传感器电流输出信号的处理重点
传感器与检测技术(重点知识点总结)
传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。
一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。
二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。
（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。
2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。
（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。
3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。
4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。
而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。
传感器的问题解决方案
传感器的问题解决方案标题：传感器的问题解决方案引言概述：传感器在现代科技领域中扮演着重要的角色，但在使用过程中常常会遇到各种问题。
本文将从传感器常见问题的角度出发，提出相应的解决方案，帮助读者更好地应对传感器问题。
一、传感器无法正常工作的原因及解决方案1.1 传感器供电问题：检查传感器供电是否正常，可以通过更换电源或检查供电线路解决问题。
1.2 传感器连接问题：检查传感器与控制器之间的连接是否良好，确保连接端口无杂质或松动。
1.3 传感器设置问题：检查传感器的参数设置是否正确，根据传感器说明书调整参数以确保正常工作。
二、传感器数据异常的原因及解决方案2.1 传感器校准问题：进行传感器校准操作，校正传感器输出数据。
2.2 环境干扰问题：排除外部环境因素对传感器数据的影响，如电磁干扰或温度变化。
2.3 传感器老化问题：检查传感器是否老化，如有老化现象需及时更换传感器。
三、传感器精度不高的原因及解决方案3.1 传感器灵敏度问题：调整传感器的灵敏度，提高传感器的测量精度。
3.2 传感器校准问题：进行定期校准传感器，确保传感器输出数据的准确性。
3.3 传感器选型问题：根据实际需求选择合适的传感器型号，提高传感器的测量精度。
四、传感器工作环境不适的原因及解决方案4.1 温湿度问题：保持传感器工作环境的稳定温湿度，避免温度变化对传感器的影响。
4.2 振动问题：避免传感器长时间处于高强度振动环境，选择适应振动环境的传感器。
4.3 腐蚀问题：防止传感器受到化学物质腐蚀，选择耐腐蚀性能好的传感器。
五、传感器维护保养不当的原因及解决方案5.1 清洁问题：定期清洁传感器表面，避免尘埃或杂质影响传感器的正常工作。
5.2 维护问题：定期检查传感器的工作状态，及时更换损坏的部件或传感器。
5.3 存储问题：妥善存放传感器，避免受潮或受到外部物体碰撞，延长传感器的使用寿命。
总结：通过以上对传感器常见问题的解决方案的详细介绍，读者可以更好地理解传感器问题的原因及解决方法，提高传感器的使用效率和准确性。
电流输出型磁通门传感器的灵敏度
根据磁通门原理可写出的次级线圈两端的电压与铁心 中磁感应强度 B ( t ) 之间的关系 :
e ( t) = - N 2 S
d B ( t) dt
( 3)
式中 B ( t ) 等于磁导率与磁场强度的乘积 。 激励电流使铁心反复进入饱和区 , 使铁心的磁导 率随时间而变化 , 用 μ( t ) 表示 。磁场强度包含两部 分 :一部分是被测磁场 H x ; 另一部分是次级电流 i ( t ) 产生的变化磁场 H ( t ) 。设次级线圈的有效长度为 l , 则:
The Sensitivity of Current Output Flux - G ate Sensors
Liu Shibin ,Duan Zhemin ,Yan Jiaming ( Department of Electronic Engineering ,Nort hwestern Polytechnical University ,Xian ,710072 China)
图1 磁通门工作原理
3 磁通门的处理电路
磁通门处理电路的作用是将图 1 ( e) 所示的信号转 换成直流电压信号 。电路形式有开环和闭环两种 。开 环电路一般是先选频后进行相敏整流 , 也可不选频直 接进行相敏整流 。若按后者设计电路 , 则输出的直流 分量为
[1 ]
图2 电流输出型磁通门
电流输出型磁通门次级回路可等效为图 2 ( b) 所 示的电路 [ 4 ] ,图中 r 为次级线圈的等效电阻 , t 表示时 间 。由外部回路可写出次级线圈两端电压 e ( t ) 的方 程:
收稿日期 :2002206216 收修改稿日期 :2002207204
2 磁通门的工作原理
单铁心磁通门实际上是一个铁心反复工作于饱和 状态的变压器 。为了消除变压器效应的影响 , 通常采 用两个单铁心磁通门将初级线圈反接构成双铁心磁通 门 。铁心采用矫顽力小 、 磁导率非常高的超坡莫合金 , 其磁化曲线可简化为如图 1 ( a) 所示的折线 ( Hs 为饱和 磁场强度) 。给双铁心磁通门的初级线圈通入足以使 铁心饱和的交流激励电流时 , 由于被测磁场 H x 的影 响 ,两个线圈中的磁场不相等 , 其波形如图 1 ( b) 所示 。 根据铁心的特性 , 它们在相应的次级线圈中产生的磁 感应强度也不同 ,如图 1 ( c) 所示 。 如果次级线圈与高输入阻抗放大器相接 , 可认为 次级线圈开路 ,则次级线圈输出电压的波形如图 1 ( d) 所示 。将两次级线圈顺接 , 得到双铁心磁通门的输出 电压波形如图 1 ( e) 所示 。对该信号进行相敏整流和滤 波后 ,就可得到与被测磁场有关的直流输出电压 。
传感器与检测技术重点知识点总结
传感器与检测技术重点知识点总结传感器是一种能够感知、收集并转换物理量或化学量等信息的装置。
它广泛应用于各个行业和领域，如工业生产、环境监测、医疗设备、汽车等。
以下是传感器与检测技术的一些重点知识点总结。
1.传感器的基本原理-传感器是通过感知或测量物理量或化学量等信息，并将其转化为可用的电信号输出。
-常见的物理量包括温度、压力、湿度、光照强度、流量等；化学量包括气体浓度、pH值等。
-传感器的工作原理包括电学、热学、光学、化学以及机械等不同的原理。
-传感器的输出信号可以是电压、电流、频率、电阻等形式。
2.传感器的分类-按照感知的物理量或化学量的不同，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光敏传感器、流量传感器等。
-按照测量原理的不同，传感器可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、化学传感器等。
-按照输出信号类型的不同，传感器可以分为模拟输出传感器和数字输出传感器。
3.传感器的特性与参数-灵敏度：传感器响应物理量变化的能力，它决定了传感器的测量范围和分辨率。
-精度：传感器测量值与真实值之间的偏差，包括系统误差、随机误差等。
-响应时间：传感器从感知到输出响应所需的时间。
-可靠性：传感器在一定环境条件下长时间稳定工作的能力。
-线性度：传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系。
-温度影响：传感器在不同温度下性能的稳定性。
-零点漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号发生的零点偏移。
-跨度漂移：在长时间使用过程中，传感器输出信号的量程偏移。
-电磁兼容性：传感器在干扰条件下的工作能力。
4.传感器的应用领域-工业生产：用于监测和控制工艺过程中的温度、压力、流量等参数，提高生产效率和质量。
-环境监测：用于监测大气污染、水质污染、噪声等环境参数，保护生态平衡和人类健康。
-汽车行业：用于汽车发动机的温度、压力、氧气浓度等参数的监测和控制，提高汽车性能和安全性。
-医疗设备：用于监测病人的体温、心率、血压等生理参数，辅助医疗诊断和治疗。
传感器的信号调理
Agenda
信号调理
信号调理的概念
信号调理的作用
信号调理的分类
电平调整 线性化 信号形式变换
滤波及阻抗匹配
电平调整
无源电平调整电路
最简单的电平调整电路
R2 VO Vi R1 R2
R1和R2的精度和稳定性直接影响电平调整的效果； R1和R2的选取需要综合考虑：
RHb ( RHa RHc ) 2RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
无源线性化电路
线性化后的电压输出曲线如下图所示，也是一个S形
曲线。
无源线性化电路
热敏电阻的非线性校正也常采用类似的方法
热敏电阻的阻值与温度呈指数关系，实践中可用温度系数很
小的金属电阻与其串联或并联或同时串、并联，构成电阻网
无源线性化电路
无源线性化电路
运算后可得：
RHb ( RHa RHc ) 2RHa RHc R RHa RHc 2 RHb
无源线性化电路
无源线性化电路
经修正后的特性曲线呈S形，线性度得到改善，各点R H 值与直线
'
(图中虚线)关系对应值的偏差 R如图b所示 ：
无源线性化电路
电路的输入阻抗约为Ri ，输出阻抗接近于0； 不仅实现了传感器输出与后续电路之间的电压调整，而且满
足了阻抗匹配的要求.
电平调整
有源电平调整电路
反相放大电路：
是最常见的有源电平调整电路，电压增益为：
G
Rf Ri
电路的输入阻抗约为Ri ，输出阻抗接近于0； 不仅实现了传感器输出与后续电路之间的电压调整，而且满
信号形式变换 -电压电流转换电路
电流传感器的工作原理
电流传感器的工作原理电流传感器是一种用于测量电流的装置，它能够将电流转化为可测量的电信号。
电流传感器广泛应用于电力系统、工业自动化、电动车辆和家用电器等领域。
一、电流传感器的基本原理电流传感器的工作原理基于安培定律和电磁感应定律。
根据安培定律，通过一条导线的电流产生的磁场与电流成正比。
而根据电磁感应定律，当导线中的电流发生变化时，会在附近产生感应电动势。
基于这两个定律，电流传感器利用磁场感应原理进行测量。
一般来说，电流传感器由磁芯、绕组和输出电路组成。
1. 磁芯：磁芯是电流传感器的核心部件，通常由铁氧体或软磁材料制成。
磁芯的作用是集中磁场，以增强感应效果。
2. 绕组：绕组是围绕在磁芯上的线圈，通过绕组中的电流产生磁场。
当被测电流通过绕组时，会在磁芯中产生磁场变化。
3. 输出电路：输出电路用于将感应电动势转化为可测量的电信号。
一般情况下，输出电路包括放大电路和滤波电路。
放大电路用于放大感应电动势，以提高测量精度；滤波电路则用于滤除干扰信号，保证输出信号的稳定性。
二、电流传感器的工作原理分类根据不同的工作原理，电流传感器可以分为非接触式电流传感器和接触式电流传感器两种类型。
1. 非接触式电流传感器非接触式电流传感器是通过无线感应原理进行测量的。
它不需要与被测电流直接接触，因此具有较好的绝缘性能和安全性。
一种常见的非接触式电流传感器是磁电流传感器。
它利用磁场感应原理，通过磁芯和绕组将被测电流转化为感应电动势。
感应电动势经过放大和滤波处理后，输出为可测量的电信号。
2. 接触式电流传感器接触式电流传感器需要与被测电流直接接触，通过感应电流产生的磁场进行测量。
接触式电流传感器通常具有较高的测量精度和频率响应。
一种常见的接触式电流传感器是夹式电流传感器。
夹式电流传感器通过将被测导线夹入传感器的夹口中，利用夹口周围的磁场感应被测电流。
传感器中的绕组接收到感应电动势后，经过放大和滤波处理，输出为可测量的电信号。
三、电流传感器的应用领域电流传感器在各个领域都有广泛的应用。
传感器信号处理技术
生物机电
电桥与电桥的电源
（2）工作方式
直流电桥
a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量， a.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个 单臂工作 臂采用固定电阻； 臂采用固定电阻； b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量， b.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固 双臂工作 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； 定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式； c.全桥方式： c.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形 全桥方式 式。全桥形式灵敏度最高，结构最复杂，要综合考虑选 全桥形式灵敏度最高，结构最复杂， 择。
z3 z2 z4 z1z3 z2 V0 = VBC VDC = E E = E[ ] z1 + z2 z3 + z4 ( z1 + z2 )( z3 + z4 )
桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。 桥臂阻抗可以是电阻、电感和电容式传感器。当被测量为某一初 始值并未发生变化时希望电桥输出为0 始值并未发生变化时希望电桥输出为0。
－US
UR
10 F 10 F
＋US
1 14 RG 2 3
5
9
地
8
采采
4 13 10 k 6 11
12 7
并输
并并地 并数数数
基 准
RL
生物机电
传感器信号放大电路
利用改变反馈电阻的办法来实现量 程变换的可变换增益放大器电路。 程变换的可变换增益放大器电路。当开关 S1闭合 和S3断开时 放大倍数为 闭合,S2和 断开时 断开时,放大倍数为 闭合
生物机电
传感器信号放大电路
隔离放大器
284型隔离放大器的电路结构图 型隔离放大器的电路结构图
传感器的主要学习知识重点
绪论一、传感器的定义、组成、分类、发展趋势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，通常由敏感元件和转换元件构成。
如果传感器信号经信号调理后，输出信号为规定的标准信号（0~10mA,4~20mA;0~2V,1~5V;…），通常称为变送器，分类：按照工作原理分，可分为：物理型、化学型与生物型三大类。
物理型传感器又可分为物性型传感器和结构型传感器。
按照输入量信息：按照应用范围：传感器技术: 是关于传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用的综合技术.发展趋势: 一是开展基础研究，探索新理论，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、多功能化与智能化。
1．发现新现象；2．发明新材料；3．采用微细加工技术；4．智能传感器；5．多功能传感器；6．仿生传感器。
二、信息技术的三大支柱现在信息科学（技术）的三大支柱是信息的采集、传输与处理技术，即传感器技术、通信技术和计算机技术。
课后习题1、什么叫传感器，它由哪几部分组成？它们的作用与相互关系？传感器(transducer/sensor)：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（国标GB7665—2005）。
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或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量)部分。
转换元件：指传感器中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可用输出信号(一般为电信号)部分。
信号调理电路(Transduction circuit) ：由于传感器输出电信号一般较微弱，而且存在非线性和各种误差，为了便于信号处理，需配以适当的信号调理电路，将传感器输出电信号转换成便于传输、处理、显示、记录和控制的有用信号。
第一章传感器的一般特性1.传感器的基本特性动态特性静态特性2.衡量传感器静态特性的性能指标（1）测量范围、量程（2）线性度%100max⨯∆±=⋅SF L y δ 传感器静态特性曲线及其获得的方法传感器的静态特性曲线是在静态标准条件下进行校准的。
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传感器电流输出信号的处理
电流信号在传输中具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，被广泛应用。
目前，传感器24V供电、4-20mA 电流输出，已经成为一种工业标准。
传感器的电流输出方式有两线制（传感器用两根导线对外连接）、三
线制（传感器用三根导线对外连接）、四线制（传感器用四根导线对外接）。
它们具有各自的特点，如果使用不当，会影响其功能，甚至不能正常工作。
本文对它们的原理作出一些介绍，以便用户对传感器作出
正确地选型和使用。
(关键词传输; 两线制；三线制；四线制)
1传输原理及技术指标
1.1 传输原理
1.1.1 终端连接
对于电流输出的传感器,在终端要把它变换成电压信号才能使用。
如图1所示。
在图中1中Rr为负载电阻,它的大小决定转换成电压的大小,通常取值250Ω,把传感器输出的4-20mA电流转换成对应的1-5V电压。
在实际使用中，测控设备也有内阻，多少会产生一些分流。
因此，Is不是完全流经Rr。
一般情况下，测控设备的内阻都很大，几乎不产生分流，Rr可按常规取值。
在个别测控设备内阻较小的情况下，可适当提高Rr的取值，以达到转换相应电压的要求。
有些终端模块有电流输入接口（转换电阻Rr在模块内部）。
使用时，可把电流信号直接接入模块。
如图2所示。
由上所述,在电流传输的终端接法中，有外置电阻和内置电阻两种接法。
在以后解说中，如无特殊说明，均以外置电阻为例。
1.1.2 与电压输出传感器的比较
图3和图4是电流输出传感器和电压输出传感器的应用原理图。
图中的传感头和变送器合称为传感器。
由两图相比可以看出，电流输出的传感器在变送器内部多一个电压-电流转换器，在接收终端多了一个电流-电压转换器。
这么做主要是为了把电压传输变为电流传输。
因为电流传输比电压传输有很多优点。
下面对电流传输和电压传输作出分析。
电压输出的传感器和三线制电流输出的传感器可以共同建立图5的传输电路模型。
图中:
Ro-传感器输出内阻
Rs-输出导线电阻
Rr-负载电阻
Rd-地线电阻
Uo-传感器输出电压
Us-Rs上的压降
Ur-Rr上的压降
Ud-Rd上的压降
Ig-传感器的工作电流
Is-传感器的输出电流
可以看出Ur就是检测设备获取的电压,根据回路原理可以建立公式(1)。
下面就根据图5和公式（1）来分析电压和电流的传输特性。
Ur=Uo-Us+Ud (1)
对于电压输出的传感器,内阻Ro为零，这时把Uo看作一个恒压源。
公式(1)中的Us项对输出电压产生衰减,这种衰减与电压信号成正比,是一种灵敏度干扰,如图6所示。
公式(1)中的Ud项与传感器的工作电流Ig有关，在传感器的全量程内Ig 几乎不变，而且当传感器内部有震荡电路时，Ig还含有交流分量。
因此，Ud对输出电压产生的是一种具有交流分量的零点干扰,如图7所示。
由此可见，电压输出的传感器在传输中有灵敏度干扰和零点干扰。
对于电流输出的传感器，内阻Ro为无穷大，把Uo看作一个恒流源。
这时Ur等于Is*Rr。
也就是说，Ur只与传感器的输出电流和负载电阻有关,而与其它因素无关。
对于恒流源来说，Uo是随着外界的变动而变化的。
对于公式（1）中的Us产生衰减时，Uo会提高一个同样的Us值进行抵消而保持公式（1）成立。
同理对Ud项也是如此。
由此可见，电流输出的传感器在传输中没有灵敏度和零点干扰，具有很高的稳定性。