传感器大作业
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第1章工程振动测试方法
在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。
1、机械式测量方法
将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。
2、光学式测量方法
将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。
3、电测方法
将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。
上述三种测量方法的物理性质虽然各不相同，但是，组成的测量系统基本相同，它们都包含拾振、测量放大线路和显示记录三个环节。
图1 基本测量系统示意图
1.1拾振环节
把被测的机械振动量转换为机械的、光学的或电的信号，完成这项转换工作的器件叫传感器。1.2测量线路
测量线路的种类甚多，它们都是针对各种传感器的变换原理而设计的。比如，专配压电式传感器的测量线路有电压放大器、电荷放大器等；此外，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化装置等等。 1.3信号分析及显示、记录环节从测量线路输出的电压信号，可按测量的要求输入给信号分析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设备（如光线示波器、磁带记录仪、X—Y 记录仪等）等。也可在必要时记录在磁带上，然后再输入到信号分析仪进行各种分析处理，从而得到最终结果。
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第2章传感器的机械接收原理
振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。
图2 振动传感器的工作原理
振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。
2.1相对式机械接收原理
图3 相对式机械接收原理示意图
由于机械运动是物质运动的最简单的形式，因此人们最先想到的是用机械方法测量振动，从而制造出了机械式测振仪（如盖格尔测振仪等）。传感器的机械接收原理就是建立在此基础上的。相对式测振仪的工作接收原理是在测量时，把
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仪器固定在不动的支架上，使触杆与被测物体的振动方向一致，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动，并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线，根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数。
由此可知，相对式机械接收部分所测得的结果是被测物体相对于参考体的相对振动，只有当参考体绝对不动时，才能测得被测物体的绝对振动。这样，就发生一个问题，当需要测的是绝对振动，但又找
不到不动的参考点时，这类仪器就无用武之地。例如：在行驶的内燃机车上测试内燃机车的振动，在地震时测量地面及楼房的振动??，都不存在一个不动的参考点。在这种情况下，我们必须用另一种测量方式的测振仪进行测量，即利用惯性式测振仪。
2.2惯性式机械接收原理
图4 惯性式机械接收原理示意图
图5 惯性质量块的受力图
惯性式机械测振仪测振时，是将测振仪直接固定在被测振动物体的测点上，当传感器外壳随被测振动物体运动时，由弹性支承的惯性质量块将与外壳发生相对运动，则装在质量块上的记录笔就可记录下质量元件与外壳的相对振动位移幅值，然后利用惯性质量块与外壳的相对振动位移的关系式，即可求出被测物体的绝对振动位移波形。
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第3章振动传感器的机电变换原理
一般来说，振动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种，但在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，
应用范围也极其广泛。在现代振动测量中所用的传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，它仅是整个测量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。以电测法为例，其测试系统示意框图如图6示
图6 电测法测试系统示意图
由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势、电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻、电感等电参量的变化。一般说来，这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量最后变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。因此，振动传感器按其功能可有以下几种分类方法：
表1 振动传感器的分类
按机械接收原理分：相对式、惯性式；
按机电变换原理分：压电式、压阻式、电容式、电感式（电动式、电涡流式）以及光电式。
按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。
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以上三种分类法中的传感器是相容的。3.1相对式电动传感器
图7 相对电动式传感器结构示意图
电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。
相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。3.2电涡流式传感器
图8 电涡流传感器的结构示意图
电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。
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3.3电感式传感器
图9 带有气隙的电感元件
依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。
图10 电感元件参量变化形式示意图
3.4电容式传感器
电容式传感器一般分为两种类型，即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。
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图11 电容传感器的工作原理示意图
电容传感器和电感传感器都属于参量式传感器，可以用于非
接触测量技术中，也可以根据需要做成各种传感器。变面积型电容式角位移传感器的结构如图12（a）示。它采用的是差动式结构形式，测杆随被测位移而运动，它带动活动电极移动，从而改变了活动电极与两个固定电极之间极板的相互覆盖面积，使电容发生变化。由于变面积型电容式传感器的输人、输出特性是线性的，因此这种传感振器有良好的线性。差动电容式加速度传感器如图12（b）示，它是一种空气阻尼的电容式加速度传感器。该传感器采用差动式结构，有两个固定电极，两极板之间用弹簧支撑的一个质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板。当传感器测量垂直方向上的振动时，利用的是惯性式机械接收原理，由于质量块的惯性作用，使两固定的极板相对质量块产生位移，从而测出在振动方向的参数值。
图12 电容传感器的结构示意图
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3.5惯性式电动传感器
图13 惯性式电动传感器结构示意图
惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。
根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r
式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度，r x&为线圈在磁场中的相对速度。
从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说，感应电动势是同被测振动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感器。
3.6压电式加速度传感器
压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。
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图13 压电加速度传感器的结构示意图
3.7压电式力传感器
在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。
图14 压电力传感器示意图
3.8阻抗头
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图15 阻抗头结构简图
阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。使用时将小头（测力端）连向结构，大头（测量加速度）与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。
注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。
3.9电阻应变式传感器
电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。
图16 应变片加速度传感器结构示意图
电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。
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第4章振动传感器的选择
振动传感器按工作原理分，有电涡流型、速度型、加速度型、电容型、电感型等五种。后两种因受周围介质影响较大，目前已很少采用。在振动测试中合理地选择振动传感器，不但可以获得满意的测试结果，也可节省劳力和时间，而且对于尽快查明振动故障原因，提高转子平衡精度和减少机器起停次数，都有着重要作用。
4.1电涡流位移（振动）传感器
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动
机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。4.1.1 电涡流传感器的基本原理
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和
相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路
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的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器
系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。4.1.2 电涡流传感器的典型应用电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。1、相对振动测量
测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。电涡流传感器系统可以提供对于下列关键或是基础机械状态监测所需要的信息：
●工业透平，蒸汽/燃气●压缩机，径向/轴向●膨胀机●动力发电透平，蒸汽/燃气/水利●发动马达●发动机●励磁机●齿轮箱●泵●风箱●鼓风机●往复式机械
（1）相对振动测量（小型机械）
振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。电涡流传感器系统可为如下各种机械故障的早期判别提供重要信息：
●轴的同步振动●油膜失稳●转子摩擦●部件松动●轴承套筒松动●压缩机踹振●滚动部件轴承失效●径向预载，内部/外部
包括不对中●轴承巴氏合金磨损●轴承间隙过大，径向/轴向●平衡（阻气）活塞●联轴器“锁死”磨损/失效●轴裂纹●轴弯曲●齿轮咬合问题●电动马达空气间隙不匀●叶轮通过现象●透平叶片通道共振
（2）偏心测量
偏心是在低转速的情况下，电涡流传感器系统可对轴弯曲的程度进行测量，这些弯曲可由下列情况引起：
●原有的机械弯曲●临时温升导致的弯曲●重力弯曲●外力造成的弯曲
偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，是非常重要的。特别是对于装有透平监测仪表系统（TSI）的汽轮机，在启动或停机过程中，偏心测量已成为不可少的测量项目。它使你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。转子的偏心位置，也叫轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损，以及加载荷的大小。如由不对中导致的那种情况，它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。
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（3）胀差测量
对于汽轮发电机组来说，在其启动和停机时，由于金属材料的不同，热膨胀系数的不同，以及散热的不同，轴的热膨胀可能超过壳体膨胀；有可能导致透平机的旋转部件和静止部件（如机壳、喷嘴、台
座等）的相互接触，导致机器的破坏。因此胀差的测量是非常重要的。
2、转速测量
对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。旋转测量通常有以下几种传感器可选：电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。具有需要选择那类传感器，则要根据转速测量的要求转速等，转速发生装置有以下几种：用标准的渐开的线齿数（M1～M5）作转速发生信号，在转轴上开一键槽、在转轴在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等转速发生信号装置。
无源磁电式传感器是针对测齿轮而设计的发电型传感器（无源），不适合测零转速和较低转速，因低频时，幅值信号小，抗干扰能力差，它不需要供电。
有源磁电式传感器采用了电源供电，输出波形为矩形波，具有负载驱动能力，适合测量0.03HZ以上转速信号。
而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的，它既能响应零转速，也能响应高转速。对于被测体转轴的转速发生装置要求也很低，被测体齿轮数可以很小，被测体也可以是一个很小的孔眼，一个凸键，一个小的凹键。电涡流传感器测转速，通常选用φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm的探头。转速测量频响为0～10KHZ。电涡流传感器测转速，传感器输出的信号幅值较高（在低速和高速整个范围内）抗干扰能力强。作转速测量的电涡流传感器有一体化和分体两种。一体化电涡流转速传感器取消前置器放大器、
安装方便、适用于工作温度在–20℃～100℃的环境下,带前置器放大器的电涡流传感器适合在–50℃～250℃的工作环境中。
3、滚动轴承、电机换向器整流片动态监控
对使用滚动轴承的机器预测性维修很重要。探头安装在轴承外壳中，以便观察轴承外环。由于滚动元件在轴承旋转时，滚动元件与轴承有缺陷的地方相碰撞时，外环会产生微小变形。监测系统可以监测到这种变形信号，当信号变形时意味着发生了故障，如滚动元件的裂纹缺陷或者轴承环的缺陷等，还可以测量轴承内环运行状态，经过运算可以测量轴承打滑度。 4.1.3 电涡流传感器测量时的安装要求1、轴的径向振动测量
当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。由于轴承盖一般是水平分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o，从原动机端看，分别定义为X探头（水平方向）和Y探头（垂直方向），X方向在垂直中心线的右侧，Y方向在垂直中心线的左侧。
轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，如图所示，否则由于轴的挠度，得到的值会有偏差。
探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象（如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4 um至0.8um
之间。
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2、轴的轴向位移测量
测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。
3、键相测量
键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记。当这个凹槽或凸键转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。
凹槽或凸键要足够大，以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V。一般若采用φ5、φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm（推荐采用2.5mm以上）、长度应大于0.2mm。凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防当轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。为了避免由于轴相位移引起的探头与被测面之间的间隙变化过大，应将键相探头安装在轴的径向，而不
是轴向的位置。应尽可能地将键相探头安装在机组的驱动部分上，这样即使机组的驱动部分与载荷脱离，传感器仍会有键相信号输出。当机组具有不同的转速时通常需要有多套键相传感器探头对其进行监测，从而可以为机组的各部分提供有效的键相信号。
键相标记可以是凹槽，也可以是凸键，如图所示，标准要求用凹槽的形式。当标记是凹槽时，安装探头要对着轴的完整部分调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），而不是对着凹槽来调整初始安装间隙。而当标记是凸键时探头一定要对着凸起的顶部表面调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），不是对着轴的其它完整表面进行调整。否则当轴转动时，可能会造成凸键与探头碰撞，剪断探头。
4.1.4被测体对电涡流传感器特性的影响1、被测体材料对传感器的影响
传感器特性与被测体的电导率б、磁导率ξ有关，当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。而当被测体为弱导磁材料（如铜，铝，合金钢等）时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。
2、被测体表面平整度对传感器的影响
不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。一般要求，对于振动测量的被测表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之
传感器大作业
自动检测技术大作业题目汽车速度的检测 姓名 系（部）＿电气工程与自动化系 专业＿＿自动化＿＿＿＿ 指导教师＿＿＿ 2013年12 月3日
汽车车速传感器检测系统设计是一种传感器检测装置。利用车速传感器把检测到的转速信号转变成的电压信号输送给计算机，计算机通过变频器来控制电机速度，利用传感器检测的速度值与规定值进行比较，达到对传感器的检测目的。本文介绍了车速传感器检测系统的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。实践证明在检测，维修范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，检测实用性强、准确度高具有广阔的应用前景。 汽车车速传感器的工作原理： 车辆自动强制限速装置，包括传感器、控制电路和操控机构。车辆限速器分为两种：一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度。车辆遥控自动限速器由发射器和接收器组成，采用遥控专用编码集成块。通过对遥控限速进行编码，使每一组编码对应一种车速限制，并利用设置在路码表与之刻度同步上的光电传感器进而控制执行继电器切断和接续汽车起动、点火和熄火回路，从而达到控制车速的目的。限速器的发射器包括固定发射器和移动发射器，固定发射器安装在需限速道路路段的出入口处，移动发射器由执法人员掌握，接收器安装在各受控车辆的驾驶室内。车辆智能限速器由汽车传感器、微电脑速度控制仪和智能机械手组成。 其工作原理是：当车辆速度低于设定值时，控制仪不启动机械手，车辆行驶如常；当车辆速度临界设定值时，控制器立即启动机械手拉起油门，等同于司机放松油门，汽车只能滑行减速不能加速，从而使车速得到控制；当车辆速度低于设定值时，控制器立即反向放松油门，使油门恢复如初。由于它的科学控速原理，车辆限速时呈自然、平稳状态，不易被站立的乘客察觉。 车速检测系统的设计电子限速的作用是限制车速过高，防止因车速过高造成事故。电子限速器可以实时监测车辆的速度，当车速达到一定值的时候，它就会控制供油系统和发动机的转速，这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油。汽汽车车速传感器 霍尔式车速传感器
辽宁工大电气自动化传感器期末答案
1、传感器的组成： 传感器由敏感元件、转换元件和信号调节转换电路组成，敏感元件是传感器必不可少的元件。 2、静态特性： 衡量静态特性的性能指标是灵敏度、分辨率、线性度、迟滞、稳定性、测量范围与量程。 3、灵敏度： 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下，输出量变化与引起此变化的输入量变化的比值。K=△y/△x 或K=dy/dx 。 4、电阻式传感器是把被测的量，如位移、压力、力、力矩等非电量的变化转换为电阻值的变化，然后把电阻的变化通过测量转换电路变成电压或电流。 5、电阻式传感器的种类：电阻应变式传感器、固态压阻式传感器、热电阻式传感器、电位器式传感器及气敏电阻式传感器等。 6、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其结构主要由电阻丝、覆盖层、黏合剂和引出线四部分组成：电阻丝（敏感栅），是应变片的转换元件，是核心部件。 8、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理。 金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为应变效应。半导体的应变效应要比金属的强。其表达式为， 式中K 为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K 为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量R dR 与金属材料的轴向应变ε 成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变转换成与之ε成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。 9、电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感器元件，通过它将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。 10、电容式传感器的基本原理： 两平行极板组成的电容器的电容量为：C=（εA ）/d ，式中ε——极板间介质的介电常数，ε=ε0εr ，F/m ；A ——极板的遮盖面积；d ——极板间的距离。C 与A 成正比，成线性关系。 11、电容式传感器的类型：变极距式、变面积式、变介电常数式。 12、调频型测量电路是把电容传感器作为振荡器电路的一部分，当被测量变化而使电容量发生变化时，能使振荡频率发生相应的变化，而振荡器中的电感L 保 持不变。 13 、简述电容式油量表的工作原理。 ①当油箱中无油时，电容传感器的电容量Cx=Cx0，调节匹配电容使 C0=Cx0， R4=R3 ；并使电位器 RP 的滑动臂位于0点，即RP 接入桥路的电阻值为0。电桥满足Cx/C0=R4/R3的平衡条件，电桥输出为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角θ=0。 ②当油箱中注满油时，液位上升至h 处，Cx=Cx0+△Cx ，而△Cx 与h 成正比，此时电桥失去平衡，电桥的输出电压U0经放大后驱动伺服电动机，再由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动RP 的滑动臂移动，从而使RP 阻值增大，Rcd=R 3+R RP 也随之增大。当RP 阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为θ处。 ③当油箱中的油位降低时，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP 的滑动臂移动，使RP 阻值减小。当阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，于是伺服电动机再次停转，指针停留在转角为θx 处。 14、论述电感式传感器的原理。 电感式传感器的工作基础是电磁感应，即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量。被测量的非电量变成线圈的自感或互感的变化，通过测量转换电路转换成电流、电压、频率。电感式传感器可分为变磁阻式、变压器式、涡流式等。 15、差动式电感传感器的线性度较好，且输出曲线较陡，灵敏度较高。差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，而且减小了温度漂移，对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以相互抵消。 16、“检波”与“整流”的含义相似，都能将交流输入转换成直流输出。但“检波”多用于描述信号电压的转换。如果输出电压在送到指示仪前经相敏检波，它既可以反映位移的大小（U0的幅值），还可以反映位移的方向（U0的相位）。采用相敏检波电路，得到的输出信号既能反映位移的大小，也能反映位移的方向。 17、差动变压器式传感器：将其中两个二次线圈的同名端的接法对调时，其串联的总电压相互抵消，这种接法称为差动接法。如果将变压器的结构加以改造，将铁心做成可以活动的，就可以制成用于检测非电量的另一种传感器，即差动变压器式传感器。 18、电涡流式传感器的工作原理。 电涡流式传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，故称为电涡流或涡流。 如图所示，一个通有正弦交变电流I1的传感器线 圈，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个正弦交变磁场H1。当被测导体置于该磁场内，则在被测导体内产生电涡流I2，电涡流I2也将产生交变磁场H2，H2的方向与H1的方向相反。由于磁场H2的反作用，抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。 当线圈靠近导体时，互感变大，电阻变大的程序不如感抗变小的程序，所以等效阻抗变小。 电涡流传感器就是利用涡流效应将非电量变化转换成阻抗变化而进行测量的。 19、电涡流式传感器在金属导体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关，电涡流式传感器主要可分为高频反射式（趋肤效应）和低频透射式两类 。电信号的高频＞100KHz 。 20、当电涡流线圈与被测导体的距离x 变小时，电涡流线圈的电感量L 也随之变小，引起LC 振荡器的输出频率增高，此频率的变化可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将△f 转换为电压△U0。 21、压电式传感器是一种典型的自发电式传感器。 22、什么是压电效应？ 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 23、光轴（z 轴）、电轴（x 轴）和机械轴（y 轴）。 无论是沿x 轴方向施加力还是沿y 轴方向施加力，电荷只产生在x 面上。光轴（z 轴）方向受力时，由于晶格的变形不会引起正负电荷中心的分离，所以不会产生压电效应。 24、压电材料有哪些？ ①压电晶体。天然石英的性能（压电系数、介电系数、机械强度、品质因数、居里点）较之人工石英更好，所以常用于精度和稳定性要求高的场合和制作标准传感器。 ②压电陶瓷。锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT ）。 ③压电半导体。 ④高分子压电材料。 25、压电式力传感器：压电组件由三组双石英晶片并联方式组成，可增大输出电荷量。 26、压电式传感器可以用来测量加速度、力、压力等，其中压电式加速度传感器应用的最广。 27、霍尔元件有4个引脚。在霍尔片两个互相垂直方向的侧面上，各引出一对电极，其中a 、b 极用于加激励电压或电流（也叫控制电压或电流），成为激励电极（控制电极）。另一对c 、d 极用于引出霍尔电势，称为霍尔电极。 28、解释一下什么是霍尔效应？ N 型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面，通以控制电流I ，在薄片垂直方向加以磁场B ，则半导体薄片的另两侧面会产生一个大小与控制电流I 和磁场B 乘积成正比的电势U H 。这一现象叫做霍尔效应。 U H =K H IB ， 式中 U H ---霍尔电势（或称霍尔电压），V ；K H ---霍尔元件的灵敏度，V/（A T ）；I---控制电流，A ；B---磁感应强度，T 。 K H =1/(ned)， 式中 n---N 型半导体的电子浓度；e---电子电量， e =1.602×10-19 C ；d---霍尔元件的厚度，m 。 29、为什么金属和绝缘体不能作为霍尔元件？ 金属的电子浓度n 较高，使得K H 太小；绝缘体的n 很小，但需施加极高的电压才能产生很小的电流I ，故这两种材料都不宜用来制作霍尔元件。霍尔元件采用半导体材料。只有半导体电子浓度适宜，而可通过掺杂来获取希望的电子浓度。此外，d 越小则K H 越高，但同时霍尔元件的机械强度下降，且输入、输出电阻增加，因此，霍尔元件不能做得太薄。 30、当磁感应强度B 和元件平面法线方向成一角度θ时，作用在元件上的有效磁场是法线方向的分量，即Bcos θ，这时 U H =K H IBcos θ 由上式可知，当控制电流I 的方向或磁场B 的方向改变时，输出电势方向也将改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍尔电压极性不变。 31、霍尔汽车点火器的工作原理？ 在汽车点火装置中，发动机主轴带动磁铁转板转动时，霍尔元件感应的磁场交替改变，输出一串与气缸活塞运动同步的脉冲信号去触发晶体管功率放大电路，使点火线圈二次绕组产生很高的50kv 感应电压，火花塞产生放电，完成汽缸点火过程。 32、声波按频率的高低分为次声波（f ＜20Hz ）、声波（20Hz ≤f ≤20kHz ）、超声波（f ＞20kHz ）和特超声波（f ≥10MHz ）。超声波具有波长短、频率高、方向性好、能量集中、穿透本领大，遇到基质或分界面产生显著反射等优点。 33、超声波的传播特性： 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的。 振荡源在介质中可产生两种形式的振荡，即横向振荡和纵向振荡 横向振荡只能在固体中产生，而纵波振荡可在固体、液体和气体中产生。为了测量在各种状态下的物理量多采用纵向振荡。 34、例7-1 超声波液位计原理如图所示，从显示屏上测得t0=1.5ms ，t1=6.0ms ，已知水底与超声探头的间距为10m ，反射小板与探头的间距为0.5m ，求液位h 。 解：由于c=2h0/t0=2h1/t1，则有 h0/t0=h1/t1， h1=t1/t0×h0=(6.0×0.5/1.5)m=2m 液位h 为 h=h2-h1=(10-2)m=8m 35、发射器发射出频率f=40kHz 左右的连续超声波 高频超声波具有波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，且方向性好，能成为射线而定向传播，在液体、固体中衰减小，穿透本领大等特性，使其成为无损探伤方面的重要工具。 频率越高，波长越短，指向角越小，方向性越好。 36、根据超声波传输特性和衰减规律知，气体对超声波的吸收衰减很强；固体对超声波的吸收衰减最小。 37、使用超声波传感器的注意事项 根据超声波传输特性和衰减规律知气体对超声波的吸收衰减很强，而吸收衰减与频率成正比。所以使用的超声波频率一般较低，传感器的位置要恰当，这样才能避开盲区并顺利接收到反射脉冲。 38、用于超声波探伤的超声波的特性 高频超声波具有波长短，不易绕射，碰到杂质或者分界面就会有明显的反射，且方向性好，能成为射线而定向传播，在液体、固体中衰减小，穿透本领大，频率越高，波长越小，指向角越小方向性越好等特性 39、热电偶传感器简称热电偶，它是将温度量转换为热电势的热电式传感器。热电偶用来测量120°~1300°范围内的温度，根据需要可以测量更高或更低的温度。主要优点：测量范围宽、性能稳定具有较高的准确度、信号可以远传和记录、有良好的灵敏度。 40、什么是热电效应？ 热电偶测温基于热电效应，在两种不同的导体（或半导体）A 和B 组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生一个电动势，这个电动势为热电势，其物理效应称为热电效应。热电效应产生的热电势E AB (T ，T0)由两个部分组成，一是两种导体的接触电势；另一是单一导体的温差电势。热电偶置于温度为T 的被测对象中的结点称为测量端，又称工作端或热端；温度为参考温度T0的另一结点称为参比端或参考端，又称自由端或冷端，接触电势比温差电势大的多。 41、什么是接触电势？ 接触电势是由于互相接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。这个电动势将阻碍电子由金属A 进一步向金属B 扩散，一直达到动态平衡为止。 42、单一导体的温差电势是由于金属导体两端温度不同引起热扩散而形成的。 可得出如下结论： （1）如果热电偶两电极材料相同，两接点温度不同，则闭合回路中热电势为零。因此，热电偶两电极的材料必须不同。 （2）如果热电偶两电极材料不同，但两接点温度相同，则闭合回路中热电势也为零。因此，热电偶两电极的两个结点温度必须不同。 （3）热电势的大小仅与热极材料的性质、两接点的温度有关，而与热电偶尺寸、形状及温度分布无关。 43、热电偶基本定律有4个：均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律。 中间导体定律：在热电偶回路中，接入第三种导体C ，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变。即第三种导体C 的引入对热电偶回路的总电势没有影响，这就是中间导体定律。 中间温度定律：在热电偶回路中，两结点温度为T 、T0时的热电势等于该热电偶在结点温度为T 、Ta 和Ta 、T0时热电势的代数和，即E AB （T 、T0）=E AB （T 、Ta ）+E AB （Ta 、T0）。 标准电极定律：当结点温度为T 、T0时，用导体A 、B 组成的热电偶的热电势等于AC 热电偶和CB 热电偶的热电势之代数和，即E AB （T ，T0）=E AC （T ，T0）+E CB （T ，T0）。导体C 称为标准电极，故把这一定律称为标准电极定律。 44、中间导体定律的应用： 热电偶冷端温度补偿方法：补偿导线法、计算法、补偿电桥法、冰浴法（冷端恒温法） 热电偶的冷端温度补偿：补偿导线法 要求把温度测量的信号从现场传送到集中控制室，或者由于其他原因，显示仪表不能安装在被测对象的附近，而需要通过连接导线将热电偶延伸到温度恒定的场所，将热电偶冷端延长到远离高温的地区。一般用一种导线（称为补偿导线）将热电偶的冷端加长，这种导线采用廉价金属，在一定温度范围内（0℃~100℃）具有和所连接的热电偶有相同的热电性能。 冰浴法（冷端恒温法）：为了避免冰水导电引起冷端处的结点短路，必须把结点分别置于两个玻璃试管内，如果浸入同一冰点槽，要使之相互绝缘。 计算法：E （t ，0）=E （t ，t0）+E （t0，0）。 例8-1 S 型热电偶在工作时冷端温度t0=30°C ，现测得热电偶的电势为7.5mv ，求被测介质的实际温度。 解：已知热电偶测得的电势为E （t ，30），即E （t ，30）=7.5mv ，其中t 为被测介质温度。由分度表可查得E （30,0）=0.173mv ，则E （t ，0）=E （t ，30)+E(30，0)=(7.5+0.173)mv=7.673mv 由分度表可查得E （t ，0)=7.673mv 对应的温度为830℃，则被测介质的实际温度为830℃。 45、热电偶传感器的应用：①管道温度的测量。②金属表面温度的测量。③热电偶在红外线探测器中的应用。④热电偶在热力学测量水泵效率中的应用。 46、什么是光电效应？有哪些分类？ 光电效应：光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子的能量为h γ。光的频率越高，光子的能量就越大。光照到物体上，组成该物体的材料吸收光子能量而发出相应电效应（如电导率变化、发射电子或产生电动势等）的物理现象，称为光电效应。光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三类。 47、1）外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，也称光电发射，向外发射的电子称为光电子。E=h γ=1/2mv 2+A 0。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。 2）内光电效应：在光照射下，半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化，使其导电能力发生变化。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管。 3）光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象，具有该效应的材料有硅、硒、氧化亚铜、硫化镉、砷化镓。利用该效应可制成各类光电池。 48、光敏二极管：在电路中，一般光敏二极管是处于反向工作状态。 光敏三极管：大多数光敏三极管的基极无引出线，集电结加反向偏压。 光电池：光电池的工作原理基于光生伏特效应，当光照射到光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。 49、光电传感器：将光能（入射的电磁辐射能量）转变成电能的传感器，入射的电磁辐射能量的大小和性 质，反应了光能的存在和所携带的被测量变化的信息。 50、什么是热释电效应？ 给电石、水晶等晶体加热，其晶体表面会产生自热极化而出现电荷，这种现象称为热释电效应。 51、热释电红外传感器由滤光片、热释电红外敏感元件、高输入阻抗放大器等组成。 52、热释电型人体检测器原理：热释电红外传感器用于防盗报警器时，表面必须罩上一块菲涅尔透镜，可以提高传感器的灵敏度，扩大监视范围。菲涅尔透镜就是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜组，它由一组平行的棱柱型透镜组成。若从热释电元件来看，它前面的每一个单元透镜都只有一个不大的视场角，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，也不重叠，都相隔一个盲区。当人体在透镜总的监视范围内运动时，产生一个交替的“盲区”和“高灵敏度区”。则物体或人体的移动就会产生一系列的光脉冲进入传感器，将光脉冲转换成电压的变化，电压通过放大器，带通滤波器滤除干扰的分量，再经过阀值比较器，如果电压超过阀值比较器的范围，就进行声光报警。 53、光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各是哪些？简述其特点。 光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子的能量为hr 光的频率越高，光子的能量就越大。光照到物体上，组成该物体的材料吸收光子能量而发出相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应分为外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。 基于光生伏特效应的光电元件有各类光电池。 光敏二极管特点处于反向工作状态。 光敏三极管特点基极无引出线集电结加反向偏压。 光电池工作原理基于光生伏特效应。 54、什么是热释电效应？它有哪些应用？ 给电石、水晶等晶体加热，其晶体表面会产生自然极，化而出现电荷（即在晶体两端产生数量相等而符号相反的电荷），这种现象称为热释电效应 能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称为热电元件。常用材料有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锂、热释电塑料等。 应用于楼道自动开关、防盗报警、人体检测等。 55、光电开关分为直射型和反射型，直射型发射器和接收器相对安防，轴线严格对准，反射型分为反射镜反射和被测物体反射型。 光电开关中的红外光发射器一般采功率较大的红外发光二极管（红外LED ），接收器采用光敏三极管、光敏达林顿三极管或光电池。 光电断续器分为直射型和反射型 直射型断续器用于光电控制和光电计量等电路，以及检测物体的有无、运动方向、转速。反射型光断续器主要用于光电接近开关、光电自动控制、物体识别等。 56、光不会穿过两个介质的分界面，而只会完全反射回来，因此称为全反射，产生全发射的条件为θ1≥θc=arcsin n2/n1，由于光纤纤芯的折射率大于包层的折射率，所以在光纤纤芯中传播的光只要满足该条件，光线就能在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在芯内向前传播，从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光原理。 ε ?=K R dR LC 21f π=
流量监测交通灯传感器大作业
传感器技术与检测 流 量 检 测 交 通 灯 班级： 学号： 姓名 日期：
一．研究的主要内容 本课题研究的内容有如下几个方面： （1）基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理。 （2）基于车流量的智能交通灯控制系统的硬件设计。 （3）车流量检测原理及其硬件电路设计。 （4）基于车流量的智能交通灯控制系统的程序设计。 二．研究方案 １．系统总体方案 ２．车流量检测方案 利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。红外线车辆扫描系统提供了车辆轮廓扫描的解决方案，并提供车辆分离信号，同时还能够检测挂钩是否存在及其位置，由于光学产品的高速响应，当车速低于100公里/小时，系统可对车辆间距0.3米车辆实现可靠的分离检测并抓取车辆轮廓数据，当车速低于200公里/小时，对车辆间距0.6米的车辆实现可靠的分离检测并抓取轮廓数据，系统可自动分类超过100种车型，车辆自动分类的准确率超过99％。常利用光电开关技术成熟，高速响应，可输出丰富的车辆数据信息，能可靠检测各种特殊车辆。抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响，安装简便。 采用AT89C51单片机作为主控制器。AT89C51具有两个16位定时器/计数器，5个中断源，便于对车流量进行定时中断检测。32根I/O线，使其具有足够的I/O口驱动数码管及交通灯。外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K，便于系统扩展。其T0，T1口可以对外部脉冲进行实时计数操作，故可以方便实现车流量检测信号的输入。 显示部分:采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输
西南大学17秋[0928]《传感器与测试技术》作业答案
1、结构型传感器是依靠传感器( )的变化实现信号变换的。 1. 材料物理特性<="" label=""> 2.体积大小 3.结构参数
4.涡流式 4、应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、阻值的选择和( )等。 1.测量范围的选择 2.电源的选择 3.精度的选择
4. 尺寸的选择 5、半导体应变片具有( )等优点。 1. 灵敏度高
3. 可以控制 4. 没有误差 9、信号传输过程中，产生干扰的原因是 ( ) 1. 信号是缓变的 2. 信号是快变的 3. 干扰的耦合通道 4. 信号是交流的 10、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( )。 1. 接近于零 2. 尽量低些 3. 尽量高些 4. 是任意的 11、常用于测量大位移的传感器有( ) 1. 感应同步器 2. 应变电阻式 3. 霍尔式 4. 涡流式 12、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 1. 质量块
传感器大作业汇总
检测与转换技术 大作业 题目电容式传感器在水箱液位装置上的设计院系信息工程学院 班级自动化133班 学生姓名张如江 日期 2015年11月18日
摘要 (2) 1 设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2系统框图- 4 - 2传感器原理 (3) 2.1传感器简述 (3) 2.2电容式液位计 (3) 2.3传感器的组成 (4) 2.4测量原理 (5) 3电容测量电路设计 (6) 3.1测量电路 (6) 4电信号放大电路设计 (9) 4.1整流电路 (9) 4.2放大电路 (9) 5 AD转换电路及与单片机接口 (10) 6 误差分析 (11) 6.1误差来源 (11) 6.2影响液位测量的主要因素 (11) 7总结 (12) 参考文献 (12)
在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对液位进行精确测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。 通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。其中电容式液位测量价格低廉、结构简单，是间接测量方法中最常用的方法之一。本设计采用电容式传感器的原理、电容电压转换电路、精确测量电压幅度的测量法,及利用DS1820 测量温度和用单片机进行温度补偿的方法。设计并制作了圆柱形电容器，利用二极管T型网络电路将容量变化转换成电压的变化，并利用单片机进行测量，通过软件计算液位高度，减小了电容与电压转换的线性误差，具有温度软件补偿功能。通过实验测试，该装置的测量精度优于1cm。 1.设计方案 1.1设计原理 本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用在柱形电容器的极板之间，充以不同高度的介质时，电容量的大小也会有所不同。从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于从传感器得出的电压一般在0~30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大。从放大电路出来的是模拟量，因此送入ADC0809转换成数字量，ADC0809连接于单片机，把信号送入单片机。显示电路连接于单片机用于显示水位的高度。该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码管。 1.2系统框图
传感器与电气检测(第三版)第一单元部分习题详解
1.何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系 答：准确度，反映测量结果中系统误差的影响程度。 精密度，反映测量结果中随机误差的影响程度。 精确度，反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度（或极限误差）表示。 2.检定2.5级（即满度误差为2.5%）的全量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该电压表是否合格？ 答：由题意得 2/100*100%=2%<2.5%即该电压表合格 3.测量摸电路电流共5次，测得数据（单位为mA ）分别为168.41，168.54，168.59，168.40，168.50.试求算术平均值和标准差。 答：算术平均值 x=（168.41+168.54+168.59+168.40+168.50）/5=168.488mm 标准差σ= （xi ?x ）2 n i =1n?1=0.0823mm 4.测量某物质中铁的含量为：1.52,1.46,1.61,1.54,1.55,1.49,1.68,1.46,1.83,1.50,1.56，试用3σ准则检查测量值中是否有坏值。 答： X=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x1111=1.52+1.46+1.61+1.54+1.55+1.49+1.68+1.46+1.83+1.50+1.5611=1.56 σ=x 12+x 22+x 3 2+?+x n 2n?1=?0.042+?0.12+0.052+?0.022+?0.012+?0.072+0.122+?0.12+0.272+?0.062+0211?1=0.10973 3σ=0.32919 因为 X-X 0<3σ 所以没有坏值
传感器原理与测试技术大作业
2015春机械智能专业传感器原理与应用试题试卷号7550 1．测量是借助专用的技术和设备，通过和，取得被测对象的某个量的大小和符号。 2．电阻应变片的初始电阻R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的电阻。 3．工业和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是热电阻和 热电阻。 4．闭磁路变隙式单线圈电感传感器与灵敏度及线性度式相矛盾的。 5．所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的。 6．螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要指标之一。它的存在造成传感器在附近灵敏度降低、测量大等。 7．电涡流式传感器的测量系统由和两部分组成，利用两者之间的耦合来完成测量任务。 8．电容式传感器中，变面积式常用于较大的测量。 9．振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体或密度的变化转换成频率的变化。10．光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用代替的结果。通常基极不引出，只有两个电极。 11．热电偶中，接触电势是由互相接触的两种金属导体内造成的；温差电势是由金属两端温度不同引起造成的。 12．硅光电池的结构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积而成。13．对某种物体产生有一个的限制，称为红限。 14．电位器是一种将机械转换成电阻或电压的机电传感元件。
1．单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（）。 A．大量程角位移 B．小量程角位移 C．大量程直线位移 D．小量程直线位移 2．用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。 A.接线方便 B.减小引线电阻变化产生的测量误差 C.减小桥路中其它电阻对热电阻的影响 D.减小桥路中电源对热电阻的影响 3. 压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。 A.晶体厚度成反比 B.晶体面积成正比 C.作用在晶片上的压力成正比 D.剩余极化强度成正比 4.当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是（）。 A. 红限 B. 量子效率 C. 逸出功 D. 普朗克常数 5. 通常用振弦式传感器测量（）。 A. 压力 B. 扭矩
电气传感器大作业
2009电气工程与自动化专业 传感器原理与应用课程能力训练项目及要求 学生以3人一组，自由组合，确定组长。选定课程设计题目，分配任务，共同协作，完成课题既定要求。在完成项目过程中严禁相互抄袭。 目标： 1.完成设计报告、项目开发报告、说明书等； 2.成果分享。 3.锻炼学生自学能力和灵活运用所学知识的能力，写作能力和口头表达能 力； 4.锻炼学生团队协作精神。 要求：设计报告字数不少于3000字，采用统一的格式，毕业论文的结构，包括封面、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录等环节。文档格式也按照毕业论文的要求排版。 题目： 一、教室日光灯控制系统设计 某学院为节约用电，拟在教室里安装传感器。当教室里有人时，日光灯就亮，当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。请按要求设计一个可行方案，完成设计报告，报告包括3大段落：a．“必要性”；b．“可行性”（主要谈传感器）；c．如何实现这个设想的具体方案。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“日光灯控制系统”的安装立体图（以这门课的上课教室为例）。包括：教室顶部的传感器、日光灯、课桌、学生等，应使阅读报告
人能看得懂你的设想，特别应标出传感器在图上的安装位置。 （3）在报告中画出该“日光灯控制系统”的系统原理框图(包括控制单元（如单片机、ARM等）、所用的传感器、强电控制电路等）。 （4）在报告后给出参考文献
二、感应水龙头的设计 假设你应聘到某卫生洁具公司。现公司打算开发一个用于医院门诊部、给医生和就诊病人使用的“感应式水龙头”。 1.请先按以下给出提示分析“感应式水龙头”的原理。 1）当使用者的手靠近该“感应式水龙头”的出水口时，它就______，而人经过时无反应。为实现上述功能，你选用经济、体积小的______传感器，该传感器应安装在水龙头的______位置，属于______（接触/非接触）式测量。 2）为节约用水，水龙头在______（30/3/0.3）s后自动______。为实现上述功能，你选用______（整形/延时/放大）电路来达到目的。 3）水龙头的出水和断水使用______（放大器/显示器/电磁阀门）来控制。 4）该日夜工作的“感应式水龙头”的电源应为______（9V干电池/380V/220V/1000V）为宜。 5）设计该“感应式水龙头”时，特别应注意防止______（雷击/受潮/振动）。 6）你认为参考该“感应式水龙头”的原理，还可以用于什么场合？ 2.根据以上要求和分析，给公司领导写一份项目开发报告，报告包括如下内容： a.你的动机和设想；b.如何实现这个设想；c.系统的工作原理和工作过程。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“感应式水龙头”的正视图或侧视图，包括外型、传感器、显示电源的LED、人的手等应使阅读报告人能看得懂你的设想。 （3）在报告中画出该“测控系统”的系统原理框图(应包括传感器、信号处理电路、控制电路、执行机构（以上均须写出具体名称）、显示器、电源等。）。（4）在报告后给出参考文献
传感器大作业
北京邮电大学 传感器大作业 题目：霍尔转速器 姓名：##### 学院：电子工程学院 班级： 学号： 日期：2013年6月10日
一、被测量分析 转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。要测速，首先要解决的是采样问题。测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，智能化微电脑代替了一般机械式或模拟式结构，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 二、霍尔传感器的发展历史及其现状 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、
导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。三、传感器设计思路 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图所示： 系统软件主要包括测量初始化模块、信号频率测量模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块、显示模块、按键功能模块、定时器中断服务模块。系统软件框图如图所示：
传感器大作业
洛阳理工学院《检测与转换技术》期末大作业 题目：酒精测试仪 专业：自动化 姓名：高志远 学号： B12041214 日期： 2014.11.22
随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”酒后驾驶行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。越来越多的交通事故在我们的身边发生，让人心痛，经济的发展，每个人都希望人的安全意识也该发展。此外，由交通事故造成的经济损失也相当惊人。据事故调查统计，超过半数的车祸与饮酒有关。在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。 本文设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。其设计方案基于89C51单片机，MQ-3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由4位LCD数码管显示酒精浓度值。并且根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行自动报警来提示危害。从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计。 开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能发上显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，避免事故的发生。当然，最好的办法是在车内安装这种测试仪，司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量，如果超出允许值，系统控制引擎无法启动，这样就可从根本上解决酒后驾车问题。 酒精测试仪在生产中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于允许限定值时要及时通风换气，做到安全生产。当然，依照同样的原理也可设计检测其他气体的探测仪，与我们的生活息息相关的是检测有毒气体。 1.方案设计 1.1概述：该设计方案基于89C51单片机，MQ-3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由4位LCD数码管显示酒精浓度值。并且根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行自动报警来提示危害。 1.2 考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值并且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过ADC0804采集数据送入单片机进行处理。酒精浓度监测仪的硬件电路设计主要包括：传感器测量电路、89C51单片机系统、A/D转换电路、自动报警电路、LED 数码管显示电路。酒精浓度测试仪总体设计电路框图如图系统总框图如下：
无线传感网大作业
无线传感器网络大作业题目：无线传感网络实现矿井环境检测物联网工程学院计算机科学与技术专业 学号 学生姓名
指导教师宋春霖副教授 二〇一六年五月 摘要：煤矿中的突发事故具有一定的随机性和不确定性。利用无线传感器网络采集矿井中的数据,再将这些数据通过无线网络传输到矿井上的环境监测中心,并把这些数据实时直观地显示出来;尤其是在被监测的瓦斯体积分数超标的时候,还可发出报警信号。采集到的数据会备份到数据库中,通过对这些数据进行科学的分析归纳,能为预测事故和危机的发生提供强有力的数据支持。 关键词：煤矿、突发事故、无线传感网
目录 1、具体应用 (4) 2、设计方面的挑战 (4) 2.1土壤状况与类型 (4) 2.2成本 (5) 2.3功耗问题 (5) 2.4恶劣环境 (5) 3、无线传感网的组成以及架构 (5) 传感器节点 (6) 4、通信架构 (7) 参考文献: (7)
1、具体应用 近些年来，我国的煤矿事故时常发生，一旦出现重大煤矿事故，不仅失去大量矿工人
员的生命，而且还给煤矿企业和国家带来一定的负面影响。我国现有的煤矿井下的检测系统还是传统的有线检测系统，这种检测系统存在着一系列的弊端，比如说，它只能在矿井扩宽的场域方便使用，而在那些工人作业的采煤区域还不能够完全地有效使用。 监控设备不能很好地发挥作用。传统的监控设备，监控范围有限，并且基本采用有线模式传输信号，在矿井中使用十分不便。而无线传感器网络存在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式组成的一个多跳的自组织网络，其目的是采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并通过无线模块发送给观察者。是集数据的采集、融合、分析、传输于一体，具有展开快速、可靠稳定、可维护性好等特点，特别适用于环境恶劣、不方便人工监控和通过有线网络监控的场所。如果将其应用于煤矿中，配上上层监控软件，可以很好地实现对煤矿内重点区域实时监控、显示和预警，对煤矿的安全生产起着非常重要的作用。下面就提出一种基于无线传感网络的煤矿瓦斯预警系统的设计方法。 无线传感器网络由于自身的特殊特点，比如说方便，能够适应各种环境、检测精确度较高和安全可靠性高等特点，在当前的煤矿开采中非常实用，可以解决在环境复杂、恶劣的煤矿中对瓦斯浓度的监控和预警，不仅要实现煤矿采空区的监测和数据的传输,而且开发成本和运行成本也要低,适合于中、小煤矿采空区的温度监测,移植与功能扩展方便,更换与增加不同的传感器又可构建其他监测网络。 2、设计方面的挑战 2.1土壤状况与类型 在地下通信中网络部署与土壤类型密切相关，随着土壤类型的不同功率衰减的特性展现出很大差异，很大程度上引起了网络拓扑结构的设计。另外，天气、湿度、季节等因素对土壤状况的影响也是我们需要考虑的一个重点。
传感器实验报告二
传感器实验报告 班级：电气二班 姓名：梁智健 学号：201324122202 老师：陈永健 日期：2015年12月9日
实验二(1) 电涡流传感器位移实验 一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 二、基本原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验步骤： 1、根据图8－1 安装电涡流传感器。 图8－1 电涡流传感器安装示意图 图8－2 电涡流传感器位移实验接线图
2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。 3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L 的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。 4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。 5、将实验模板输出端Vo 与数显单元输入端V i相接。数显表量程切换开关选择电压20V 档。。 6、用连结导线从主控台接入15V 直流电源接到模板上标有＋15V 的插孔中。 7、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表8－1。 表8－1 电涡流传感器位移X 与输出电压数据 8、根据表8－1 数据，画出V－X 曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm 及5mm 时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。
五、思考题： 1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传 感器？ 答:量程与线性度、灵敏度、初始值均有关系。如果需要测量25mm的量程应使传感器在这个范围内线性度最好，灵敏度最高，这样才能保证准确度。 2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。 答：根据需要测量距离的大小，一般距离较大要求量程较大，且灵敏度要求不会太高，而且量程有正负；相反需要测量的距离较小，则对另名都要求较高，量程不需要太大，这样进呢过满足要求，同时又保证了测量的精确度。 实验二(2) 被测体材质对电涡流传感器特性影响 一、实验目的：了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。 二、基本原理：涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。 三、需用器件与单元：除与实验二(1)相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。 四、实验步骤： 1、传感器安装与实验二(1)相同。 2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。 3、重复实验二(1)步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入 表8－2 和表8－3。 表8－2 被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据