传感器与检测技术重点知识点总结

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1、传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可 输出信号的器件或装置。一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件， 转换元件及基本转换电路三部分 组成。敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输 出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位 移或应变输出） 。转换元件是将敏感元件输出的非电量转换 成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。 基本转换电路是将该电信号转换成便于传输， 处理的电量。二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置， 速度，力， 力矩，温度以及异常变化。 （2）外部信息传感器主要检测系 统

2、的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑 动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声 测距、激光测距） 。2、传感器按工作机理（ 1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化 而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电 式传感器）。（ 2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定 律等构成的（主要有电感式传感器；电容式传感 器；光栅式传感器） 。3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。4、按工作原理分类 主要是有利于传感器的设计和应用。5、按传感器能量源分类（ 1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量 转换成电量输出（主要有：压

3、电式、磁电感应式、热电式、 光电式）又称能量转化型；（ 2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控 制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式） 。6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开 （ON）和关（OFF）；（ 2 ）模拟型： 输出是与输入物理量变换相对应的连续变化 的电量，其输入 / 输出可线性，也可非线性；（3）数字型：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的脉冲数与输入量成正比；代码型 （又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输 入量变化。其代码“ 1”为高电平，“ 0”为低电平。三、传感器的特性及主要性能指标1、

4、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特 性和动态特性。2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作 缓慢变化时， 传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性， 简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度， 敏感度，重复性等。3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的 输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动 态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其 传递，转换信息的形式可分为接触式环节；模拟环节； 数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。4、传感器的主要性能要求是： 1）高精度、低成本。 2）高灵 敏度。 3）工作可靠。 4）

5、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；四、传感检测技术的地位和作用1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅 猛发展的技术， 是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。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）。五、基本特性的评价1、测量范围：是指传感器在允许误差限内，其被测量值的范 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

6、，在不引起传感器的规定性能指标 永久改变条件下，传感器允许超过其测量范围的能力。过载 能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百 分比表示。3、灵敏度：是指传感器输出量 Y与引起此变化的输入量的变 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的反 应能力。灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器所能感 知的变化量越小，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。5、反映非线性误差的程度是线性度。 线性度是以一定的拟合 直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差 Lmax与理论量程输出值 Y（ =ymaxymin）的百分比进行计算。6

7、、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的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境。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的不一致程度的指标； （分散范围 小，重复性越好）9、精确度：简称精度，它表示传感器的输出结果与被测量的 实际值之间的符合程度，是测量值的精密程度与准确程度的 综合反映。10、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量。11、动态特性：反映了传感器对于随时间变化的动态量的响 应特性，传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持

8、 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。12、环境参数：指传感器允许使用的工作温度范围以及环境 压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差，环境振动误 差和冲击误差。六、传感器的标定与校准1、标定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入/ 输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电 量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间 的过程。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的调整与修正， 以确保传感器的测量精度。3、标定系统的组成：被测非电量的标准发生器；待标定

9、传感器；它所配接的信号调节显示、记录器等。4、静态标定是给传感器输入已知不变的标准非电量，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，重复性等传感器的静态指标。5、传感器的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：具有足够的精度；量程范围应与被标定 传感器的量程相适应；性能稳定可靠，使用方便，能适应 多种环境。7、传感器的动态标定的目的是检验测试传感器的动态性能指 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，来确定传感器的 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

10、率等。9、常用的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、压力传感器的动态标定）10、传感器与检测技术的发展方向：开发新型传感器。 传感检测技术的智能化。复合传感器研究生物感官，开 发仿生传感器。11、开发新型传感器：利用新材料制作传感器；利用新 加工技术制作传感器；采用新原理制作传感器。12、传感检测技术的智能化：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：自动调零和自动校准；自动量程转换； 自动选择功能；自动数据处理和误差修正；自动定时测 量；自动故障诊断。第二章 位移检测传感器1、移可分为线位移和角位

11、移两种，测量位移常用的方法有： 机械法，光测法，电测法。2、位移传感器的分类：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、参量位移传感器的工作原理： 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 的电阻值取决于材料的几何尺寸和物理 特征，即 R=p L/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。3、线性电位计的空载特性： Rx=RX/L=KrX（Kr 电位计的 电阻灵敏度 ） 。电位

12、计输出空载电压为 Uo=UiX/L=KuX（Ku 电位计的电压灵敏度 ） 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/Dx4、电阻应变式位移传感器 ：是将被测位移引起的应变元件产 生的应变，经后续电路变换成电信号， 从而测出被测位移。5、电容式位移传感器： 是利用电容量的变化来测量线位移或 角位移的装置。（1）变极距型的电容位移传感器： 有较高的灵敏度，但电 容变化与极距变化之间为非线性关系， 其它两种类型的位 移传感器具有比较好的线性，但敏度比较低。（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

13、 ：用于位移或尺寸测 量的改变介质型电容位移传感器， 一般都具有较好的 线性特性，但也有输入 / 输出呈非线性关系。（4）容栅式电容位移传感器 是在面积型电容位移传感 器的基础上发展来的，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 有发展前途的传感器。6、电容式位移传感器的绝缘和屏蔽（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的输出产生缓慢的零位漂 移；2）绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何尺寸的长期稳定性和低的吸潮性； 原理：当滑块的两相绕组用交流电励磁时， 由

14、于电磁感应，（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）可以消除不稳定的寄生电容， 还可以消除外界静电场 和交变磁场的干扰。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的变化， 并通过测量电感量的变化确定位移量。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。（1）自感式电感位移传感器原理： 缠绕在铁心的线圈中通 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的精度和灵敏度， 增大特性的线 性度，实际用的传感器大部分都作为差动式改善其性能考虑的因素有： 1）损耗问题， 2

15、）气隙边缘效 应的影响， 3）温度误差， 4）差动式电感位移 传感器的零点 剩余电压问题。（2）互感式位移传感器（测量范围最大） ：将被测位移量 的变化转换成互感系数的变化，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。（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 变化的一种装置。只要分为高频反射和低 频透射两类。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、压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力的 变化，然后利用压电效应将力的变化转换为点信号。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。2、当磁头不动时， 输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压信 号，其频率仍为励磁电压的频率，其幅值与磁头所处的位置 关系。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。 4、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移的 圆光栅。其性质：光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂直。5、两块光栅作为一个标尺光栅 （不动的） 和一个指示光栅 （动 的），标尺光栅是一个长条形光栅， 光栅长度由所需量程决定。6、莫尔条纹的性质：当两个光栅沿刻线垂直方向相对移动 时