检测与转换技术复习提纲。
一、 传感器的基本概念。
1、 传感器的定义、地位与作用。
传感器的定义：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有对应关系的、便于应用的某些物理量的测量装置。
传感器的作用：传感器是获取自然领域中信息的主要手段，在检测和自动控制系统中，相当于人的五官。
传感器的地位：传感器位于自控系统的最前端，是实现自动检测和自动控制的首要环节，是现代信息技术的三大基础之一（即信息采集技术）。自动化程度越高，对传感器的依赖越大；检测系统越先进，设备的生命力越强传感器技术是“顶天立地”的技术，是社会技术进步的标志。
检测与转换技术：它是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。
2、了解传感器的分类：电量传感器、电参数传感器。
3、传感器的基本特性。
静特性：线性度（要求掌握端基线性度的拟和直线）、迟滞 、重复性、 灵敏度。
动特性：瞬态响应特性（上升时间，响应时间，峰值时间，超调量也叫过冲量）
频率相应特性（频带，时间常数，固有频率）
4、测量误差的概念和分类。
测量误差，按表示方法可被分为绝对误差、相对误差，要求掌握绝对误差、相对误差的基本概念。重点掌握满度相对误差（即引用误差的概念与用法）；
例：传感器a测温范围0～100 0c , 精度为1级， 问其测20 0c ,50 0c ,80 0c时的示值相对误差分别为多少？结论？
另外，如有传感器b的测温范围50～550 0c,精度为0.5级， 如要求测温50～90 0c, 误差不超过1 0c, 应选择何种传感器？ 如果要量0～200 0c，要求测量示值相对误差不大于 ±1%, 问选用量程为300 0c测温表，其精度应为哪一级？
要求掌握系统误差、随机误差的基本概念及与准确度、精密度、精确度的关系。
四、电阻应变传感器。
1、概念：电阻应变计是将被测量的力（压力、荷重、扭力等）通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。它是由电阻应变片和测量线路两部分组成。
2、特点：参量类——外加物理量引起参数变化（r、l、c），属无源式。
3、电阻丝的应变效应：
重点掌握四个电阻相等情况下：
单臂、差动和全桥的测量方法、测量特点及相关计算（重点：实验内容，电桥平衡时对边电阻相乘相等）
为了提高输出电压，也可在每个桥臂串联多个应变电阻，此时要注意输出随串联的电阻个数成比例增加。
4、掌握半导体应变片的特点并与电阻丝的应变片进行比较（灵敏系数、温度稳定性）
5、结构：将电阻应变片贴在受力的弹性元件上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感。
附作业：1）一应变电阻r=120ω，k=2，用作800μm/m的传感器元件，求δr， δr/r。若用电桥测量电路，试画出相关测量电路， 如电桥电源u=4v，求相应的输出u0。
如应变片所受应力减少，使相应的输出u0降至1mv，求此时的应变值。 如四片均为应变电阻，应该怎样贴在受力结构上？
五、温度传感器。
1、 热电阻传感器：
特点：测温精度较高，范围广，稳定性、重复性好，特别适于测低温。但热惯性大，灵敏度低。
测温电路（参见p161图6-8a）：用电桥作为传感器的测量电路，工业上用的铂电阻的引线为三根，目的是消除连接线电阻的影响。
2、热敏电阻。
分类： ntc：具有负温度系数，阻值随温度升高而下降；
ptc：具有正温度系数，阻值随温度升高而升高。
ntc与ptc均有突变型与缓变型，但ntc以缓变型多， ptc以突变型多。一般选择ntc突变型为温度开关，性能较好。
3、热电偶传感器。
掌握热电偶测温的基本原理，理解热电偶回路的几点结论和几个定律。
重点了解热电偶冷端的温度补偿的意义和方法：热电偶冷端温度恒温法、计算修正法、补偿导线法（将热电偶冷端延长到远离高温区的地方）和冷端补偿例如补偿电桥法等。
复习热电偶实验的各个环节，学会温度补偿的计算。
六、电感传感器。
1、 自感和互感传感器概述：
定义：电感传感器是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置。
特点：结构简单、可靠，输出功率高，分辨力与灵敏高，，线性较好，稳定，抗干扰能力强。但频率响应低，不宜进行快速动态测量。
1） 自感传感器：
了解其工作原理，重点了解和掌握差动自感传感器原理、组成及特点（抗干扰能力强，灵敏度提高一倍，线性好，精度及特性变好，电磁吸力对测量力的影响相互抵消）。
按结构可分为变隙式、变面积式和螺线管式。
2）差动变压器。
差动变压器是一种互感传感器，了解其工作原理与其测量电路的构成，按结构可分为变隙式、变面积式和螺线管式。
2、 涡流传感器。
了解其测量原理（反射电阻与反射电感。
掌握其特点：动态响应好，灵敏度高。主要测量位移、厚度、振动以及探伤等。
可用于非接触测量。涡流传感器可制成应用广泛的接近开关。接近开关（电涡流式传感器）：
它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的位移。电涡流式传感器还可测偏心和振动、厚度等。
七、电容传感器。
1、 了解电容传感器的工作原理。
2、 分类：重点掌握极距变化型、面积变化型、介质变化型。
面积变化型：可测位移、尺寸。特点：线性，灵敏度低，只可测cm级。
极距变化型：特点：非线性，c =f（x）是一个双曲线函数，但容抗zc =f（x）呈线性关系。可测量微米级的位移。
3、测量电路：调频调幅、双t形等。
4、电容的特点：加云母片提高电容传感器的灵敏度，电容传感器的静电力较小，结构简单，温度稳定性好，可非接触测量；寄生电容影响大，抗干扰问题。
八、光电传感器。
掌握光电效应的分类、原理和相应的典型器件。
光电效应分为两类：
第一类是外光电效，即在光线作用下光电子逸出物体表面，这类元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管由光电阴极、倍增极和阳极等三部分组成；
第二类是内光电效应，内光电效应又分为使材料内部电阻率改变和使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光敏电阻和光电池。
1、 光电池：光生伏特效应（ 势垒效应（结光电效应）：入射光照射在pn结上时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度eg时，则在pn结内产生电子空穴对，它们的移动使pn结产生电势。
特点：频率特性好，转换效率高，频谱宽，稳定性好。
短路电流（测量用）：线性，负载电阻小好；开路电压：非线性。
2、光敏电阻：光电导效应：光照在物体上，使其电阻率ρ发生变化的效应。即电子吸收光能后，从键合状态过度到自由状态，从而引起电导率的变化。
主要参数：暗电阻：不受光照射时的电阻（大好）；亮电阻：受光照射时的电阻（小好）
暗电流：对应暗电阻的电流（小好）；亮电流：对应亮电阻的电流（大好）
光电流：亮电流 - 暗电流（大好）
特点：灵敏度高（光照后阻值急剧下降），光谱特性好，使用寿命长，稳定，体积小。但频率低，非线性，宜用作开关量。
3、光敏二极管。
原理：入射光照射在pn结上时在pn结内产生电子空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流。
在测量电路中反向接入（p189）：
照射光↑→i↑光敏二极管处于导通状态，光照停止，光敏二极管处于截止状态；
正向电阻：类似普通二极管；反向电阻：∞，随光照变化。
4、光敏三极管。
原理：入射光照射在pn结上时在pn结内产生电子空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流。光照发射结产生的光电流相当于三极管的基极电流，其集电极电流是它的β倍。
光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。
5、应用。将被测量的变化转变为光信号的变化，具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反映快等优点，应用广泛。
可用于非接触测量。采用光电元件作为检测元件的传感器，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换为电信号。
1）模拟量光电传感器检测系统：辐射式、吸收式、反射式、遮光式；
2）开关量光电传感器检测系统：如光电偶合器构成的测速电路（如实验所做的光电测速）
3）用光电传感器设计一个测量水浊度的传感器。
图见下页。九、位移-数字传感器。
特点：大量程，高精度，高分辨率，抗干扰能力强，稳定性好，易于与计算机接口。
分类：角度数字编码器、光栅传感器。
1、角度数字编码器。
码盘式编码器（绝对编码器）：了解四位二进制码盘接触式码盘的原理和提高精度的方法。分辨率：n
位二进制码盘=360o/2n，其最外圈的角节距为。
脉冲盘式编码器（增量编码器）：即光电编码器。精度取决于码盘本身的精度，分辨率取决于每转的脉冲数。无论正、反转，计数器每次反映的都是相对于上次角度的增量。非接触式。
2、 栅式数字传感器。
1）计量光栅：利用莫尔（moire）现象，主要用于测量长度、角度、v、a、震动等。
栅尺：尺面刻有排列规则、形状规则、平行的刻线，透明（白）、不透明（黑）。
标尺光栅：主光栅，长度由测量范围定，不移动；
指示光栅：移动，需有足够长以获得足够的莫尔条纹区。
2）莫尔条纹：两块栅尺面对面相迭合，并使两块栅线形成很小的夹角θ，由此出现的明暗相间的条纹。莫尔条纹两个亮条纹之间的宽度既为其间距w。
3）莫尔条纹的转换特点：bh =w/θ 当θ很小时bh对w有几百倍的放大作用（w为光栅距）。
栅距w =刻线/mm, 分辨力△=w/n （n为光敏元件数）
栅尺移动一个w ，莫尔条纹移动一个bh ；栅尺移动的方向与莫尔条纹移动的方向相对应。
4）光栅传感器组成：
光栅传感器由光源、透镜、光栅副和光电接收元件组成。（光栅副：标尺光栅与指示光栅）；光电元件输出信号的周期数与移过的栅距数相等。
如果有电子细分，应结合电子细分数考虑元件输出信号的周期数与移过的栅距数的关系。
5）电子细分。
电子细分就是通过倍频、插补等方法，在信号的一个周期内插入许多计数脉冲，以提高信号的重复频率；电子细分的目的是提高分辨率。
6）光栅测量的特点。
高精度：0.2- 0.
4μm/m，仅次于激光；高分辨率：0.1μm；大量程：
可大于1米；抗干扰能力强，可实现动态测量。可测量能变为位移的物理量（如震动、应力、应变等）。
十。一、霍尔传感器：
霍尔传感器基于霍尔效应将被测量转换成电动势输出的一种传感器。
2023年检测与转换技术复习提纲
检测与转换技术 复习提纲2011 2012 1 学期。绪论。1.现代信息技术的三大支柱是指哪些技术？2.传感器的定义，3 物理型传感器分为哪两种？4 传感器的线性度 灵敏度 分辨率的含义。第三章阻抗 电阻 电容 电感 的测量。5.恒压源供电直流不平衡电桥的分类 连接 特点及输出电压计算方法，6.交流...
2019检测技术复习参考
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