數管、閃爍計數器和半導體探測器等。

02四月202554傳感器復習資料1.課程學習內容復習2.課后習題本次課學習的內容2.課后習題02四月202555傳感器復習資料2.課后習題第〇章，緒論：

1.畫出傳感器的組成框圖，并從網絡上查詢某種類型的傳感器，結合該傳感器的組成來進行說明。

答：02四月202556傳感器復習資料2.課后習題第〇章，緒論：2.按照構成原理，傳感器可以分為結構型和物性型，針對這兩種分類從網絡上分別查詢2個例子，并闡述它們賴以工作的原理。

答：

結構型：電容式、電感式；物性型：霍爾式、壓電式。02四月202557傳感器復習資料2.課后習題第一章，傳感器的一般特性：1.什么是傳感器的靜特性，它有哪些性能指標？

答：

傳感器的靜特性是指傳感器在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系；它包括線性度、遲滯、重復性、靈敏度、分辨率等性能指標。02四月202558傳感器復習資料2.課后習題第一章，傳感器的一般特性：3.某傳感器給定相對誤差為2%FS，滿度值輸出為50mV，求可能出現的最大誤差δ(以mV計)。當傳感器使用在滿刻度的1/2和1/8時計算可能產生的相對誤差？

答：

最大誤差δ=2%×50=1(mV)；滿刻度1/2時，最大可能的相對誤差為：δ/(50*1/2)=4%;滿刻度1/8時，最大可能的相對誤差為：δ/(50*1/8)=16%。02四月202559傳感器復習資料2.課后習題第一章，傳感器的一般特性：4.有一個傳感器，其微分方程為30dy/dt+3y=0.15x，其中y為輸出電壓(mV)，x為輸入溫度(°C)，試求該傳感器的時間常數τ和靜態(tài)靈敏度k？

答：

對系統微分方程進行l(wèi)aplace變換：Y(s)(30s+3)=0.15X(s)，因此系統傳遞函數為G(s)=Y(s)/X(s)=0.05/(10s+1)。時間常數τ：10靜態(tài)靈敏度k：0.05mV/°C。02四月202560傳感器復習資料2.課后習題第二章，電阻式傳感器：5.一應變片的電阻R=120Ω，k=2.05，用作應變800μ

m/m的傳感元件，1)，求ΔR和ΔR/R；2)，若電源電壓U=3V，求初始平衡時惠更斯電橋的輸出電壓Uo？

答：

ΔR/R=kε=2.05×800×10-6=1.64×10-3；ΔR=kεR=1.64×10-3×120=0.1968Ω。初始平衡時，惠更斯電橋的輸出為0。02四月202561傳感器復習資料2.課后習題第二章，電阻式傳感器：6.在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應變片R1和R2，把這兩個應變片接入差動電橋，若鋼的泊松系數μ=0.285，應變片的靈敏系數k=2，電橋電源電壓U=2V，當試件軸向拉伸時，測得應變片R1的電阻變化值為0.48Ω，試求電橋的輸出電壓Uo？

答：

ΔR1/R1=kε，因此ε=0.48/2/120=0.002；因此，圓周方向的應變?yōu)棣/r=-με=-5.7×10-4；02四月202562傳感器復習資料2.課后習題第二章，電阻式傳感器：

答：

ΔR2/R2=kΔr/r=2=1.14×10-3，因此ΔR2=0.137；因此：02四月202563傳感器復習資料2.課后習題第三章，電感式傳感器：1.何謂電感式傳感器？它是基于什么原理進行檢測的？

答：

是一種利用線圈自感和互感的變化實現非電量電測的裝置。它通過將位移、振動、壓力、應變、流量、比重等被測量轉化為線圈自感和互感的變化，通過測量線圈自感或互感實現對被測量的測量。02四月202564傳感器復習資料2.課后習題第四章，電容式傳感器：2.單組式變面積型平板形位移電容傳感器，兩極板相對覆蓋部分的寬度為4mm，兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度？若兩極板相對移動2mm，求其電容變化量。

答：

C=εab/δ→ΔC=εaΔb/δ→k=εa/δk=8.85×10-12×4/0.5=0.07pF/mmΔC=εaΔb/δ=kΔb=0.07pF/mm×2mm=0.14pF02四月202565傳感器復習資料2.課后習題第五章，磁電式傳感器：7.某霍爾元件l、b、d的尺寸分別為1.0cm、0.35cm、0.1cm，沿l方向通以I=1mA的電流，在垂直lb的方向加有B=0.3T的均勻磁場，傳感器的靈敏度系數為22V/AT，試求其輸出霍爾電動勢及載流子濃度。

答：

UH=kHIB→UH=22×0.001×0.3=6.6mVkH=1/ned

→n=1/kHed

→n=1/22/1.6e-19/1e-3=2.84e20m-302四月202566傳感器復習資料2.課后習題第六章，壓電式傳感器：