传感器与检测技术教案

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1、传感器与检测技术86目录86传感器与检测技术第一章概述传感器：是能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。1.1机电一体化系统常用传感器1.1.1传感器的组成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。大多数传感器为开环系统，也有带

2、反馈的闭环系统。1.1.2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: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（主要有电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器）

3、。3．按被测物理量分类86如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。4.按工作原理分类可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、压电式、热电式、陀螺式、机械式、流体式。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）又称能量转换型；（2）有源型：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）。电阻式包括光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻等形式。6.按输出信号的性质分类：（1

4、）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，加上计数器可对输入量进行计数；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。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。开关型（二值型）：包括接触型（微动开关、行程开关、接触开关）、非接触型（光电开关、接近开关）；模拟型：包括电阻型（电位器、电阻应变片）、电

5、压电流型（热电偶、光电电池）、电容电感型（电容、电感式位置传感器）；数字型：包括计数型（脉冲或方波信号+计数器）、代码型（回转编码器、礠尺）。传感器分类转换原理传感器名称典型应用转换形式中间参量电参数电阻移动电位器触点改变电阻电位器传感器位移改变电阻丝或电阻片的尺寸电阻丝应变传感器、半导体应变传感器微应变、力、负荷利用电阻的温度效应（电阻温度系数）热丝传感器气流速度、液体流量电阻温度传感器温度、热辐射热敏电阻传感器温度利用电阻的光敏效应光敏电阻传感器光强利用电阻的湿度效应湿敏电阻湿度电容改变电容的几何尺寸电容传感器力、压

6、力、负荷、位移改变电容的介电常数液位、厚度、含水量86电感改变磁路的几何尺寸、导磁体位置电感传感器位移涡流去磁效应涡流传感器位移、厚度、硬度利用压磁效应压磁传感器力、压力、扭矩电参数电感改变互感差动变压器位移自整角机位移旋转变压器位移频率改变谐振回路中的固有参数振弦式传感器压力、力振筒式传感器气压石英谐振传感器力、温度等计数利用莫尔条纹光栅大角位移、大直线位移改变互感感应同步器利用拾磁信号磁栅数字利用数字编码角度编码器大角位移电量电动势温差电动势热电偶温度、热流霍尔效应霍尔传感器磁通、电流、压力电磁感应磁电传感器速度、加速度

7、光电效应光电池光强电荷辐射电离电离室离子计数、放射性强度压电效应压电传感器动态力、加速度1.1.3传感器的特性及主要性能指标1.传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。2.传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度、灵敏度、重复性等。3.传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，简称动特性。取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递、转换信息的形式可分为①接触式环

8、节；②模拟环节；③数字环节，其中最薄弱环节的动态特性即为该传感器的动态特性。评定其动态特性的输入信号：正弦周期信号、阶跃信号。4.传感器的主要性能要求：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单