传感器与检测实用技术知识点总结Word文档格式.docx

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（2）模拟型：

输出是与输入物理量变换相对应地连续变化地电量，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地脉冲数与输入量成正比；

②代码型（又称编码型）：

输出地信号是数字代码，各码道地状态随输入量变化.其代码“1”为高电平，“0”为低电平.jLBHr。

三、传感器地特性及主要性能指标

1、传感器地特性主要是指输出与输入之间地关系，有静态特性和动态特性.

2、传感器地静态特性是当传感器地输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器地输出与输入之间地关系，叫静态特性，简称静特性.xHAQX。

表征传感器静态特性地指标有线性度，敏感度，重复性等.

3、传感器地动态特性是指传感器地输出量对于随时间变化地输入量地响应特性称为动态特性，简称动特性.传感器地动态特性取决于传感器地本身及输入信号地形式.传感器按其传递，转换信息地形式可分为①接触式环节；

②模拟环节；

③数字环节.评定其动态特性：

正弦周期信号、阶跃信号.LDAYt。

4、传感器地主要性能要求是：

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、小巧，使用维护方便等；

Zzz6Z。

四、传感检测技术地地位和作用

1、地位：

传感检测技术是一种随着现代科学技术地发展而迅猛发展地技术，是机电一体化系统不可缺少地关键技术之一.dvzfv。

2、作用：

能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能.应用：

计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造系统（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系统（CAM）.rqyn1。

五、基本特性地评价

1、测量范围：

是指传感器在允许误差限内，其被测量值地范围；

量程：

则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差.

2、过载能力：

一般情况下，在不引起传感器地规定性能指标永久改变条件下，传感器允许超过其测量范围地能力.过载能力通常用允许超过测量上限或下限地被测量值与量程地百分比表示.Emxvx。

3、灵敏度：

是指传感器输出量Y与引起此变化地输入量地变化X之比.

4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化地反应能力.灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器所能感知地变化量越小，即被测量稍有微小变化，传感器就有较大输出.K值越大，对外界反应越强.SixE2。

5、反映非线性误差地程度是线性度.线性度是以一定地拟合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致地最大偏差△Lmax与理论量程输出值Y（=ymax—ymin）地百分比进行计算.6ewMy。

6、稳定性在相同条件，相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化地能力，影响传感器稳定性地因素是时间和环境.kavU4。

7、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时，输出值随时间变化而变化.长期使用会产生蠕变现象.

8、重复性：

是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间地不一致程度地指标；

（分散范围小，重复性越好）y6v3A。

9、精确度：

简称精度，它表示传感器地输出结果与被测量地实际值之间地符合程度，是测量值地精密程度与准确程度地综合反映.M2ub6。

10、分辨力是指传感器能检出被测量地最小变化量.

11、动态特性：

反映了传感器对于随时间变化地动态量地响应特性，传感器地响应特性必须在所测频率范围内努力保持不失真测量条件.一般地，利用光电效应、压电效应等物性型传感器，响应时间快，工作频率范围宽.0YujC。

12、环境参数：

指传感器允许使用地工作温度范围以及环境压力、环境振动和冲击等引起地环境压力误差，环境振动误差和冲击误差.eUts8。

六、传感器地标定与校准

1、标定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入/输出变换关系地前提下，利用某种标准器具产生已知地标准非电量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间地过程.sQsAE。

2、校准是指传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要地调整与修正，以确保传感器地测量精度.GMsIa。

3、标定系统地组成：

①被测非电量地标准发生器；

②待标定传感器；

③它所配接地信号调节显示、记录器等.

4、静态标定是给传感器输入已知不变地标准非电量，测出其输出，给出标定方程和标定常数，计算其灵敏度，线性度，滞差，重复性等传感器地静态指标.TIrRG。

5、传感器地静态标定设备有力标定设备，压力标定设备，温度标定设备等.

6、对设备要求：

①具有足够地精度；

②量程范围应与被标定传感器地量程相适应；

③性能稳定可靠，使用方便，能适应多种环境.7EqZc。

7、传感器地动态标定地目地是检验测试传感器地动态性能指标.

8、动态标定指标是通过确定其线性工作范围，频率响应函数，幅频特性和相频特性曲线，阶跃响应曲线，来确定传感器地频率响应范围，幅值误差和相位误差，时间常数，阻尼比，固有频率等.lzq7I。

9、常用地标准动态激励设备有激振器、激波管、周期与非周期函数压力发生器；

（其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、压力传感器地动态标定）zvpge。

10、传感器与检测技术地发展方向：

⑴开发新型传感器.⑵传感检测技术地智能化.⑶复合传感器⑷研究生物感官，开发仿生传感器.NrpoJ。

11、开发新型传感器：

①利用新材料制作传感器；

②利用新加工技术制作传感器；

③采用新原理制作传感器.

12、传感检测技术地智能化：

传感检测系统目前迅速地由模拟式、数字式向智能化方向发展.

功能：

①自动调零和自动校准；

②自动量程转换；

③自动选择功能；

④自动数据处理和误差修正；

⑤自动定时测量；

⑥自动故障诊断.1nowf。

第二章位移检测传感器

1、移可分为线位移和角位移两种，测量位移常用地方法有：

机械法，光测法，电测法.

2、位移传感器地分类：

参量型位移传感器，发电型位移传感器，大位移传感器.

一、参量型位移传感器

1、参量位移传感器地工作原理：

将被测物理量转化为电参数，即电阻，电容或电感等.

2、电阻式位移传感器地电阻值取决于材料地几何尺寸和物理特征，即R=pL/S

（1）电位计由骨架、电阻元件、电刷等组成；

（2）电位计优点：

结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系，缺点：

是要求输入量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰.fjnFL。

3、⑴线性电位计地空载特性：

Rx=RX/L=KrX（Kr——电位计地电阻灵敏度）.电位计输出空载电压为Uo=UiX/L=KuX（Ku——电位计地电压灵敏度）tfnNh。

⑵非线性电位计空载特性：

其电阻灵敏度Kr=DR/Dx,电压灵敏度Ku=Duo/Dx

4、电阻应变式位移传感器：

是将被测位移引起地应变元件产生地应变，经后续电路变换成电信号，从而测出被测位移.HbmVN。

5、电容式位移传感器：

是利用电容量地变化来测量线位移或角位移地装置.

（1）变极距型地电容位移传感器：

有较高地灵敏度，但电容变化与极距变化之间为非线性关系，其它两种类型地位移传感器具有比较好地线性，但敏度比较低.V7l4j。

（2）变极板面积型电容位移传感器：

用于线位移测量，也可用于角位移测量.

（3）变介质型电容式位移传感器：

用于位移或尺寸测量地改变介质型电容位移传感器，一般都具有较好地线性特性，但也有输入/输出呈非线性关系.83lcP。

（4）容栅式电容位移传感器是在面积型电容位移传感器地基础上发展来地，可分为长容栅和圆容栅.（特点：

因多极电容及平均效应，分辨力高，精度高，量程大对刻划精度和安装精度要求可有所降低，一种很有发展前途地传感器.mZkkl。

6、电容式位移传感器地绝缘和屏蔽

（1）若绝缘材料性能不佳，绝缘电阻随环境温度和湿度而变化，还会使电容位移传感器地输出产生缓慢地零位漂移；

AVktR。

（2）绝缘材料应具有高地绝缘电阻、低地膨胀系数、几何尺寸地长期稳定性和低地吸潮性；

（3）通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施，即将传感器放在金属壳内，接地应可靠；

（4）可以消除不稳定地寄生电容，还可以消除外界静电场和交变磁场地干扰.

7、电感式位移传感器：

将被测物理量位移转化为自感L,互感M地变化，并通过测量电感量地变化确定位移量.主要类型有自感式、互感式'

、涡流式和压磁式.输出功率大，灵敏度高，稳定性好等优点.ORjBn。

（1）自感式电感位移传感器原理：

缠绕在铁心地线圈中通以交变电流，产生磁通，形成磁通回路.

为了提高自感位移传感器地精度和灵敏度，增大特性地线性度，实际用地传感器大部分都作为差动式

改善其性能考虑地因素有：

1）损耗问题，2）气隙边缘效应地影响，3）温度误差，4）差动式电感位移传感器地零点剩余电压问题.2MiJT。

（2）互感式位移传感器（测量范围最大）：

将被测位移量地变化转换成互感系数地变化，基本结构原理与常用变压器类似，故称为变压器式位移传感器.gIiSp。

（3）涡流式位移传感器：

利用电涡流效应将被测量变换为传感器线圈阻抗Z变化地一种装置.只要分为高频反射和低频透射两类.uEh0U。

二、发电型位移传感器

1、发电型位移传感器（压电位移传感器）是将被测物理量转换为电源性参量.

2、压电式位移传感器地基本工作原理是将位移量转换为力地变化，然后利用压电效应将力地变化转换为点信号.

三、大位移传感器

1、磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位移传感器，分别用于测量线位移和角位移.磁头分动态和静态.IAg9q。

2、当磁头不动时，输出绕组输出一等幅地正弦或余弦电压信号，其频率仍为励磁电压地频率，其幅值与磁头所处地位置关系.当磁头运动时，幅值随磁尺上地剩磁影响而变化.WwghW。

4、光栅式位移传感器有测量线位移地长光栅和测量角位移地圆光栅.其性质：

光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂直.asfps。

5、两块光栅作为一个标尺光栅（不动地）和一个指示光栅（动地），标尺光栅是一个长条形光栅，光栅长度由所需量程决定.ooeyY。

6、莫尔条纹地性质：

①当两个光栅沿刻线垂直方向相对移动时，莫尔条纹相对栅外不动点沿着近似垂直地运动方向移动，光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距B；

②光栅运动方向改变，莫尔条纹地运动方向也作相应改变；

③光栅条纹地光强度随条纹移动按正弦规律变化.BkeGu。

7、感应同步器是利用电磁感应原理将线位移和角位移转换成点信号地一种装置.根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移.PgdO0。

原理：

当滑块地两相绕组用交流电励磁时，由于电磁感应，在定尺地绕组中会产生与励磁电压同频率地交变感应电动势E.当滑尺相对定尺移动时，滑尺与定尺地相对位置发生变化，改变了通过定尺绕组地磁通，从而改变了定尺绕组中输入地感应电动势E.3cdXw。

根据对滑尺地正、余弦绕组供给励磁电压方式地不同，又分为鉴相和鉴幅型测试系统.

特点：

①精度较高，对环境要求低，可测大位移；

②工作可靠，抗干扰能力强，维护简单，寿命长；

③对局部误差有平均化作用.）h8c52。

8、激光式位移传感器结构由：

激光器、光学元件、光电转换元件组成激光测试系统，将被测位移量转化成电信号.（特点：

精度高，测量范围大、测试时间短、非接触、易数字化、效率高.）v4bdy。

9、激光干涉测长技术用途：

①精密长度测量（磁尺、感应同步器、光栅检定）；

②精密机床位移检测与校正；

③集成电路制作中地精密定位.J0bm4。

10、常用地激光干涉测长传感器：

①单频激光干涉传感器；

②双频激光干涉传感器.

第三章力、扭矩和压力传感器

一、测力传感器

测量力地传感器多为电气式，根据转换方式分为参量型和发电型.参量型测力传感器有电阻应变式，电容式，电感式，发电型测力传感器有压电式，压磁式.XVauA。

电阻式应变测力传感器原理是将力作用在弹性元件上，弹性元件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上应变片将应变转换成电阻地变化，然后利用电桥将电阻变化转换成电压或电流地变化，在送入测量放大电路测量.bR9C6。

弹性元件：

（1）柱型弹性元件；

（2）薄壁环型弹性元件；

（3）梁型弹性元件：

悬臂梁式、两端固定梁式.

3、应变片是非电量电测中一种常见地转换元件.，由于应变片使用简单，测量精度高，体积小，动态响应好，应用广.pN9LB。

4、金属丝地作用是感受机械试件地应变变化，称为敏感栅.

5、对金属丝地要求：

（1）具有较高地电阻系数（单位长度地电阻要大）；

（2）具有尽可能大地电阻应变灵敏度系数；

（3）具有较小地温度系数；

（4）具有较高地弹性极限，以便得到较宽地应变测量范围；

（5）良好地加工性和焊接性；

（6）对铜地热电动势要小.DJ8T7。

6、底基地作用：

是将试件地应变准确地传给敏感栅，所以底基应具有较低地弹性模量，较高地绝缘电阻，良好地抗湿抗热性能.（常用底基：

纸基、胶基、玻璃纤维布基）QF81D。

纸基制作简单，价格便宜，比较柔软，易于粘贴，应变极限打，但耐潮湿性和耐热性差.

胶基比纸基更柔软，且具有较好地绝缘性，较高地弹性，耐热和耐潮湿性都较好，

7、箔式电阻应变片：

敏感栅是用（3~5）um厚地金属箔粘于胶基上，用光刻技术加工成需要地形状.

优点：

（1）金属箔很薄，因而所感受地应力状态与试件表面地应力状态更接近；

（2）箔式敏感栅面积大，散热条件好，允许通过较大地电流，灵敏度较高，输出信号功率比较大，为丝式电阻应变片地100~400倍；

（3）箔式敏感栅地尺寸可以做地很准确，基长可以很短，并能制成任意形状，从而可扩大使用范围；

（4）便于成批生产.4B7a9。

缺点：

生产工序复杂，引线地焊点采用锡焊，不适于在高温环境中测量，另外价格比较高.

8、半导体应变片地工作原理是基于压阻效应.

（1）压阻效应是指固体受到应力作用时，其电阻率发生变化.这就叫压阻效应.

（2）优点：

半导体应变片横向效应小，其横向灵敏度几乎为零；

机械滞后小，可制成小型和超小型片子.

（3）缺点：

应变灵敏系数地离散性大，机械强度低，非线性误差大，温度系数大，使用于需要大信号输出场合.

9、应变片地布置和接桥方式：

电桥又单臂、双臂、四臂工作方式（平衡条件U.=0R1R3=R2R4）

工作方式

单臂

双臂

四臂

应变片所在位置

R1

R1，R2

R1，R2，R3，R4

输出电压Uo

1/4UiKε

1/2UiKε

UiKε

10、压电式传感器是基于压电元件地压电效应而工作地.压电效应有正压电效应和逆压电效应.

（1）正压电效应是当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，在其相应地两个相对表面产生极性相反地电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电状态，电荷地极性取决于变形地形式.ix6iF。

（2）逆压电效应是当某些晶体地极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失.wt6qb。

电压式传感器地前置放大器地输入阻抗应尽可能地高.

11、压电式力传感器是利用压电晶体地纵向和剪切向压电效应.（单分量和多分量）

12、电荷放大器地选择：

要求电荷放大器输入阻抗高于1012Ω，低频响应为0.001Hz

13、压磁效应是在机械力作用下，铁磁材料内部产生应力变化，使磁导率发生变化，磁阻相应也发生地现象.外力是拉力时，在作用力方向铁磁材料磁导率提高，垂直作用力方向磁导率降低；

作用力为压力时，则反之Kp5zH。

14、压磁式力传感器工作原理是根据压磁效应原理，当在一次侧绕组通过交变励磁电流时，铁心中产生磁场，由于压磁元件在未受力时各向同性，磁力线呈轴对称分布.Yl4Hd。

15、压磁式力传感器结构主要是由压磁元件，弹性机架，基座和传力钢球等组成.

二、扭矩传感器

1、电阻应变式扭矩传感器地工作原理是在轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，此应变可用电阻应变片测量.（集流环按工作原理分类：

电刷-滑环式、水银式、感应式.）ch4PJ。

2、压磁式扭矩仪又叫磁弹式扭矩仪工作原理是根据磁弹效应，受扭矩作用地轴地导磁性发生相应变化，即磁导率发生变化，从而引起线圈地感抗变化，通过测量电路测量感抗地变化可确定扭矩.qd3Yf。

3、电容式扭矩测量仪工作原理是利用机械结构，将轴受扭矩作用后地两端相对转角变化变换成电容器两极板之间地相对有效面积地变化，引起电容量地变化来测量扭矩.其最要优点是灵敏度高，测量时它需要集流装置传输信号.E836L。

4、光电式扭矩测量仪：

这种扭矩传感器地工作转速为（100~800）r/min，测量精度为1%.

5、钢弦式扭矩传感器是将扭矩转换成钢弦固有频率变化进行工作.（优点：

抗干扰能力强，允许导线长达几百米到几千米，测量精度可达±

1%.）S42eh。

三、压力式传感器

1、弹性式压力传感元件有：

波登管、膜片和波纹管三类.

2、电量式压力计是用各种传感器或测量元件将压力变换成电量或电参数，再经后接相应地测量电路进一步变换，最后由显示或记录仪显示或记录下来，以实现压力测量地装置.常用地测压力系统所用地传感器有电容式，电感式，电阻式，涡流式，压电式.501nN。

（1）电容式压力传感器是将压力转换成电容地变化，经电路变换成电量输出.其特点是灵敏度高，适合测量微压，频响好，抗干扰能力较强.jW1vi。

（2）应变式压力传感器地工作原理是利用应变片将弹性元件在压力作用下产生地应变转换成电量地变化.应变式压力传感器体积小重量轻，精度高，测量范围宽，从几帕到500MPa，频响高，同时耐压，抗振，应用广泛.xS0DO。

（3）压阻式压力传感器是利用压阻效应将压力变换成电阻地变化实现压力测量.其特点是频响宽，动态响应快，测量范围从几Pa到三亿Pa，适用于爆炸，冲击压力地测量.LOZMk。

（4）电感式压力传感器是将压力变化转换成电感变化，通过测量电路再将电感变化转换成电量实现压力测量.其特点是频响低，使用于静态或变化缓慢压力地测试.ZKZUQ。

（5）涡流式压力传感器属于电感式压力传感器中地一种，它是利用涡流效应将压力变换成线圈阻抗地变化，再经测量电路转换成电量.它有良好地动态特性，适合在爆炸等极其恶劣地条件下工作，如测量冲击波.dGY2m。

（6）霍尔式压力传感器结构原理是波登管在压力作用下其末端产生位移，带动了霍尔元件在均匀梯度地磁场中运动.由于波登管地频响较低，适用于静态或变化缓慢压力地测量.rCYbS。

（7）压电式压力传感器工作原理是压力通过膜片或活塞，压块作用在晶片上，晶片上是产生了电荷，经后接放大器地变换，由显示或记录仪器显示或记录，实现对压力地测量.其特点是具有频响宽，可测压力范围大，体积小，重量轻，安装方便，可测多向压力等特点，应用广泛，适用于测动态力和冲击力，但不适于测静态力.FyXjo。

第四章速度、加速度传感器

一、速度传感器

1、测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电机转速地一种传感器.它由绕组地定子和转子构成.

2、根据励磁电流地种类，测速发电机分为直流测速发电机（电磁式和永磁式两种）和交流测速发电机两类.

3、在实际应用中，机电一体化系统对测速发电机地主要要求有：

①输出电压对转速应保持较精准地正比关系.②转动惯量要小.③灵敏度要高，即测速发电机地输出电压对转速地变化反应要灵敏.TuWrU。

（1）直流测速发电机是一种微型直流发电机.其工作原理是根据电磁感应原理，在恒定磁场中，旋转地电枢绕组切割磁通，并产生感应电动势，而后测速地发电机.7qWAq。

（2）空载时，直流测速发电机地输出电压和电枢感应电动势相等，因而输出电压与转速成正比.

负载时，测速发电机地输出电压应比空载时小，这是电阻rs（中枢绕组）地电压降造成地.

（3）直流测速电动机在理想情况下系数Ce和C与输出电压之间地关系：

C=Ce/（1+Rs/Rl）,Vcf=CeN/（1+Rs/Rl）.llVIW。

（3）直流测速电动机产生误差地原因和改进方法？

①有负载时，电枢反映去磁作用地影响，使输出电压不再与转速成正比，遇到这种问题可以在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值.yhUQs。

②电刷接触降压地影响，这是因为电刷接触电阻是非线性地，即当电机转速较低，相应地电枢电流较小时接触电阻较大，从而使输出电压很小，只有当转速较高，电枢电流较大时，电刷压降才可以认为是常数，为了减小电刷接触压降地影响，即缩小不灵敏区，应采用接触压降较小地铜-石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触地表面上镀银.MdUZY。

③温度影响，这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其电阻值也相应增大，从而使励磁电流减小地缘故，在实际使用中可在直流测速发电机地绕组回路中串联一个电阻值较大地附加电阻，在接到励磁电源上.09T7t。

4、交流测速电动机可分为永磁式，感应式和脉冲式三种.

交流测速电动机地工作原理是利用定子，转子齿槽相互地位置地变化，使输出绕组中地磁通产生脉冲，从而产生感应电动势，这种工作原理称为感应子式发电机原理.e5TfZ。

5、线振动速度传感器地工作原理是当一个绕有N匝地线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定律可得其线圈产生感应电动势.s1Sov。

6、陀螺式角速度传感器分为：

转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺.

（1）转子陀螺式角速度传感器是一种惯性传感器，安装简单，使用方便，但有机械活动部件，被测角速度范围±

30°

~120°

/s，质量较大，成本高，寿命低.GXRw1。

（2）压电陀螺式利用压电晶体地压电效应工作，分：

振梁型、双晶片型、圆管型.

（3）光纤陀螺式：

具有无机械传动部件、无需预热时间、对加速度不敏感、动态范围宽、体积小、灵敏度高等优点.UTREx。

7、霍尔式传感器地工作原理是利用霍尔元件组成地传感器，在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附近，当被测物转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件，霍尔元件输出一个相应地脉冲，测得单位时间内地脉冲个数，即可