基于传感器技术研究（终稿）

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1、传感器技术摘要一、传感器的定义随着科学技术的发展，用非电量的测量方法去测量非电量已不能满足工程测量要求，因而研究开发了新的测量技术一一非电量电测技术。非电量电测技术小的关键技术是研究如何将非电量转换成电量的技术——传感器技术。传感器是-•种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与Z有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。这一定义包含了以下几个方面的含义：（1）传感器是测量装置，能完成检测任务；（2）它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；（3）它的输入是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这

2、种量可以是气、光、电量，但主要是电量;（4）输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。总Z,传感器处于测量系统的最前端，起着获取信息与转换信息的重要作用。1、敏感元件：直接感受被测量，输出与被测量有确定关系；2、转换元件：磁芯与电感线圈；3、转换电路：磁芯变化引起转换电路输岀变化。三、传感器的分类传感器是一门知识密集型技术，其原理各种各样，它与许多学科有关，种类繁多，分类方法也很多，tl前广泛采用的分类方法有以下几种。1、按传感器的工作原理：物理型、化学型、生物型；2、按传感器的构成原理：结构型（定理、数学公式）、物性型（材料有关）3、按

3、能量转换：能量控制型：外加电源、应变电阻、热阻、光阻；能量转换型:压电效应、热电效应、光电动势效应。4、按用途：位移、压力、温度、振动、电流、电压、功率等；5、按物理型的分类：1）电参量：电阻式、电感式、电容式；2）磁电式：磁电感3）压电式；4）光电式：光栅、激光、光纤、红外、摄像；5）热电式；6）波式：超声波、微波；7）半导体式；正文一、传感器的特性所谓传感器的特性就是传感器的输入、输出关系。传感器在出厂或使用之前需要进行标定，确定其输入与输出之间的关系，从而得到其性能指标。由于从时间角度可以将被测菲电量分为静态和动态两大类，所以，传感

4、器的特性和性能指标分为静态特性和动态特性两大类。1、静态特性：输入量为常量或变化缓慢的信号；2、动态特性：输入量随时间变化较快。（-）传感器的静态性能1、线性度（产生系统误差）以及线性化处理；2、迟滞（产生系统误差）;3、重复性（产生随机误差）;4、灵敏度⑶与灵敏度误差；5、分辨力与阈值：分辨力：能检测到的最小的输入增量（绝对值表示）（-）传感器的动态特性1.瞬间响应特性在时域内研究传感器的动态特性时，常用的激励信号有阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等。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

5、特性出发研究传感器的动态特性的方法。3.动态标泄上面是从理论上对传感器的动态特性进行分析，为了得到准确的动态特性，必须对传感器进行动态标定。通过动态标定实验，得到传感器的输入和输出数据，或者响应曲线，进而建立动态数学模型，计算出动态性能指标;或者从响应曲线上佔算出动态性能指标。二、传感器的原理与应用下面主要以电阻、电容、电感传感器为例，介绍传感器的工作原理（-）电阻式传感器功能：将相关非电量（位移、压力、加速度、流量等）变换成与电阻阻值相关的电量传感器。主要类型：1、线性电位器传感器；2、非线性电位器传感器；3、电阻应变传感器；4、压阻传

6、感器；5、金属电阻传感器；程下面以线性电位器式传感器为例讲述电阻传感器的工作原理及应用K线性电位器式传感器空载输出电压Ux=^-x=kuX"maxRRx=-^x=kRx"maxmaxku"maxkRxmax人maxXmaxAt2(b+h)~~At卩A、r：导线的电阻率、截面积、节距方、h：骨架的宽度及高度；I:工作电流电压分别率4U电位器电刷作台阶式的跳跃变化。电刷每移过一匝，输岀电压（电阻）就会产生一个阶跃，其阶跃值为：=Umax/N"maxgmax心心ax+R/max~Rx—=x"max泊七5°%X可得：…币*rioo%（4）线性电位

7、器传感器的应用特点：整个量程范围内，单位长度上的电阻值处处相等，只要是能转变成位移的参数均可用电位器作为检测元件。例如：温度、物位，振动、位移、速度等。小结：电阻式传感器是目前非电量测量最主要的传感器器件之一，其种类繁多，应用相当广泛，应用技术也相对成熟。电阻式传感器的基本原理是将被测非电物理量的相对变化转换成为电阻值的变化量，经过测量电路匹配后获得费电量测量的相应数据量值。根据电阻式传感器的工作原理和具体应用情况，可以将传感器制作成各种类型并和测量电路进行有机组合运用，构成测量如压力、形变、唯一、加速度、扭矩、温度等非电量参数的测量器件

8、或监测系统。（二）电感式传感器原理：与各种非电量能影响传感器的电阻值，因此成为可测的量一样，电感也能受N?别。在这类电感式传感器中，线圈的电感L是要测量的电量。它取L-万—数N的平方和线圈的磁