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1、数据采集与处理技术颜拥军主讲2010.8.14第二章采集系统常用传感器2.1传感器的定义与组成2.2传感器的分类与特点2.3电阻应变式传感器原理2.4热电偶传感器原理2.5电感式传感器2.6电容式传感器2.7压电传感器2.8霍尔传感器2.9光电传感器2.1传感器的定义与组成传感器的概念：广义上讲——传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置。简单地说——传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以传感器由敏感元器件（感知元件）和转换器件（将敏感元件的输出量转换成适宜传输和测量的量的
2、器件，如电学量）两部分组成；有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。非电学量 电学量传感器角度位移速度加速度压力温度湿度声强光照强度………电压电流强度电阻电容2.1传感器的定义与组成2.2传感器的分类与特点分类方法按被测输入量来分按敏感材料分类按能量的关系分类其他分类法2.2传感器的分类与特点优点：比较明确地表达传感器的用途，可方便地根据测量对象选择所需要的传感器。缺点：不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。按被测物理量分类温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传
3、感器、加速度传感器、光电传感器按敏感材料分类：半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子材料传感器和金属传感器等。按能量分类有源传感器无源传感器压电式 热电式 压阻式等电阻式 电容式 电感式等传感器的基本特性一、静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。只考虑传感器的静态特性时,输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。1.线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特
4、性和非线性特性。2．灵敏度灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值,即S=Δy/Δx对于线性传感器,它的灵敏度就是它的静态特性的斜率,即S=Δy/Δx为常数,而非线性传感器的灵敏度为一变量,用S=dy/dx表示。3.迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞。产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的,例如弹性敏感元件的弹性滞后、运动部件摩擦等。4.重复性重复性是指传感器
5、在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。一、动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。当被测量随时间变化,是时间的函数时,则传感器的输出量也是时间的函数,其间的关系要用动特性来表示。实际上除了具有理想的比例特性外,输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。1.瞬态响应特性传感器的瞬态响应是时间响应。·常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。瞬态响应特性指标（1）时间常数τ一阶传感器时间常数τ越小,响应
6、速度越快。（2）延时时间传感器输出达到稳态值的50%所需时间。（3）上升时间传感器输出达到稳态值的90%所需时间。（4）超调量传感器输出超过稳态值的最大值。2.频率响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性,称为频率响应特性。频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性频率响应特性指标(1)频带传感器增益保持在一定值内的频率范围为传感器频带或通频带,对应有上、下截止频率。(2)时间常数τ用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小,频带越宽。(3)固有频率ωn二阶传感器的固有频率ωn
7、表征了其动态特性。2.3电阻应变式传感器原理电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。2.3电阻应变式传感器原理电阻应变效应及原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应,即在导体产生机械形变时,它的电阻值相应发生变化。如图
8、2.1所示,一根金属电阻丝,在其未受力时,原始电阻值为R=（1）式中:ρ——电阻丝的电阻率;L——电阻丝的长度;S——电阻丝的截面积。r——电阻丝的半径2.3电阻应变式传感器原理图2.1金属电阻丝应变效应2.3电阻应变式传感器原理当电阻丝受到拉力F作用时,将伸长ΔL,横截面积相应减小ΔS,电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ,故引起电阻值相对变化量为式中ΔL/L是长度相对变化量,用应变ε表示ΔS/S为圆形电阻丝的截
