传感器构成论解读.ppt

第三章 传感器构成论 3.1 传感器的构成方法 3.2 传感器与被测对象的关联 3.3 传感器对信号的选择 3.7 传感器的性能指标 3.1 传感器的构成方法 3.1 传感器的构成方法 1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物 理量（包括电学量）。 2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学 量（包括电路参数量）。 3、转换电路：将电路参数（如电阻、电容、电感）量转换 成便于测量的电学量（如电压、电流、频率 等）。 3.1 传感器的构成方法 但有些传感器，三部分不一定齐全，如： 热电偶、差动变压式位移传感器 由1组成； 电容式位移传感器、压阻式传感器 由1、3组成； 压电式加速度传感器、差动变压式力传感器 由1、2组成； 电阻应变式力传感器 由1、2、3组成。 根据结构组成可将传感器按其构成方法分为以下几类： 1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。 每一类型，根据能量变换，一般都可分为： 能量变换型 能量控制型 3.1 传感器的构成方法 1.通用型 根据组成可分为：能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型（辅助能源型）、电路参数型和多级变换型。 （1）能量变换基本型 3.1 传感器的构成方法 典型例子： 热电偶（塞贝克效应） 光电池（光生伏特效应） 压电式传感器 压电式超声波探头 特点： （1）只由敏感元件构成。 （2）不需外加电源，敏感元件就是能量变换元件，能量从被测对象 获得，输出能量较弱。 （3）利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。 （4）对被测对象有负荷效应（因输出逆效应而影响输入）。 （5）输出能量不可能大于被测对象的能量。 3.1 传感器的构成方法 （2）能量控制基本 特点： （1）也由敏感元件组成，但需外加电源才能将被测非电量转换成电量 输出。 （2）输出能量可大于被测对象具有的能量。 （3）无需变换电路即可有较大的电量输出。 3.1 传感器的构成方法 （3）能量变换特殊型（辅助能源型） 特点： （1）只由敏感元件构成。 （2）能量从被测对象获得，属能量变换型。 （3）辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性，或取出信号， 或为原理所需要而使用固定磁场。 如霍尔式传感器，使用固定磁场，这是利用磁铁来代替动力源， 这时不把磁铁看作动力源，而看作辅助能源。 3.1 传感器的构成方法 （4）电路参数型 特点： (1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。 (2) 转换电路含有该敏感元件。 (3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量，属于能量控制型。 (4) 输出能量远大于输入能量。 (5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。 3.1 传感器的构成方法 （5）多级变换型 3.1 传感器的构成方法 热平衡二次效应 3.1 传感器的构成方法 可利用的中间变换量：是指那些容易转换成电学量的物理量。 3.1 传感器的构成方法 2.参比补偿型 3.1 传感器的构成方法 特点： (1) 采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件。其 中一个感受被测量和环境量，另一个只感受环境量作补 偿用。 (2) 两个敏感元件同时接到电桥的相邻两臂或反串。 (3) 能消除环境和条件变化干扰的影响（如温度、电源电 压）。 3.1 传感器的构成方法 例：电阻式或压电式压力传感器中压力与温度变化对电阻、压电元件影响较近时，需用温度补偿片，构成参比型。 （一个为工作片，另一个为补偿片。） 3.1 传感器的构成方法 3.差动结构型 特点： (1) 采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。 (2) 反串或接入电桥相邻的两臂。 (3) 输出信号提高一倍。 (4) 传感器差动结构以提高灵敏度、线性度，减小或消除环境因素的影响。 应用：差动电阻式、差动电容式、差动电感式。 3.1 传感器的构成方法 4.反馈型 特点： (1) 传感器的敏感元件（或转换元件）同时兼作反馈元件。 (2) 是闭环系统、传感器输入处于平衡状态，故又称为平衡式传感器。 (3) 主要有力（位移）反馈和热反馈型，如差动电容力平衡式加速度感