传感器及其概述

传感器及其概述
传感器及其概述

摘要

传感器(英文名称:transducer/sensor)是直接作用于被测量、并能按一定规律将其转化为同种或别种量值输出的器件。目前,传感器转换后的信号大多是电信号,因而从狭义上讲,传感器是把外界输入的非电信号转换为电信号的装置。

【关键词】传感器种类新型

1 前言

传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官,也可以认为是人类感官的延伸。人们借助传感器可以去探测那些人们无法用或不便用感官直接感知的事物,如用热电偶可以测量炽热物体的温度;用超声波换能器可以测海水深度;用红外遥感器可从高空探测地面形貌、河流状态及植被的分布等。因此,可以说传感器是人们认识自然界事物的有力工具,是测量仪器与被测量物体之间的接口。通常情况下,传感器处于测试装置的输入端,是测试系统的第一个环节,其性能直接影响着整个测试系统,对测试精度有很大影响。

2 传感器的分类

按被测物理量的不同,可以分为位移、力、温度、流量传感器等;按工作的基础不同,可以分为机械式传感器、电气式传感器、光学式传感器、流体式传感器等;按信号变换特征可以分为物性型传感器和结构型传感器;根据敏感元件与被测对象直接的能量关系,可以分为能量转换型传感器与能量控制型传感器。

3 常见传感器介绍

3.1 电阻应变式传感器

电阻应变式传感器又叫电阻应变计,其敏感元件是电阻应变。应变片是在用苯酚,环氧树脂等绝缘材料浸泡过的玻璃基板上,粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成。敏感元件也叫敏感栅。其具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简单等优点。在航空、机械、建筑等各行业获得了广泛应用。电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应,即金属导体在外力作用下产生机械形变,其电阻值随机械变形的变化而变化。其可以分为:金属电阻应变片和半导体应变片式两类。金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。它们的主要区别在于:金属电阻应变片式是利用导体形变引起电阻变化,而半导体应变片式则是利用电阻率变化引起电阻的变化。

3.2 电容式传感器

电容式传感器是将被测物理量转换成电容量变化的装置,它实质是一个具有可变参数的电容器。由于电容与极距成反比,与正对面积和介质成正比,因此其可以分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。极距变化型电容传感器的优点是可进行动态非接触式测量,对被测系统的影响小,灵敏度高,适用于较小位移的测量,但这种传感器有非线性特性,因此使用范围受到一定限制。面积变化型传感器的优点是输出与输入成线性关系,但与极距型传感器相比,灵敏度较低,适用于较大的直线或角位移的测量。介质变化型则多用于测量液体的高度等场合。

3.3 电感式传感器

电感式传感器是将被测物理量,如力、位移等,转换为电感量变换的一种装置,其变换是基于电磁感应原理。电感式传感器种类很多,常见的有自感式,互感式和涡流式三种。

电感式传感器具有以下特点:结构简单,传感器无活动电触点,因此工作可靠寿命长。灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时,这种传感器能实现信息的远距离

传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。

3.4 磁电式传感器

磁电式传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器,又称电磁感应式或电动力式传感器。其工作原理是一个匝数为n的线圈,当穿过它的磁通量变化时,线圈产生了感应电动势。磁通量的变化可通过多种方式来实现,如磁铁与线圈做切割磁力线运动、磁路的磁阻变化、恒定磁场中线圈面积的变化,因此可制造出不同类型的传感器用于测量速度、扭矩等。

3.5 压电式传感器

压电式传感器是一种可逆传感器,是利用某些物质的压电效应进行工作的器件。最简单的压电式传感器是在压电晶片的两个工作面上进行金属蒸镀,形成金属膜,构成两个电极。当晶片受压力时,两个极板上聚集数量相等而极性相反的电荷,形成电场。因此压电传感器可以看成是电荷发生器,又可以看作电容器。

4 新型传感器

4.1 生物传感器

生物传感器是用生物活性材料(酶、蛋白质、dna、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科,是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构:包括一种或数种相关生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器(传感器),二者组合在一起,用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工,构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。生物传感器的原理:待测物质经扩散作用进入生物活性材料,经分子识别,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经二次仪表放大并输出,便可知道待测物浓度。

4.2 激光传感器

激光传感器:利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。激光传感器原理:激光传感器工作时,先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号,并将其转化为相应的电信号。

5 结束语

随着科技的飞速发展,人们不断提高着自身认知世界的能力。传感器在获取自然和生产领域中发挥着巨大上的作用。目前,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面起到重要的推动作用。相信未来,传感器技术将会出现一个飞跃。

作者简介

杨天娟(1991-),女,河北省邯郸市人。现为郑州大学本科生,主要研究方向为机械工程及自动化。

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

传感器概述

第一章概述 1.1绪论 1.1.1传感器定义与组成 1.1.1.1定义: Transducer/Sensor;发送器;传送器;变送器等 国家标准(GB7665-87):能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置——#测量装置;#输入量是某一被测量(物理、化学、生物等);#输出量是某种物理量(气、光、电等),主要是电物理量;#输出输入有对应关系,并应有一定的精度 1.1.1.2组成:一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。 1.1.2传感器的作用 电五官 基础科学、军事、宇航、工业、农业、环保、民用电器、资源开发、海洋探测、医学诊断、生物工程。 例:宇宙观察、基本粒子、导弹制导寻的、自动生产线、机器人、汽车、复印机、空调、洗衣机。 1.1.3传感器的分类与一般要求: 1.1.3.1传感器的分类 1.1.3.1.1按工作机理:物理型;化学型;生物型等

1.1.3.1.1.1物理型 按构成原理:结构型;物性型 结构型:是以结构(如形状、尺寸等)为基础,利用物理学中场的定律构成的,动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如:磁隙型电感传感器、电动式传感器等。 物性型:是利用物质定律构成的,利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如:光电管(外光电效应)、压电晶体(正压电效应)、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。 按能量转换情况:能量控制型、能量转换型 能量控制型:在信息变化过程中,其能量需要外电源供给。如:电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等 能量转换型:主要由能量变换元件构成,它不需要外电源。如:压电效应、热电效应、光电动势效应等。 按物理原理:电参量式(包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式)、磁电式(包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等)、压电式、光电式(包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等)、气电式、热电式、波式(包括超声波

传感器技术知识点

1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。 2、回差(滞后)—反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向作全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致 程度。各条特性曲线越靠近,重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、漂移——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。 9、静态误差(精度)——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离(逼近)程度。 1-2计算传感器线性度的方法,差别。 1、理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。 2、端点直线法:以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法:以“最佳直线”作为拟合直线,该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等 并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法:按最小二乘原理求取拟合直线,该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 1-3什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要分静和动? (1)静态特性:表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。 动态特性:反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 (2)由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间变化的变量),于是对应于输入信号的性质,所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。 1—4 传感器有哪些组成部分?在检测过程中各起什么作用? 答:传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是:敏感元件是在传感器中直接感受被测量,并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件,如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件,如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法?各有哪些传感器? 答:按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器;按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等;按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式;按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的? 答:按表示方法分有绝对误差和相对误差;按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 1-7 弹性敏感元件在传感器中起什么作用? 答:弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位,是检测系统的基本元件,它能直接感受被测物理量(如力、位移、速度、压力等)的变化,进而将其转化为本身的应变或位移,然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 1-8. 弹性敏感元件有哪几种基本形式?各有什么用途和特点? 答:弹性敏感元件形式上基本分成两大类,即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小,因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多,在同样的截面积下,轴的直径可加大数倍,这样可提高轴的抗弯能力,但其过载能力相对弱,载荷较大时会产生较明显的桶形形变,使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构,圆环受力后容易变形,所以它的灵敏度较高,多用于测量较小的力,缺点是圆环加工困难,环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单,易于加工,输出位移(或应变)大,灵敏度高,所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移,且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比,其刚度较大,灵敏度较小,但过载能力强,常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏,因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。

传感器原理及工程应用概述

第二章传感器概述 1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2、传感器是由敏感原件和转换原件组成 3、两种分类方法:一种是按被测参数分类,一种是按传感器工作原理分类 4、传感器的基本特性可分为静态特性和动态特性 5、静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输入与输出的关系。主要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。 6、灵敏度是输出量增量ΔY与引起输出量增量ΔY的相应输入量增量ΔX之比。用S表示即S=ΔY\ΔX。 7、线性度是指传感器的输入与输出之间数量关系的线性程度。也叫非线性误差用γL 表示即γL= 8、传感器在相同工作条件下输入量由小到大(正量程)及由大到小(反量程)变化期间输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞误差用 9、重复性是指传感器在相同的工作条件下输入量按同一方向做全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。最大重复差值 10、漂移是指输入量不变的情况下传感器输出量随着时间变化。产生漂移的原因有两个一是传感器自身结构参数一是周围环境。温度漂移的计算 第三章应变式传感器 1、电阻应变式传感器是以电阻应变片为转换原件的传感器。 2、工作原理是基于电阻应变效应,即导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)是,其电阻值相应发生变化(应变效应)。 3、电阻应变片分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。 4、电阻在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形,而去掉外力后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状,这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性原件。 5、应变片的电阻值是指应变片没有粘贴且未受应变时,在室温下测定的电阻值即初始电阻值。 6、将直的电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度不变,但应变状态不同,应变片敏感栅的电阻变化减小,因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小,这种现象称为应变片的横向效应。为了减少横向效应产生的测量误差,现在一半多采用箔式应变片。 7、应变片温度误差:由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。产生的主要因素有以下两个方面:一是电阻温度系数的影响,一是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 8、电阻应变片的温度补偿方法:1)线路补偿法2)应变片的自补法9***电阻应变片的测量电路10、压阻效应是指在一块半导体的某一轴向施加一定的压力时,其电阻值产生变化现象, 第四章电感式传感器 1、利用电磁感应原理将被测非电量如、位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器。 2、零点残余电压:传感器在零点位移时的输出电压。产生原因主要有以下两点一是由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称,因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同,从而形成了零点残余电压的基波分量。一是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性(如铁磁饱和,磁滞损耗)使得激励电流与磁通波形不一致,从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。为减小电感式传感器的零点残余电压,可以采取以下措施1)在设计和工艺上,力求做到磁路对称,铁芯材料均匀;要经过热处理以除去机械应力和改善磁性;两线圈毕恭毕敬绕制要均匀,力求几何尺寸与电气特性保持一致。2)在电路上进行补偿。 3、把被测的非电量变化转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器

传感器概述

第一章传感器概述 1.1 传感器的组成与分类 1.1.1 传感器的定义 ?传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常 由敏感元件和转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分,转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。 ?传感器输出信号有很多形式,如电压、电流、频率、脉冲等,输出信号的形式由传感器 的原理确定。 1.1.2 传感器的组成 ?一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。但由于传感器输出信号一般都很微弱,需要 有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。如图1-1所示。 传感器组成方块图 ?常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等,他们分别与相应 的传感器相配合。 1.1.3 传感器的分类 ?表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出 信号分类。 1.2 传感器在科技发展中的重要性 1.2.1 传感器的作用与地位 将计算机比喻人的大脑,传感器比喻为人的感觉器官。功能正常完美的感觉器官,迅速准确地采集与转换获得的外界信息,使大脑发挥应有的作用。自动化程度越高,对传感器的依赖性就越大。 1.2.2 传感器技术是信息技术的基础与支柱 现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理,它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。传感器在信息采集系统中处于前端,它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。 1.2.3 科学技术的发展与传感器有密切关系 传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。 1.3 传感器技术的发展动向 ?传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性,将非电量转换成电量。 ?传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究,发现新现象,开发传感器的新材料和新 工艺;二是实现传感器的集成化与智能化。 ?利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理,所以发现新现象与 新效应是发展传感器的重要工作,是研究新型传感器的重要基础,意义深远。

传感器原理及应用习题及答案

习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器?按照国标定义,“传感器”应该如何说明含义? 1.2 传感器由哪几部分组成?试述它们的作用及相互关系。 1.3传感器如何分类?按传感器检测的畴可分为哪几种? 答案 1.1答: 从广义的角度来说,感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是:一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准(GB7665—87)对传感器(Sensor/transducer)的定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义:它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置;能按一定规律将被测量转换成电信号输出;传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答: 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成; 关系,作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。 1.3答:(略)答: 按照我国制定的传感器分类体系表,传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类,含12个小类。按传感器的检测对象可分为:力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 第3章电阻应变式传感器 3.1 何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片? 3.2 图3-31为一直流电桥,负载电阻R L趋于无穷。图中E=4V,R1=R2=R3=R4=120Ω,试 求:① R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时,电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片,感应应变大小变化相同,其余为外接电阻,电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片,如果感应应变大小相反,且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω,

传感器的概述

第一章 传感器的概述 1. 传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出 信号的器件或装置叫做传感器。 2.传感器的共性:利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性,将非电量(位移、速度、加速度、力等)转换成 电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。 3. 传感器的组成:传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、 辅助电源组成。传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分,分别完成检测和转换两个基本功能。 第二章 传感器的基本特性 1. 传感器的基本特性:静态特性、动态特性。 2.衡量传感器静态特性的主要指标有:线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞、重复性 、漂移。 3.迟滞产生原因:传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。 4.产生漂移的原因:①传感器自身结构参数老化;②测试过程中环境发生变化。 5.例题: 1.用某一阶环节传感器测量100Hz的正弦信号,如要求幅值误差限制在±5%以内,时间常数应取多少?如果用该传感器测量50Hz的正弦信号,其幅值误差和相位误差各为多少? 解:一阶传感器的频率响应特性: 幅频特性:

2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现,谐振发生在频率为216Hz 处,并得到最大福祉比为1.4比1,试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。 3. 玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银,可用一阶微分方程 来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是 ,y代表水银柱的高度,x代表输入温度(℃)。求该温度计的时间常数及灵敏度。 解:原微分方程等价于: 所以:时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3 第三章 电阻式传感 1. 应变式电阻传感器的特点: 1)优点: ①结构简单,尺寸小,质量小,使用方便,性能稳定可靠; ②分辨力高,能测出极微小的应变;③灵敏度 高,测量范围广,测量速度快,适合静、动态测量;④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测;⑤价格便宜,品种多样,工艺较成熟,便于选择和使用,可以测量多种物理量。 2)缺点:①具有非线性,输出信号微弱,抗干扰能力较差,因此信号线需要采取屏蔽措施; ②只能测量一点或应变栅范围内的平均效应,不能显示应力场中应力梯度的变化; ③不能用于过高温度场合下的测量。

传感器的目前现状与发展趋势综述

传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要:传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术,也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛,其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后,综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后,展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词:传感器技术;传感器;研究现状;趋势 引言 当今社会的发展,是信息化社会的发展。在信息时代,人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段,是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置,一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”,把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”,那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术,发展迅猛,同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱,许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力,拥有广泛的开发空间,发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识

1.1 传感器的定义和组成 广义地说,传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲,感受被测量,并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成,其中敏感元件和转换元件可能合二为一,而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中,要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式:一种是稳定的,称为静态信号;一种是随着时间变化的,称为动态信号。由于输入量的状态不同,传感器的输入特性也不同,因此,传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素,如温度传感器的热惯性等,动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时,与计算机技术和数字控制技术相比,传感技术的发展都落后于它们,不少先进的成果仍停留在实验研究阶段,并没有投入到实际生产与广泛应用中,转化率比较低。在国外,传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的,并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而,随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展,以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发,经过从“六五”到“九五”的国家攻关,在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步,初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系,并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲,它还不能适应我国经济与科技的迅速发展,我国不少传感器、信号

传感器及其应用综述

传感器的发展及应用综述 姓名:邹士伟班级: 11机制3 学号:115302352 摘要:传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。随着科学技术的迅猛发展,传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力,而现代科技突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。 关键词:传感器研究应用发展 引言 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的作用十分明显。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。 一、传感器简介 (一)传感器解释 传感器是指能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。其利用物理效应.化学效应.生物效应,把被测的物理量,化学量,生物量等非电量转换成电量。传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件直接感受或响应被测量的部分。有时也将敏感元件称为传感器。转换元件能将敏感元件感受或响应的被

测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 (二)传感器的地位 传感器技术作为信息技术的三大基础之一,是当前各发达国家竞相发展的高技术是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术是现代科技的前沿技术,发展迅猛,同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱,许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置现代传感器技术具有巨大的应用潜力,拥有广泛的开发空间,发展前景十分广阔。 三、传感器的应用 (一)传感器应用领域概述 就当前技术发展现状来看,微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量,如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等。传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域,如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。(二)传感器具体应用 1.在自动检测与自动控制系统中广泛应用 电力、冶金、石化、化工等流程工业中,通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。车身到位检测。光线传感器检测标签,多种

传感器技术文献综述

传感器技术文献综述 学校邕江大学专业09信息学号40号姓名赵丽霞 一、摘要 传感器技术是综合多种学科的复合型技术,是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别,对每一类别进行综述,分析每类别传感器研究中所存在的不足,探讨了相应的解决方案。 二、关键词:传感器 三、引言 传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术,是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术,而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。在伴随着“信息时代”的到来,作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展,其应用领域越来越广,人们对其要求越要越高,需求也越来越迫切。但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟,相反在很多方面它还只是一项新兴的技术,依然存在很多的问题等待我们去解决。如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境,迅速准确的处理传输客户所需求的信号,并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等。这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。 四、传感器 传感器是一种物理装置,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、温度、湿度等)或化学组成,并将探知到的信息传递给其他装置。该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。这样,精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。例如气体流量监测就有很多种的感知方法,但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题,所以还需要不断的改进。然而,有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了,我们应该取其精华。因此,我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题。

传感器在智能家居中的应用说课讲解

智能家居中的传感器应用

智能家居中的传感器应用 智能家居概述 智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术(3C),建立一 个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统,从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术(特别是计算机技术),网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。 相信很多人对一些美国科幻电影中的镜头印象深刻:主人公回到家中,随着 门锁被开启,家中的安防系统自动解除警戒,廊灯缓缓点亮,空调、通风系统自动启动,动听的背景交响乐轻轻奏起。主人公坐在家中沙发上,手拿一个外观精美的遥控器,就能控制家中所有的电器。晚上,主人公上床休息,在他躺下的一刻,所有的窗帘都自动关闭,入睡前,床头边的面板上,晚安的灯光按钮亮起,所有需要关闭的灯光和电器设备自动关闭,同时安防系统自动开启处于警戒状态。主人公外出的时候,只要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器。 在科技高速发展的今天,这已经不仅仅是只能在科幻电影中看到的情景了。随着智能家居逐渐走进我们的生活,这样的场景也许不久就会在您身边变成现实。 现代科技进入家居的带来的变化令人啧啧称奇,给人们的家居生活带来了极大的便利。上文所描绘的这些场景,都是是智能家居将要带给您的神奇”体验,而这一切,不过是智能家居控制系统能为您做的事情中的一小部分。 智能化志在必行是发展的趋势,因为这个世界显然是为懒人设计的。智能家居的概念并不是一个新东西,其实早在10年前,智能家居的概念就从国外引入到国内,从最初的梦想到真正进入我们今天的生活,智能家居在随着科技的发展,经历了一个既热闹又艰难的发展过程的同时,也完成了在中国的跨越式发展。 那么到底什么是智能家居呢?智能家居并没有一个精确地定义,我们大家通 常所说的智能家居就是以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居系统可以为您提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、以及可编程定时控制等多种功能和手段,使您的生活更加舒适、便利和安全。 与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间,还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。 由于每个家庭成员的职业、经历、喜好、教育程度、家庭背景千差万别,智能家居不仅是产品的设计安装和功能实现,更重要的是个人风格的体现。同时,智能家居高度的智能化和舒适化正是为了达到家居生活中的高度人性化,使用户个人感官在智能家居系统中得到淋漓尽致的舒展。在这样的趋势下,让智能家居中的人性化应用,成为智能家居得以发展普及的重心。 二、需要检测的物理量 1、温度 系统可以自动启动家中的降温或取暖设备,让你每天都能享受最舒适的温度。

温度传感器概述

与压力一样,温度也是过程控制中最重要的测量变量之一。例如在冷却回路中,温度监测不仅 用来确保产品质量,还用来保证系统安全。过程工业往往利用热能进行控制,所以,根据应用 需要选择理想的温度传感器,可实现既定测量目的并确保最佳测量效果。当然,对过程工艺的 熟悉和预见可能出现的不确定扰动也是很重要的。 冷、热是如何定义的? 我们可以通过身体的感知器官感觉并分辨温度差。然而,我们往往只能定义物体是冷是热,却 不能将这种感觉量化。 温度的涵义到底是什么呢?温度,即表示某物质每个粒子的平均动能。要通过这种能量来量化 温度首先要定义温标,需要确定与某种材料温度相关的某个定点。最常见的定点是绝对零度即 0K,以及水三相点(固态、液态、气态并存的点)273.16K。定点值的确定使绘制温度的直线 图成为可能。其它定点值离上述点很远,例如氖的三相点是24.5561K,银的凝固点是 1234.93K。这些定点值在最新版的《国际温标(1990年版)》 (ITS-90) 中确定。 正确测量温度 测量温度的方法有多种,从简单的二极管到高精度的热噪声温度计。 温度计可以分为两类:第一类温度计和第二类温度计。 第一类为不需要用其他温度测量设备做预先校准的温度计。他们都是通过测量物理量,计算物 理量和温度间的关系来确定温度的。例如气体温度计、热噪声温度计和应用测量黑体辐射的温 度测量设备。这些温度传感器常常用于专门的实验室,使用起来相当复杂并且往往价格昂贵。 第二类温度计则需要校准。工业上主要使用的是第二类温度计。特别是热电阻或热电偶温度传 感器使用最为广泛。当安装温度传感器时,需要了解一些简单的基础原理:温度传感器主要测 量的是它自身的温度。所以传感器必须尽可能靠近测量物安装并尽可能地避免环境影响,因为 测量地点的干扰可能会使温度测量结果出现一些偏差。环境温度和介质温度较大的差异也可能 会导致错误的测量值。如果传感器安装在保护套管中,也就意味着它远离了真实的测量点,温 度传感器灵敏度会降低,测量值可能与真实值出现背离。 主要测量原理 基于精确性和易于进一步处理测量信号的要求,下列测量原理十分适用于工业环境温度监测: 热电阻温度计 热电阻温度计通过热电阻测量温度。纯金属,特别是贵金属有最大的阻值变化率,适合用来制 作温度传感器。电阻温度计分为正温度系数(PTC)型和负温度系数(NTC)型,正温度系数型即阻值随温度的上升而增加,负温度系数型则是阻值随温度的上升而减少。如果电阻呈标准 的线性特性,温度值可以很容易地通过多项式估算出来。一般地说,电阻温度计测量范围为-250℃至1000℃。标准的铂电阻是主要的检测器件,Pt100在0℃时为100 Ω,可用于 精确测量高达850℃的温度。 热电偶温度计 一个热电偶由两个不同的金属或半导体连接而成。基于塞贝克效应,若接合处的温度发生变化,则会在不同金属间将产生电势差。所形成的电势差取决于温度,温度差值对于不同金属的变化 量也不同。温度差可在热端和冷端的接合处测得。如果要测热端的温度,则冷端温度必须已知,而冷端的温度是由其他的温度传感器测量的。根据热电原理,热端的温度可计算确定。热电偶 几乎都用于1000℃及以上的温度测量。 定义

传感器及其应用综述

传感器及其应用综述 1.传感器技术的发展趋势 人体为从外界获取信息,必须借助于感觉器官,但是单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。 当今世界已进入信息时代,在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到cm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。 传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。 由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。 2.传感器的定义与组成、分类及基本特征。 我国国家标准(GB7665-87)中说,传感器(Transducer/Sensor)的定义是:"能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置"。我们的定义是:传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 这一定义包含了以下几方面的意思:①传感器是测量装置,能完成检测任务;②它的输出量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等;③它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、显示等等,这种量可以是气、光、电量,但主要是电量;④输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。 关于传感器,我国曾出现过多种名称,如发送器、传送器、变送器等,它们的内涵相同或相似,所以近来已逐渐趋向统一,大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释:传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。关于传感器,我国曾出现过多种名称,如发送器、传送器、变送器等,它们的内涵相同或相似,所以近来已逐渐趋向统一,大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释:传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。 传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。

火焰传感器概述

火焰传感器 flame transducer 火焰是由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异,但总体来说,其对应火焰温度的 1 ~ 2 μm 近红外波长域具有最大的辐射强度。例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长…… 功能说明 火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的传感器,当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度,只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点,使用特制的红外线接受管来检测火焰,然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号,输入到中央处理器中,中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。 远红外火焰传感器 功能用途:远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米~1000纳米范围内的热源。在机器人比赛中,远红外火焰探头起着非常重要的作用,它可以用作机器人的眼睛来寻找火源或足球。利用它可以制作灭火机器人、足球机器人等。 原理介绍:远红外火焰传感器能够探测到波长在700纳米~1000纳米范围内的红外光,探测角度为60,其中红外光波长在880纳米附近时,其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化,通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化。外界红外光越强,数值越小;红外光越弱,数值越大。 使用说明: 远红外火焰传感器的安装如下图所示,安装使用时注意以下几点: a,将机器人上光敏传感器取下,然后将远红外火焰传感器直接接在光敏接口上。 b,远红外火焰传感器的插针是有极性的,安装时将红线接在主板上画有“+”的位置;如在使用时无反应,只要将传感器反插就可以了。 c,在图形化编程时,直接用“亮度检测模块”控制;在代码框编程时,使用函数photo(1)和photo(2)检测。 d,远红外火焰探头的工作温度为-25摄氏度~85摄氏度,在使用过程中应注意火焰探头离火焰的距离不能太近,以免造成损坏。 (二) 功能介绍: 远红外传感器主要用于检测火源的位置和远近,例如在灭火比赛中判断火源 使用说明: 例如机器人上可以采用了3只远红外传感器(700nm-1000 nm)构成红外传感系统,主要用来检测前方、左前方和右前方的热源,检测距离范围为0~1m。用户可以通过调节电位器来调节远红外传感器灵敏度。

传感器的概述

传感器概述 班级:B1509 姓名:李昱良 学号:0915150901 传感器概述摘要:

传感器(英文名称:transducer/sensor)是直接作用于被测量、并能按一定规律将其转化为同种或别种量值输出的器件。目前,传感器转换后的信号大多是电信号,因而从狭义上讲,传感器是把外界输入的非电信号转换为电信号的装置。 【关键词】传感器种类新型 传感器的定义 传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 传感器的应用 常见的: 1.自动门,利用人体的红外微波来开关门 2.烟雾报警器,利用烟敏电阻来测量烟雾浓度,从而达到报警目的 3.手机,数码相机的照相机,利用光学传感器来捕获图象 4.电子称,利用力学传感器(导体应变片技术)来测量物体对应变片的压力,从而达到测量重量目的 5.水位报警,温度报警,湿度报警,光学报警等都是…… 智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。Cygnus公司生产了一种"葡萄糖手表",其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。"葡萄糖手表"上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。 传感器的功能 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟: 光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉 传感器的作用 传感器技术、通信技术和计算机技术被称为现代信息技术的三大支柱。 信息技术已成为当今全球性的战略技术,作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件……传感器已成为各个应用领域,特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。 诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。 由此可见,传感器在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十

传感器技术课后的答案

1-1 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、 线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。 2、 回差(滞后)—反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。 3、 重复性——衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向作全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致 程度。各条特性曲线越靠近,重复性越好。 4、 灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、 分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、 阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。 7、 稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、 漂移——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。 9、 静态误差(精度)——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离(逼近)程度。 1-2 计算传感器线性度的方法,差别。 1、 理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。 2、 端点直线法:以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、 “最佳直线”法:以“最佳直线”作为拟合直线,该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等 并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、 最小二乘法:按最小二乘原理求取拟合直线,该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要分静和动? (1)静态特性:表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。 动态特性:反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 (2)由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间变化的变量),于是对应于输入信号的性质,所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。 Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。 (1)结构、材料与参数的合理选择(2)差动技术(3)平均技术(4)稳定性处理(5)屏蔽、隔离与干扰抑制 (6)零示法、微差法与闭环技术(7)补偿、校正与“有源化”(8)集成化、智能化与信息融合 2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同?比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 (1)相同点:它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化所;不同点:金属材料的应变效应以机械形变为主,材料的电阻率相对变化为辅;而半导体材料则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。 (2)对于金属材料,灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化,一般μ≈0.3,因此(1+2μ)=1.6;后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料,灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE 。前部分同样为尺寸变化,后部分为半导体材料的压阻效应所致,而πE 》(1+2μ),因此Ko=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热阻效应所造成;后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时,会产生温度误差。 补偿办法:1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 (1)双丝半桥式(2)补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因: 上式分母中含ΔRi/Ri ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施:(1) 差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”,相邻臂“差”的特征,通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥 差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源,可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求? 一是作为敏感元件,直接用于被测试件的应变测量;另一是作为转换元件,通过弹性敏感元件构成传感器,用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求:非线性误差要小(<0.05%~0.1%F.S ),力学性能参数受环境温度影响小,并与弹性元件匹配。 2-9 四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路,R1,R3受拉,R2,R4受压,代入,得 由全等桥臂,得 可见输出电压Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系,没有非线性误差。即Uo=f(ΔR/R)。 因为四臂差动工作,不仅消除了飞线性误差,而且输出比单臂工作提高了4倍,故常采用此方法。 331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-+++ ? ?????331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-++++ ? ?????33124124012341234111111424U 4R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R U R R ???????-?-??-?-??=-+-++++ ? ???????==

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