传感器技术课件ch011技术基础
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传感器技术课件ch011技术基础
（1）电容式传感器——结构型传感器
C 0 0rl b
d
固定极板 b
C C0 C 0r（l l） b d
L
△L
d
化简得： C 1 l l l 活动极板
C0
l
l
输出灵敏度 S C C 0 0rb
l l
d
结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，
与构成传感器的物质的性质无关。
5
电源
L 线圈
永久磁铁
动铁芯（衔铁）
特点：通过带外电源的 变换电路，才能获得有 用的电量输出 能量控制型
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四、传感器的分类
按输入物理量：位移、速度、温度传感器
按工作原理：电容式、电感式、热电式传感器
分类方法
按能量关系： 能量转换型（有源传感器） 能量控制型（无源传感器）
按输出信号性质：模拟式、数字式传感器
传感
有用 电量
信号调节
电量
元件
元件
转换电路
辅助电路
物性型 传感器
被测非电量 传感元件 有用电量
结构型 传感器
被测非电量 敏感 有用非电量 传感 有用电量
元件
元件
7
例1-2 大吨位电容式称重传感器
C 0 A 0 r
d
C A 0 r
d
弹性体
极板 支架
被测非电量： 外界压力
敏感元件： 弹性体
（2）压敏传感器——物性型传感器
压阻效应
压力 P
压力大小 电阻率的变化来自材料性质半导体材料物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。
特性 性能 成本 应用
结构型传感器
结构参数决定 稳定 较高 广泛
物性型传感器
传感器技术基础课件重点
xt
K 0 xt
传递函数：
y(S) x(S )
b0 a0
K0
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2．一阶环节：
微分方程：
a1(dy/dt)+a0y(t)= b0x(t)
dy dt
yt
K0 xt
传递函数 频率特性
Y(S) K0
X (S) S 1 Y ( jw) K0
X ( jw) jw 1
i 1
i 1
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得到k和b的表达式
n
k
xi yi
n xi2
xi yi xi 2
b
xi2 yi xi xi yi
n xi2
xi 2
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最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精 密度高即误差小。
幅频特性与相频特性参见教材P20图1-10。
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例5，质量-弹簧-阻尼器组成的机械系统如图，属于 二阶传感器系统。其微分方程为
m
d
2 yt
dt 2
c
dyt
dt
k
yt
F
t
式中，m-运动质量；c-阻尼系数；
k-弹簧刚度；F(t)-作用力；
δ | 5 4.995| 0.005(V )
ε
δ
100 %
0.005
100 % 0.1%
Q
x5
m
δ 100% 10
传感器技术PPT课件
内部电路
第二章 磁性开关
无接点（晶体管）型
工作原理： 气缸内部活塞动作靠近磁性开关，磁性开
关感应到磁场变化，使磁性开关内部电压变化 来控制三极管导通输出电路。
NPN型 PNP型
第二章 磁性开关
主要技术参数： • 工作电压---在保证开关功能正常的前提下，所允许的电压范围；
• 额定工作电流---是允许的连续输出最大负载电流； • 输出类型---NPN型（0V低电平输出） ，PNP型（+24V高电平输出）； • 输出状态---NO 常开 ，NC常闭；
输出电路：
NPN型
PNP型
第三章 光电开关
第二节 漫反射型光电开关
工作原理： 漫反射型光电开关是将发射器和接收器集成在一起，由发射器发出光
线，目标物将一部分光线反射回到接收器，目标物进入有效的检测区， 开关输出状态发生改变。
第三章 光电开关
第二节 漫反射型光电开关
优点： 安装简单（发射器和接收器一体）； 价格便宜；
目录
第三章 光电开关
第一节、简 介 第二节、漫反射型光电开关 第三节、反光板型光电开关 第四节、对射型光电开关
第三章 光电开关
第一节 简介 光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的
目的。
第三章 光电开关基本Leabharlann 作原理目标物发射器
控制电路
1 0
1
0
接收器
信号处理电路 输出电路
第三章 光电开关
第一章 感应式接近开关
元件构成：
电涡流式接近开关由高频振荡电路、 振幅检测电路、输出电路组成。
工作原理：
在传感器检测面由振荡电路产生一个高 频电磁场，当目标物接近磁场时，由于电磁 感应在目标物中产生感应电流（涡电流）。 目标物越接近传感器，感应电流越强，引起 振荡电路中的负载加大。最后振荡减弱直至 停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡 状态的变化，并输出检测信号。
传感器技术基础(特性).pptx
所选拟合直线不同，计算出的线性度值不同。选择拟合直线应保证 所得非线性误差尽量小，且方便使用与计算。
常用拟合方法 1）理论线性度 以系统的理论特性为参考，与实测值无关。 特点：简便，但通常估值偏离实际特性较多。
非线性误差：
线性度常用引用误差表示：
式中，
——输出平均值曲线与基准拟合直线间的最大误差；
2019-11-11 ——理论满量程输谢出谢值聆听。
得偏差：
i=1,2,…,n.（n为测试点数） 直线拟合原则：应使 为最小值。由
图 最小二乘线性度
分别对k和b求一阶导数，并令其为0，即可求得k和b。
Hale Waihona Puke 2019-11-11谢谢聆听
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具体方法*：
由式（1），（2）化简得 （3）×n，（4）× 得
2019-11-11
谢谢聆听
（1） （2） （3） （4）
采用上述方法时，若有m个校准点，正反行程共可求得2m个，一般
取其中最大者计算重复性误差。
2019-11-11
谢谢聆听
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四．灵敏度（K或S）
定义：输出量增量与被测输入量增量之比。
或 说明： 1）非线性系统的K不为常数，K用dy/dx表示； 2）灵敏度并非越大越好，灵敏度越大，系统稳定性越差。 3）有时用到相对灵敏度概念：输出变化量Δy与被测量的 相对变化率Δx/x之比：
传感器的特性指其输出与输入的关系。
理想传感器应具有的特点* 1）传感器只敏感特定输入量，输出只对应特定输入； 2）传感器的输出量与输入量呈惟一、稳定的对应关系，
最好为线性关系； 3）传感器的输出量可实时反映输入量的变化。
静态特性：当传感器的输入为常量或变化极慢时，输出
与输入的关系；
常用拟合方法 1）理论线性度 以系统的理论特性为参考，与实测值无关。 特点：简便，但通常估值偏离实际特性较多。
非线性误差：
线性度常用引用误差表示：
式中，
——输出平均值曲线与基准拟合直线间的最大误差；
2019-11-11 ——理论满量程输谢出谢值聆听。
得偏差：
i=1,2,…,n.（n为测试点数） 直线拟合原则：应使 为最小值。由
图 最小二乘线性度
分别对k和b求一阶导数，并令其为0，即可求得k和b。
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具体方法*：
由式（1），（2）化简得 （3）×n，（4）× 得
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（1） （2） （3） （4）
采用上述方法时，若有m个校准点，正反行程共可求得2m个，一般
取其中最大者计算重复性误差。
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四．灵敏度（K或S）
定义：输出量增量与被测输入量增量之比。
或 说明： 1）非线性系统的K不为常数，K用dy/dx表示； 2）灵敏度并非越大越好，灵敏度越大，系统稳定性越差。 3）有时用到相对灵敏度概念：输出变化量Δy与被测量的 相对变化率Δx/x之比：
传感器的特性指其输出与输入的关系。
理想传感器应具有的特点* 1）传感器只敏感特定输入量，输出只对应特定输入； 2）传感器的输出量与输入量呈惟一、稳定的对应关系，
最好为线性关系； 3）传感器的输出量可实时反映输入量的变化。
静态特性：当传感器的输入为常量或变化极慢时，输出
与输入的关系；
传感器技术 ppt课件
自动化设备中用于实现以上信息的传感 检测功能的装置就是传感器，在自动化生产 线等领域中得到广泛的应用。
1.2传感器的定义及组成
传感器的定义：“能感受规定的被测量件并按照一 定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或 装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器组成框图
被测 非电量
敏感 元件
有用 非电量
光电编码器
1.3.2 数字量传感器概述
光
它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。光电编码器是由光栅 盘和光电检测装置组成。 光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长 方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转 时，光栅盘与电动机同速旋转。 经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出 若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲 的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断 旋转方向，码盘还可提供相位相差90º 的两路脉冲信 号。
一种能把被测模拟量直接转 换为数字量输出的装置，可 直接与计算机系统连接。
在一些精度要求较高的场合应用 极为普遍。工业装备上常用的数 字量传感器主要有数字编码器、 数字光栅和感应同步器等。
1.3.2 数字量传感器概述
光电编码器
数字编码器在实际工程中应用最多的是光电编码器。光 电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来 表示与光电编码器相连的测量装置的位置信息。
电
编 码 器
光电编码器原理示意图
1.3.2 数字量传感器概述
根据光电编码器的工作原理 可分为
绝对式光电编码器 通过读取编码盘上的二进 制的编码信息来表示绝对位 置信息的，二进制位数越多， 测量精度越高，输出信号线 对应越多，结构越复杂，价 格越高
《传感器技术》PPT课件
传感器的静态特性是指在稳态条件下 （传感器无暂态分量）用分析或实验方法所 确定的输入—输出关系。这种关系可依不同 情况，用函数或曲线表示，有时也用数据表 格来表示。
表征传感器静态特性的主要指标有线性 度、灵敏度、迟滞、重复性等。
ppt课件
20
1. 线性度 是以一定的拟合直线作基准与校准曲
线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出 值的百分比来进行计算：
❖ 射击游戏
❖ 电子地图、导航
❖ ……
ppt课件
❖ 重力感应传感器 ❖ 加速度传感器 ❖ 光线感应器
❖ 三轴陀螺仪 ❖ GPS/电子罗盘
4
1、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用
超声波检测
电容指纹识别 ppt课指件 纹形成电容器,凹凸不同 5
ppt课件
6
这种遥控器所利用的是一种肉眼看不见的 红外光，又称为红外线。 2、传感器与家用电器
的响应（输出）特性。
2. 频率特性及其与动态品质之间的关系
线性系统在正弦输入作用下的输出幅值与输入幅值 的比值称为系统的幅频特性，以 H ( j ) 或 A ( ) 表示；
输出与输入之间随频率而变的相位特性称为相频特 性，以 ( ) 表示。两者统称为频率特性。
ppt课件
26
3. 传感器的动态时域特征
指尖力/力矩传感器
温度传感器
手指关节力矩传感器 关节位置传感器
基关节力矩传感器
ppt课件
电机霍尔传感器
11
仿人灵巧手的精细抓取操作
ppt课件12来自仿生控制（EEG）ppt课件
13
§5-1 概述
❖ 传感器：获取信息（视觉、力觉、触觉、听觉、嗅 觉、味觉等），实现机器人自动化
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物理方程
传感器工作的数学模型
静电场：电容式传感器；电磁感应：电感式传感器
利用场的定律构成的传感器称为：结构型传感器
（4）物质定律
表示各种物质内在客观性质的定律。 虎克定律 F = k x 、欧姆定律 U = R I 半导体物质法则：压敏、热敏、光敏、湿敏
基于物质定律构成的传感器称为：物性型传感器
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例1-1 举例说明结构型传感器和物性型传感器的区别。
0r（l l） b
△L
4
（2）压敏传感器——物性型传感器 压阻效应
压力 P
压力大小
电阻率的变化 材料性质
半导体材料
物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。
结构型传感器 特性 性能 成本 应用
结构参数决定 稳定 较高 广泛
物性型传感器
物质性质决定 将迅速提高 将大大降低 发展方向之一
（1）电容式传感器——结构型传感器
C0
0rl b
d
b d L
固定极板
d C l l l 活动极板 化简得： 1 C0 l l C C0 0rb 输出灵敏度 S l l d
结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，
与构成传感器的物质的性质无关。
C C 0 C
能量转 换
转换效 率1二、传源自器的物理定律（1）守恒定律
物理量随着空间和时间的移动，其总量保持不变。
能量守恒、动量守恒、电荷守恒 传感器与被测量之间能量转换时必须遵循。
（2）统计法则
运动的微观世界与宏观世界相结合的定律。 如：热力学第二定律
常和传感器的工作状态有关。
2
（3）场的定律
描述电场、磁场、物质场、重力场等在空间和时 间上的变换规律。
A
0 r
d
极板 支架
绝缘材料 定极板 动极板
d
被测非电量： 外界压力 敏感元件： 弹性体
有用非电量： 极板间距变化
传感元件： 有用电量： 电容传感器 电容量C
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自源型
能量角度 带激励源型
能量转换型 有源型 能量控制型 无源型
外源型
（1）自源型
特点：不需要外能源， 输出电量较弱
输入
转换元件
输出
UH
例1-5：磁电式传感器
电磁感应定律：
L
线圈 永久磁铁
d e W dt
动铁芯（衔铁）
（3）外源型
输入
输出
转换元件 变换电路
特点：通过带外电源的 变换电路，才能获得有 用的电量输出 能量控制型
电源
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四、传感器的分类
按输入物理量：位移、速度、温度传感器 按工作原理： 电容式、电感式、热电式传感器 按能量关系： 能量转换型（有源传感器） 能量控制型（无源传感器）
分类方法
按输出信号性质：模拟式、数字式传感器
按构成原理：结构型、物性型传感器
按构成传感器的功能材料：半导体传感器
按高新技术： 集成传感器、智能传感器 仿生传感器、机器人传感器
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基本物理量
位移 线位移 角位移 速度 线速度 角速度 加速度 力 时间 温度 光 线加速度 角加速度 压力 频率
派生物理量
长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度 旋转角、偏振角、角振动 速度、振动、流量、动量 转速、角振动 振动、冲击、质量 角振动、扭矩、转动惯量 重量、应力、力矩 周期、计数、统计分布 热容量、气体速度、涡流 光通量与密度、光谱分布
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精品课件！
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精品课件！
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三、传感器的组成
被 测 非电量 敏感 有 用 有用 非电量 传感 电 量
元件
元件
信号调节 电 量 转换电路
辅助电路
物性型 传感器
被测非电量
传感元件
有用电量
结构型 传感器
被测非电量
敏感 有用非电量 传感 有用电量 元件 元件
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例1-2 大吨位电容式称重传感器
C0 C
A
0 r
弹性体
把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。
（3）“某种可用信号输 出” 把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系 的电量输出的器件或装置。—— 非电量电测技术 把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。 （4）“转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、 转换器、探测器
工业测 量 标准输出 信号
例1-3：热电偶传感器
温度场的能量（热量）
① T
A
② T’
B
电量
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（2）带激励源型
特点：不需要变换电路， 有较大电量输出
输入
转换元件 辅助能源
输出
例1-4 霍尔电磁感应式传感器
z
x L D y
B
A
I
d
C B
b
UH KH I B RH I B d
被测量：磁场 辅助能源：激励电流
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