检测与转换技术复习提纲
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。
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
4、测量误差的概念和分类
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）；
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。
了解粗大误差的基本判别方法。
要求掌握随机误差的特点。
二、电测量指示仪表
1、 了解仪表的组成及原理
磁电系列： α= SIICP 测的是平均值
带整流器的磁电系列：（K为2.22或1.11）
α= SI( KICP’) （α与平均值相关，但按有效值刻度）
电磁系列： α= KI2（dL/dα）（α与有效值I的平方相关，测的是有效值）
电动系列： α= KI I1 I2 cosφ→α= KI I22
（α与I1，I2有效值的乘积相关，与I1，I2的相位余弦cosφ相关，测的是有效值）
重点掌握仪表选用的基本原则（P61）
作业：P62 1、2、6
2、了解及掌握用电测量指示仪表对电流、电压、功率以及电阻直读测量方法。
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作业：P122 1，2
三、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）。
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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）
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。 四、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。
特点：灵敏度高、热惯性小，结构简单，使用广泛。但非线性：R与T呈指数关系，V与I的变化不服从欧姆定律、稳定性差，一致性差。
了解P162图6-10测温电路中每一个电路元件的作用。
3、热电偶传感器
掌握热电偶测温的基本原理
重点掌握和理解热电偶回路的几点结论（P132）
了解工业热电偶的分类和两个重要的概念(分度号、分度表)，了解塞贝克系数的含义。
重点了解热电偶冷端的温度补偿的意义和方法.
试读懂P137图5-5电路的原理并标出该热电偶的正负极。
4、作业：试比较热电阻、热敏电阻、热电偶三种测温传感器的特点及其对测温电路的要求。如.粮仓测温（每0.5米装一个温度传感器，共须20个），选择何种温度传感器？.
五、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）。
了解相敏整流电路的原理与作用，试指出P168图6-19中主要元件的作用。
带电清洗剂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，重点掌握P173图6-24电路的原理（指出a图的错误并纠正之），了解图6-25电路的工作原理。
2、 涡流传感器电动黄包车
了解其测量原理（反射电阻与反射电感），了解其测量方法（调频和调幅法），掌握其特点：可进行非接触测量，动态响应好，灵敏度高。主要测量位移、厚度、振动以及探伤等。涡流传感器可制成应用广泛的接近开关。思考：如何用涡流传感器测量速度（参考P178）？
六、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和面积变化型（重点掌握），介质变化型（一般了解）。
面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型。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xc =f（x）呈线性关系。可测量微米级的位移，一般d<10mm，最大位移限制在< d/10。如采用差动电容，则容差和容和之比与中心极板的位移成线性关系，且灵敏度提高，抗干扰增强，输出与电容的极板面积与介质无关。其测量电路参见P182图6-34b。
3、 电容传感器测量电路的了解以桥式测量电路为主。另外，应对P187图6-38中VT和VT4组成的施密特触发电路有所了解。
4、对电容传感器的特殊问题做一般的了解（P182）野苹果园
七、光电传感器
1、 光电池（P147）：
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。
掌握光电池的光谱特性：注意光源与光电池的匹配（如硒光电池用于可见光，硅光电池用于红外光）
掌握光电池的光照特性：
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（P147）：
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（P191）
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。
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（P192）
3）用光电传感器设计一个根据天自动开关的路灯控制电路。
八、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、感应同步器（不要求）
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。了解循环码盘（相邻的两个数码间只有一个是变化的）的优点。
射频开关芯片 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：w = d/θ 当θ很小时w对d有几百倍的放大作用（d为光栅距）。栅尺移动一个d ，莫尔条纹移动一个w ；栅尺移动的方向与莫尔条纹移动的方向相对应。误差平均效应：栅线标准均方差σ莫尔条纹均方差：σ=√n
4）光栅测量系统
组成：
光栅光学系统（照明系统；光栅副：标尺光栅与指示光栅，在平行光照射下形成莫尔条纹；光电接收系统：光电元件输出信号的周期数与移过的栅距数相等）；
电子系统（细分、辩向、显示）；
机械部分
5）电子细分
目的：提高分辨率；措施：倍频、插补，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和分辨率。
分类：直接细分、矢量细分、电桥细分等。主要掌握四倍频直接细分电路（P200）。
6）光栅测量的特点
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