传感技术与应用.doc

第一章 现代信息技术：传感器—采集—感官 通信—传输—神经 计算机—处理—大脑 传感器市场上增长最快的是汽车市场 车用传感器分3类：动力系统传感器（市场所占比例最大）、安全管理系统传感器（防撞系统和压力传感器实现侧气囊控制）、车身舒适系统传感器 国产传感器缺点：准确度低、分解能力差、信号精度不高、抗干扰性弱 传感器定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 敏感元件：直接感受被测量。 转换元件：把敏感元件的输出转换为电路参量。 1.工作机理 物理型 采用物理效应进行转换 化学型采用化学效应进行转换 生物型采用生物效应进行转换 2.构成原理结构型物性型传感器中元件相对位置变化引起场的 变化以物质某种客观性质、物理特性变化 实现信号转换 3.能量关系能量转换型传感器输出量直接由被测量能量转换而来 能量控制型传感器输出量能量由外部能源提供， 但受输入量控制 基本转换电路：将电路参数转换成电量输出。 常见的温度传感器：热敏电阻、半导体温度传感器、温差电偶。 压力传感器、湿度传感器（主要包括电阻式和电容式两种类别）、光电传感器(光敏二极管和光敏三极管)、霍尔（磁性）传感器、微机电传感器 传感器发展趋势 1.提高与改善传感器的技术性能：采用线性化技术、差动技术、平均技术、补偿与修正技术、零位法、微差法和闭环技术、屏蔽、隔离与干扰抑制、稳定性处理稳定化处理、集成化和智能化 2. 扩展检测范围 3. 传感器的集成化、功能化 4. 寻找新原理、新材料、新工艺及新功能 5.传感器网络：网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（电池）。 第二章 传感器的特性：输出信号与输入信号的关系 传感器分量静态量表现为静态特性，测量动态量表现为动态特性。 传感器静态数学模型用n次多项式来表示，直线拟合的方法：理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点平移拟合、最小二乘拟合 传感器的主要性能指标：1.线性度（输出量与输入量之间的实际测量曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差）2.停滞（正反行程中输入输出曲线不重合的程度）3.灵敏度4.重复性（同一方向，连续多次变动时特性曲线不一致的程度）5、分辨力6、稳定性（零点漂移）7、温度稳定性（温度漂移） 静态特性的主要性能指标：灵敏度、线性度、重复性、迟滞、分辨力、精确度、量程、稳定性 最常用的是采用阶跃输入信号和正弦信号来研究传感器的响应特性 第三章 电阻式传感器 金属电阻应变片的工作原理：电阻应变效应 金属应变片的优点：灵敏度高、精确度高；尺寸小、重量轻、简单；测量范围大；适应性强；便于多点测量；频率响应特性好。 类型：金属丝式（电阻系数高，电阻温度系数小，强度高，延展性好，对铜的热电势尽可能小，耐磨耐腐蚀，焊接性好） 箔式（绝缘性能好，参数分散性小，精度高，在应变测量中应用最广泛） 薄膜式（优点：温度系数小，可在高温环境下工作。缺点：耐磨性差、功率小、阻值不高） 应变式传感器的组成 弹性元件设计主要要求：灵敏度高，刚度够足，线性好，固有振动频率高 电阻应变式力传感器 测量范围广 精度高 线性好 工作性能稳定、可靠 应变式传感器传感器精度高，稳定性好，可拉压两用 柱式力传感器 减小横向力和弯矩的影响，并温度补偿且提高灵敏度。 压阻式传感器 第四章 电感式传感器：利用线圈的自感与互感的变化来实现非电量电测的一种装置。分为自感式与互感式两大类。优点：结构简单、可靠、零点稳定、精度高、输出功率大。 自感式传感器：变气隙型电感传感器（只能用于微小位移测量）、截面型电感传感器、螺管型电感传感器（量程大且结构简单易于制作和批量生产，使用最广泛） 转换电路：调幅电路、调频电路、调相电路 谐振式调幅电路特点：灵敏度很高，但线性差 零点残余电压：衔铁处于中间位置时，存在的最小输出电压，用e0表示。零残电压过大带来的影响：灵敏度下降、非线性误差增大、测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。零点参与电压产生的原因：1.由于两个二次线圈不完全相同，导致两个二次线圈相位不同。2.一次线圈中存在铜损、铁损、电容等，损耗使电流与磁通不同相，这些相位不同产生参与电压。零点参与电压的消除方法：保证线圈和磁路对称、采用相敏检波电路、选用补偿电路电涡流。电涡流效应：由法拉第电磁感应原理可知：一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器。变压器和交流电动机的铁心是用薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压而成，目的是减小涡流，避免发热。当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠