传感器与检测技术
传感器原理与检测技术
传感器原理与检测技术传感器是指能够感知和测量物理量、化学量或生物量的一种装置或设备。
传感器的原理是通过将待测物理量、化学量或生物量转换成电信号，然后对电信号进行测量和处理，从而得到待测量的数值。
传感器的作用是将环境中的物理量、化学量或生物量转化为电信号。
它通常由传感器元件、信号处理电路和输出接口组成。
传感器主要应用于自动化控制、电子设备、医疗健康、环境监测、能源管理等领域。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器、力传感器等。
传感器的原理多种多样，以下是几种常见的传感器原理和检测技术：1.压力传感器：基于压力对物体的作用力的原理。
常见的压力传感器有电阻应变式传感器和压电传感器。
电阻应变式传感器是利用材料的电阻随应变变化的特性进行测量，而压电传感器则是利用压电材料的应变和电荷的产生关系进行测量。
2.温度传感器：基于温度对物体内部或表面特性的影响进行测量。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器。
热电偶是利用两种不同金属的热电势差随温度变化的特性进行测量，热电阻则是利用电阻随温度变化的特性进行测量，而半导体温度传感器则是利用半导体材料电阻随温度变化的特性进行测量。
3.气体传感器：基于气体对物体或物质的作用的原理。
常见的气体传感器有气敏传感器和红外传感器。
气敏传感器是利用气体与敏感材料的相互作用产生的电阻或电导随气体浓度变化的特性进行测量，红外传感器则是利用红外辐射的变化来检测气体浓度。
4.光传感器：基于光对物体或物质的作用的原理。
常见的光传感器有光电传感器和光学传感器。
光电传感器是利用光的能量转化为电流或电压的原理进行测量，光学传感器则是利用光的反射、折射、散射等特性进行测量。
5.生物传感器：用于检测和分析生物体内部的生物活动或特定物质的存在。
常见的生物传感器有生物电传感器、酶传感器和免疫传感器。
生物电传感器是利用生物体内部产生的电信号进行测量，酶传感器和免疫传感器则是利用特定酶或免疫反应来检测特定物质的存在。
传感器与检测技术 听课笔记
传感器与检测技术听课笔记以下是一份关于“传感器与检测技术”的听课笔记，供您参考：一、课程概述传感器与检测技术是一门涉及传感器原理、特性分析、测量系统和信号处理等方面的学科。
传感器是实现自动检测和自动控制的关键环节，广泛应用于工业、农业、军事、医疗等领域。
本课程将介绍传感器的基本原理、分类、特性分析、测量系统设计以及信号处理等方面的知识。
二、传感器分类1. 按工作原理：电感式、电容式、光电式、热电式等。
2. 按输出信号：模拟输出和数字输出。
3. 按用途：压力、温度、流量、物位、成分等。
三、传感器原理1. 电感式传感器：基于电磁感应原理，通过测量线圈的电感变化来检测物体的位移或质量。
2. 电容式传感器：基于电容器原理，通过测量电容器极板间距的变化来检测物体的位移或压力。
3. 光电式传感器：基于光电效应原理，通过光电器件将光信号转换为电信号，实现非接触测量。
4. 热电式传感器：基于热电效应原理，通过测量热电偶的温差电动势来检测温度。
四、传感器特性分析1. 线性度：描述传感器输出与输入之间的线性关系。
2. 灵敏度：描述传感器输出变化量与输入变化量之间的比值。
3. 迟滞：描述传感器在相同输入下，正向和反向输出之间的差异。
4. 重复性：描述传感器在同一输入下，多次测量的输出一致性。
5. 漂移：描述传感器在使用过程中，输出逐渐偏离初始值的现象。
五、测量系统设计1. 测量系统组成：传感器、信号处理电路、显示仪表和记录装置等。
2. 测量系统设计原则：精度高、稳定性好、可靠性高、成本低等。
3. 测量系统误差分析：随机误差和系统误差。
4. 测量系统校准与标定：确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞等特性参数的方法。
六、信号处理技术1. 信号放大与滤波：提高信号的信噪比，抑制噪声和干扰。
2. 信号转换：将模拟信号转换为数字信号，或将一种形式的信号转换为另一种形式。
3. 数字信号处理技术：通过数字计算方法对信号进行滤波、变换和分析等处理，提取有用的信息。
传感器与检测技术-ppt
2024/9/29
22
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中旳应用
带有微
型磁铁
霍尔
旳霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮旳转 动状态有利于控制刹车力旳大小。
2024/9/29
23
ABS旳工作原理
1—车速齿轮传感器 2—压力调整器 3—控制器
2024/9/29
24
霍尔转速表
在被测转速旳转轴上安装一种齿盘，也可 选用机械系统中旳一种齿轮，将线性型霍尔器 件及磁路系统接近齿盘。齿盘旳转动使磁路旳 磁阻随气隙旳变化而周期性地变化，霍尔器件 输出旳微小脉冲信号经隔直、放大、整形后能 够拟定被测物旳转速。
线性霍尔
NS
磁铁
2024/9/29
25
霍尔式接近开关
当磁铁旳有效磁 极接近、并到达动作 距离时，霍尔式接近 开关动作。霍尔接近 开关一般还配一块钕 铁硼磁铁。
SL3501T
N
mA
DC
DC
VCC 12V
10mA
1
3
V
2
+
_
·
2024/9/29
17
8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器旳主要技术特征
输出电压UOUT（V）
2.5
2.0
R=0
1.5
R=15Ω
1.0
R=100Ω
0.5
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁感应强度B（T）
14
8.2.1 开关型集成霍尔传感器
3. 开关型集成霍尔传感器旳工作特征
传感器与检测技术完整ppt课件
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
.
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq
传感器与检测技术
温度传感器可以测量物体的温
温度传感器可用于恒温控制系统，
温度传感器可用于食品安全监
度，广泛应用于气象、医疗和工
确保室内温度处于适宜范围。
测，确保食品在存储和烹饪过程
业等领域。
中的安全温度。
光学传感器及其应用
1
测量光强
光学传感器可以测量环境中的光强，用于照明控制和光线检测。
2
物体检测
光学传感器可用于检测物体的存在、位置和形状，常用于自动化和机器人领域。
析和处理数据来判断、诊断或监测某种现象或变化。
传感器和检测技术的应用范围和重要性
广泛应用
质量保障 ⚖️
节约成本
传感器和检测技术在工业生
通过传感器和检测技术可以
有效的传感器和检测技术能
产、医疗诊断、环境监测等
提高产品的质量和稳定性，
够减少资源的浪费和能源的
领域有着广泛的应用。
确保生产和运输过程的安全。
消耗，从而实现成本的降低。
传感器和检测技术的分类和原理
1
分类方法
传感器可以根据测量的物理量、工作原理和应用领域进行分类。
2
工作原理
传感器的工作原理包括电阻、电容、电磁感应、光学、声学等。
3
原理解析
了解传感器的原理有助于选择合适的传感器，并了解其性能和工作方式。
温度传感器及其应用
测量温度
恒温控制
食品安全
3
图像识别
光学传感器结合图像处理技术可实现物体识别、人脸识别等应用，广泛应用于离测量
声波传感器可以测量物体和障碍物之间的距离，广泛应用于自动停车和测距仪器。
声音识别
声波传感器可用于声音识别和语音控制系统，提高人机交互的便利性。
传感器与检测技术(高起专)
1. 单选题（1.5分）正确答案A气体传感器是指能将被测气体的( )转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。
A成分B体积C浓度D压强2. 单选题（1.5分）正确答案B气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝通电加热之后,敏感元件电阻值首先是急剧地下降,一般约经2~10分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状态,称这一状态为( )。
A静态B初始稳定状态C最终稳定状态D工作状态3. 单选题（1.5分）正确答案D传感器能感知的输入变化量越小, 表示传感器的( )。
A线性度越好B迟滞越小C重复性越好D分辨力越高4. 单选题（1.5分）正确答案A光电效应中,入射光的频率( )红限频率(截止频率),才可能产生光电子。
A大于、等于B小于C小于﹑等于D任何情况5. 单选题（1.5分）正确答案C为获得较好的动态特性,在二阶传感器设计时,一般选择( )。
Aξ>1Bξ=1Cξ=0.6~0.7Dξ=06. 单选题（1.5分）正确答案D压电式加速度传感器是( )信号的传感器。
A适于测量任意B适于测量直流C适于测量缓变D适于测量动态7. 单选题（1.5分）正确答案C为了抑制干扰,常采用的电路有( )。
AA/D转换器BD/A转换器C变压器耦合D调谐电路8. 单选题（1.5分）正确答案C利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小( )。
A两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片9. 单选题（1.5分）正确答案C直流电桥与交流电桥相比,交流电桥的主要优点是( )。
A电源方便B容易实现平衡C可以测量L、C参数D使用简单10. 单选题（1.5分）正确答案D半导体气体传感器,是利用半导体气敏元件同气体接触,造成( )发生变化,借此检测特定气体的成分及其浓度。
A半导体电阻B半导体上电流C半导体上电压D半导体性质11. 单选题（1.5分）正确答案D( )是采用真空蒸发或真空沉积等方法,将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。
传感器与检测技术课件
公称相对误差：绝对误差与仪表公称值之比，即 rx=Δx/x 且rx<r。
(3) 引用误差(fiducial error) 定义:测量器具的最大绝对误差与此标称范围上限或量程之比。 它是一个相对误差，且此相对误差是引用了特定值，即标称 范围上限或量程得到的，所以此误差又称为引用相对误差或 满度误差。即 rm=Δxm/xm
例如：在化学实验室用分析滤纸观察溶液的化学反应，以 确定溶液的酸碱性等化学性能，通常称为定性的化学实验， 而不叫化学测量。
测量的分类
1、直接测量和间接测量 根据对测量结果获取方式方法的不同。
2、静态测量和动态测量 根据被测量对象在测量过程中所处的状态。
3、等权测量和不等权测量 根据测量条件是否发生变化。
1.1.2传感器的组成
1、敏感元件 敏感元件是指传感器中能灵敏地直接感受或响应被测量（非电量，如位移、 应变）器件或元件。 2．转换元件 转换元件也称传感元件，是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量 (非电量)转换成适于传输或测量的电量(电信号)的器件或元件。它通常不 直接感受被测量。 3.转换电路 作用是，将转换元件的输出量进行处理，如信号放大、运算调制等，使输 出量成为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号或电量，如电压、电 流或频率等。 4．辅助电路 辅助电路就是指辅助电源，即交、直流供电系统。
1.1.3传感器的分类
1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
传感器原理与检测技术
传感器原理与检测技术
传感器是一种能够感知和测量环境中各种物理量的器件或装置。
传感器的原理和检测技术主要包括以下几个方面：
1. 电学原理：基于电学原理的传感器利用电流、电压、电容、电感等物理量与环境中待测物理量之间的关系进行测量。
例如，温度传感器利用材料的电阻随温度变化的特性来测量温度。
2. 光学原理：基于光学原理的传感器利用光的散射、衍射、吸收等特性与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如，光电二极管利用光的电离效应来测量光强度。
3. 声学原理：基于声学原理的传感器利用声波的传播、反射、吸收等特性与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如，声波传感器利用声波的传播速度和反射特性来测量距离。
4. 磁学原理：基于磁学原理的传感器利用磁场与环境中的物理量相互作用进行测量。
例如，磁传感器利用磁感应强度与待测物理量之间的关系来测量磁场强度。
传感器的检测技术包括以下几个方面：
1. 放大技术：将传感器输出的微弱信号进行放大，以增强信号的稳定性和可靠性。
2. 滤波技术：去除传感器输出信号中的噪声和干扰，以提高信号的准确性和可靠性。
3. 校准技术：根据传感器的特性和工作环境的要求，对传感器进行参数调整和修正，以提高传感器的测量精度和一致性。
4. 数据处理技术：对传感器输出的数据进行处理和分析，以获得所需的物理量信息。
常用的数据处理技术包括滑动平均、中值滤波、傅里叶变换等。
5. 故障诊断技术：监测传感器的工作状态和性能，及时发现和诊断传感器的故障，以保证传感器的可靠性和稳定性。
以上是传感器原理和检测技术的基本内容，不同类型的传感器在工作原理和检测技术上可能存在差异。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
804
华南理工大学
2008年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回）
科目名称：传感器与检测技术
适用专业：测试计量技术及仪器
共 4 页一、填空题（每空1分，共30分）
1．通常传感器由敏感元件、转换元件和______________三部分组成。
它是能把外界各种_____________转换成_____________器件和装置。
2．各种传感器，由于原理、结构不同，使用环境、条件、目的不同，其技术指标也不可能相同。
但是有些一般要求，却基本上是共同的，这就是：___________、___________、___________、___________、通用性、小的轮廓尺寸、低成本、低能耗等要求。
3．传感器的静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输出输入关系。
衡量传感器的静态特性的主要技术指标一般有___________、___________、___________、灵敏度、各种抗干扰稳定性、温漂、稳定性（零漂）、分辨力等。
4．传感器的动态特性是指传感器对随___________的输入量的响应特性。
总的来说，传感器的动态特性取决于___________。
5.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称
__________效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称__________效应。
直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为__________效应。
6．电感式传感器具有以下优点：结构简单可靠、、输出阻抗小、、、分辨能力较高、示值误差较小、稳定性好等；它的缺点是，不宜用于快速动态测量。
7．螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为
电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用电路。
8．某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为_____________效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称_____________效应。
9．光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应，这类器件有_____________等；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内
光电效应，这类器件有_____________等；第三类是利用在光线作下使物体内部产生一定方向电动势的___________效应，这类器件有光电池、光电仪表等。
10．压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械应力，从而引起_____________，这种现象称为_____________。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生_____________，这种现象称为_____________。
二、简答题（共28分）
1．试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。
（4分）
2．对于电容式传感器，设计时可从哪几方面（设计要点）予以考虑？（4分）3．磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？（6分）
4. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温
度补偿的方法有哪几种？（6分）
5．光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？（4分）
6．为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？（4分）
三、计算分析题（共62分）
1．有一吊车的拉力传感器如右图所示。
其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在
等截面轴上。
已知R1、R2、R3、R4标
称阻值均为120Ω，桥路电压为2V，
物重m引起R1、R2变化增量为1.2Ω。
⑴．画出应变片组成的电桥电路。
（4分）
⑵．计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏
度。
（4分）
⑶．说明R3、R4起到什么作用？（3分）题1图
2．下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。
下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，U E电源是占空比为50%的方波。
试分析：
⑴．当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；（6分）
⑵．当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
（6分）
题2图
3．石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为
2V，试求机械的振动加速度(单位g)。
（12分）
4．在用光开关检测物体的系统中，由受光器的受光次数，可计算通过输送带上物体的个数，那么，用输送带搬运两种高度的物体时，画出能分别计算两种高度的物体个数的系统组成图。
（12分）
5．下图是一红外测温装置，测量温度高于1000℃，红外探测器是热释电元件，利用热辐射测温。
请回答下列器件各起到什么作用？（每空3分，共15分）
光学系统：透镜_____________；滤光片_____________ ；步进电机与调制盘__________ ___；温度传感器_______ ______________ ；红外探测器____ _________。
题5图
四、设计题（30分）
要非接触测量一旋转机械轴的轴向位移，试选择一传感器用于实时检测，画出原理框图，并注明其检测原理。
（30分）。