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传感器lrd
传感器lrd思维导图。该导图介绍了检测技术基础、压力检测、移位检测、速度检测、物体检测、温度检测等内容，可供您参考学习。
编辑于2021-06-24 18:27:25- 传感器
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传感器
检测技术基础
自动检测系统
传感器
把被检测量装换成为与之有确认对应关系，且便于应用的某些物理量的检测装置
测量电路
将传感器的输出信号装换成易于检测的电压或电流信号
显示记录装置
使人们了解被测量的大小或变化的过程
数据处理装置
用来对测试所得的实验数据进行处理、运算‘分析’
执行机构
能输出与被测量相关的电流或电压信号，作为自动控制系统的控制信号
测量及测量方法
数学表达式
X=AxAe
测量方法及分类
根据测量的手段分类：直接测量、间接测量
根据被测量是否随时间变化:静态测量、动态测量
根据被测量结果的显示方式:模拟式测量、数字式测量
根据测量时是否与被测对象接触：接触式测量、非接触式测量
根据是否在生产线上检测：在线检测、离线检测
测量方法的选择
从被测量本身的特点来考虑
从测量的精确度和灵敏度来考虑
考虑测量环境是否符合测量设备和测量技术的要求
测量方法简单可靠，测量原理科学，尽量减少原理性误差
测量误差及分析
绝对误差
是测量的示值x与被测量的真值A0之差
相对误差
是绝对误差与被测量约定值的百分比
测量误差分析
系统误差（可校正）
在相同条件下多次测量同一量值是，误差值保持恒定
随机误差（无法消除）
在相同条件下，以不可预知的方式变化的测量误差称为随机误差
粗大误差
超出在规定条件下预期的误差
测量数据处理
1:将一系列等精度测量的数据按先后顺序列成表格
2：求出测量数据Xi的算术平均值
3：计算出各测量值得残余误差，并列入表中每个测量数据值旁
4：检查条件是否满足
5：计算方均根误差
6：计算出极限误差
7：计算出算数平均值的误差值
8：写出最后的测量结果
测量误差的估计和校正
随机误差的影响及统计
对于随机误差，可以采用概率数理统计的方法
系统误差的发现与判别
实验对比法
残余误差观察法
准则判别法
系统误差的校正
采用修正值得方法
从产生根源消除
补偿法
测量结果的数学处理
表格法
图解法
解析法
传感器的认知与选用
传感器的定义
指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置
传感器的组成
敏感元件、转换元件、转换电路
传感器的技术发展方向
新型传感器的开发
传感器的集成化
传感器的智能化、网络化
传感器的分类
按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器
按传感器测量原理分类：电阻、电容、电感、热电偶、激光、红外、光导纤维等传感器
按传感器能量转换情况分类：能量变换型、能量控制型
按传感器工作原理分类：结构型传感器、物性型传感器
传感器的基本特性
传感器的静态特性
灵敏度
是指达到稳定工作状态时，输出变换量与引起此变化的输入变化量之比
线性度
子主题
又称线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线zhi'jian1之间的最大偏差与传感器满量程输出的百分比
迟滞性
传感器在正反行程中输入输出曲线不重合的现象称为迟滞
重复性
是指当传感器在相同工作条件下，输入量按同一方向全量程连续多次测试时，所得特性曲线不一致的程度
分辨力与阈值
分辨力是指传感器能检测到的最小输入增量，在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值
稳定性
是指在规定条件下，传感器保持其特效恒定不变的能力
传感器的动态特性
是指输出对随时间变化的输入量的响应特性
传感器的选用
灵敏度选择
准确度和精密度
动态范围和线性度
响应速度和滞后性
测量方式
其他方面
使用环境、现场安装条件、信号传输距离
传感器中的弹性元件形式
变换力的弹性敏感元件
等截面柱式
圆环式
悬臂梁
扭转轴
变换压力的弹性敏感元件
弹簧管
波纹管
等截面薄板
波纹膜片和膜盒
传感器的命名和代号
传感器的命名法构成
1：主题词－传感器
2：第一级修饰语－被测量
3：第二级修饰语－转换原理
4：第三级修饰词－特征描述
5：第四级修饰词－主要技术指标(量程，精确度，灵敏度）
传感器代号标记方法
1：主称－传感器，代号C
2：被测量－用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记
3：转换原理－用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记
4：序号－用一个阿拉伯数字标记，产家自定，用来表征产品设计特性、想你、性能参数、产品系列的等
电阻电桥电路设计
电桥电路
直流电桥
直流电桥平衡条件
单臂电桥
双臂半桥
四臂全桥
交流电桥
调制电路
滤波电路
滤波器分类
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
带阻滤波器
RC滤波器原理及特性
RC低通滤波器
RC高通滤波器
RC带通滤波器
干扰的类型和抑制措施
外部干扰
电磁干扰
射线辐射干扰
内部干扰
电源干扰
信号通道干扰
负载干扰
抑制干扰的措施
屏蔽技术
静电屏蔽
磁场屏蔽
电磁屏蔽
接地技术
单点接地
多点接地方式
浮置技术
隔离技术
压力检测
重量检测
电阻应变片的原理及类型
应变效应
原理是基于应变效应，即在金属导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化
应变片的结构类型
金属丝式应变片
金属箔式应变片
薄膜式应变片
应变片的主要特性
应变片几何尺寸
应变片电阻值
灵敏度系数
横向效应
机械滞后
零漂和蠕变
温度效应
电阻式应变片传感器的温度误差及补偿方法
单丝自补偿
双丝自补偿
桥路补偿
电阻应变式传感器的典型应用
应变式力传感器
柱力式传感器
环式力传感器
悬臂梁式传感器
应变式压力传感器
用于液体、气体压力的测量
应变式加速度传感器
汽车发动机吸气压力检测
半导体材料的压阻效应
对一块半导体沿某一轴向施加一定的压力而产生应变时，它的电阻率会发生一定的变化
压阻式传感器的结构和特性
压阻式传感器的结构
半导体应变片由基片、敏感栅和电极引线等部分组成。根据敏感栅形成的方法不同，压阻式传感器主要有体型、薄膜片和扩散型三种类型
压阻式传感器的特性
应变—电阻特性
电阻－温度特性
压阻式传感器的测量电路
恒流源供电电桥
零点与灵敏度温度补偿
压阻式传感器的典型应用
压阻式传感器具有灵敏度系数大、分辨率高、频率相应高、体积小、应变的横向效应小等特点。主要用于测量压力、加速度和载荷等参数
扩散型压阻式压力传感器
压阻式加速度传感器
电位式传感器及其应用
又称变阻式传感器，主要由电阻元件和电刷等部件组成，原理是把机械的线位移或角位移输入量转化为与它成一定函数关系的电阻或电压输出
优点：结构简单、尺寸小、重量轻、精度高。 缺点：要求输入能量大，电刷与电阻元件容易磨损
结构类型按输出和输入关系可分为：线性和非线性；按结构形式可分为：线绕式、薄膜式、光电式。
电位式位移传感器的应用
常用与测量几毫米到几十米的位移和几度到360度的角度
推杆式位移传感器，量程5到200mm的位移
替换杆式位移传感器，量程10到320mm
电位式加速度传感器
结构简单，价格低廉，性能稳定，输出功率大，但测量精度不高，动态响应差，不适合测量快速变化量
子主题
大气压检测
压电式传感器的工作原理
工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是典型的自发电式传感器。当材料受力作用而变形，其表面会有电荷产生，从而产生非电量测量。
优点：体积小，重量轻、工作频带宽等特点，用于医学、声学、力学、宇航等方面
压电效应
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种状态被称为压电效应
压电材料
需要考虑的因素
转换性能：要求具有较大压电常数
机械性能：机械强度高、刚度大，以获得宽的线性范围和高的固有振动频率
电性能：具有高电阻率和大介电常数
环境适应点：温度和湿度稳定要好，要求要有较高的居里点，获得较宽的工作范围
时间稳定性：要求压电性能不随时间变化
主要特性参数
压电常数d
居里点：压电材料开始失去压电特性的温度称为居里点温度
介电常数：决定固有电容大小
电阻率：绝缘电阻将减少电荷泄露，从而改善压电传感器的低频特性
刚度：刚度大，机械强度高，固有频率高，线性范围宽，动态性能好
压电元件材料
压电晶体：主要用于实验室基准传感器
压电陶瓷：常用与测力和振动传感器
高分子压电材料：主要用于定性测量
位移检测
电机转轴直径的检测
自感式传感器
工作原理：又称变磁阻式传感器，它是由线圈、铁芯、衔铁三部分组成
结构形式及特性
变气隙型电感式传感器
传感器气隙截面积保持不变，让磁路气隙厚度随被测非电量而改变，从而电感量发生变化
适用于测量微小位移的场合，为了减小非线性误差，实际测量中广泛采用差动变气隙型电感式传感器
变面积型电感式传感器
其气隙厚度保持不变，令磁通截面积随被测量而变，即构成变面积型电感式传感器
与变气隙型电感式传感器相比较，其灵敏度较低
螺管型电感式传感器
由线圈、衔铁和磁性套筒组成。随着铁芯在外力作用下所引起的衔铁插入线圈的深度不同，将引起线圈磁力线漏磁路中的磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。
由于螺管线圈内磁场分布不均匀，导致输出特性并非线性，且灵敏度低，但结构简单，制作容易，可做得较长，用于测量较大的位移
总结
变气隙型电感式传感器:灵敏度最高，非线性误差较大，量程必须限制在较小的范围，制作较困难
变面积型电感式传感器：灵敏度较变气隙型电感式传感器低。线性较好，量程较大，制造装配比较简单
螺管型电感式传感器：灵敏度较变面积型电感式传感器还低，量程大，线性较好，易与制作和方便生产
差动自感式传感器
采用差动式结构，除了改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高传感器的稳定性
自感式传感器的测量电路
交流电桥：是自感式传感器的主要测量电路，交流电桥一般为了提高灵敏度和改善线性度，电感线圈接成差动形式
变压器式交流电桥
谐振式交流电桥：分为谐振式调频和谐振式调幅电路两种
谐振式调幅电路原理：传感器、电容、变压器一次测串联在一起，接入交流电源，变压器二次侧将有电压输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随电感变化
谐振式调频电路原理：传感器电感L变化将引起输出电压频率的变化。一般是把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路
差动变压器式传感器
将被测的非电量变化转换为线圈互感系数M变换的传感器称为互感式传感器。差动变压器就属于互感式传感器
测量电路
相敏检波电路
差动整流电路
自感式传感器的典型应用
变隙电感式压力传感器：主要由膜盒、铁芯、衔铁及线圈组成，衔铁和膜盒的上段链接在一起
变隙差动电感式压力传感器：主要由C型弹簧管、衔铁、铁芯和线圈组成。当被测压力F进入C型弹簧管时，C型弹簧管变形，其自由端发生位移，带动与自由端链接成一体的衔铁运动，使线圈1、2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。
差动变压器式传感器的典型应用
位移测量
振动和加速度测量
微压力测量
金属表面镀膜厚度测量
电涡流式传感器
高频反射涡流传感器
低频透射涡流传感器
工作原理：根据法拉第电磁感应原理，当块状金属导体放置在一变化的磁场中时，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，称为涡流，这种现象就称为涡流效应，根据电涡流效应制成的传感器就是电涡流式传感器
电涡流式传感器的测量电路
电桥
调幅式电路
调频式电路
数控机床工作台的位移检测
光栅的基本结构
光栅：是在透明的玻璃上刻有大量相互平行、等宽而又等间距的刻线
光栅式传感器的结构
主要由光源、透镜、光栅副和光电接受元件等组成
光栅式传感器的工作原理
用光栅测量位移时，由于刻度很密，栅距很小，而光敏元件有一定的机械尺寸，很难分辨到底移动了多少栅距，实际测量时是利用光栅的莫尔条纹现象进行的
莫尔条纹形成的原理
如果把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合，并使两者栅线之间保持很小的夹角，在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过1，形成亮带，在两光栅刻线的错开处，由于相互挡光而形成暗带，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。
莫尔条纹的特性
位移放大作用
减少误差作用
方向对应与同步性
光栅辩向及细分
速度检测
动感单车速度检测
霍尔传感器的工作原理
霍尔效应
当把一块金属或半导体薄片垂直放在磁感应强度为b的磁场中时，沿着垂直于磁场的方向通以电流I，就会在薄片的另一对侧面间产生电场Eh，将这种现象称为霍尔效应
霍尔元件的结构
由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片。霍尔元件壳体是由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。霍尔元件一般采用N型锗，锑化铟、砷化铟等ban'dao半导体材料制成。
霍尔元件的主要技术参数
输入电阻Ri
输出电阻Ro
额定励磁电流Ic
灵敏度Kh
不等位电势Uo
寄生直流电势Ug
霍尔电压温度系数α
电阻温度系数贝塔
霍尔传感器基本测量电路
恒流工作电流
恒压工作电路
差分放大电路
霍尔集成传感器
利用集成技术，将霍尔敏感元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等集成于一个芯片上
线性霍尔集成传感器
输出电压与外加磁场强度在一定范围内成线性关系，广泛应用与位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等测量
开关霍尔集成传感器
由霍尔元件、放大器、施密特整形电路和开关输出等部分组成
霍尔元件的误差及其补偿
温度误差及补偿
1、合理选择负载电阻
2、采用恒流源控制电流
不等位电势及其补偿
产生的主要原因是由于制造工艺不可能保证两个霍尔电几绝对对称得焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上，才产生不等位电势。可用不对称补偿电路和对称补偿电路
其他霍尔传感器的工作原理
霍尔电流传感器
根据安培定律，在载流导体周围将产生一正比于该电流的磁场。用霍尔元件来测量这一磁场，可得到一个正比于该磁场的霍尔电动势，通过测量霍尔电动势的大小来间接测量电流的大小
霍尔微位移传感器
保持霍尔元件的励磁电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀的梯度磁场中沿x方向移动，构成霍尔位移传感器
霍尔压力传感器
把压力先转换成位移后，再根据霍尔电动势和位移的关系测量出压力
机床主轴转速检测
增量式编码器
增量式编码器的结构
由主码盘、鉴向盘、光学系统、光电变换器组成
增量式编码器的工作原理
由旋转转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90度相位的窄缝，并分别有光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号
旋转方向的判别
技术参数
分辨率
精度
输出信号的稳定性
响应频率
绝对式编码器
绝对式光电编码器
绝对式接触编码器
绝对式电磁编码器
光电编码器测速
M法
M法又称测频法
T法
T法也称测周法
M/T法
前两种方法的结合
直流电机转速检测
光纤结构及其传光原理
光纤结构
光导纤维简称光纤，他是一种特殊结构的光学纤维
光纤传光原理
光纤的传输基于光的全内反射
光纤基本特性
数值孔径
光纤模式
光纤传输损耗
光纤传感器的分类
功能型（传感型）光纤传感器
非功能型（传光型）光纤传感器
拾光型光纤传感器
光纤传感器的工作原理
强度调制型光纤传感器
频率调制型光纤传感器
波长调制型光纤传感器
相位调制型光纤传感器
偏振态调制型光纤传感器
光纤传感器测液位
球面光纤液位传感器
邪端面光纤液位传感器
物位检测
汽车油箱油位检测
电容传感器的类型及特性
变极距型电容传感器
变面积型电容传感器
直线位移式
角位移式
变介质型电容传感器
差动电容传感器
电容传感器的测量电路
交流电桥电路
调频测量电路
运算放大器式电路
差动脉冲宽度调制电路
双T电桥电路
电容传感器应用中的注意事项
消除和减小边缘效应
减小环境温度影响
减少或消除寄生电容的影响
防止和减少外界干扰
液化气罐液位检测
声波与超声波
声波的分类
声波的振动频率在20hz~20khz范围内，为可闻声波；低于20hz的声波为次声波；高于20hz的声波为超声波
超声波的波形
横波：质点的振动方向垂直与传播方向的波，只能在固体中传播
纵波：质点的传振动方向与传播方向一致的波，只能在固体、液体和气体中传播
表面波：质点的振动方向介于纵波与横波之间，沿着固体表面向前传播的波
超声波的传播特性
声速、声压、声强与指向性
声速:
超声波的反射和折射
反射定律
声波在同一介质内传播速度相等，所以入射角与反射角相等
折射定律
当波在界面处产生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于入射波在第一介质中的波速C1与折射波在第二介质中的波速C2之比
超声波的衰减
衰减的程度与介质的密度、晶粒的粗细及超声波的频率有关
超声波传感器
超声波探头
压电式超声波传感器
超声波探头结构类型
单晶直探头
双晶直探头
斜探头
超声波物粒传感器
超声波物位传感器工作原理
利用两种介质分界面上的反射特性而制成的
超声波液位计
按传声介质可分为：气介式、液介式、固介式
超声波其他参数测量
测厚
测流量
无伤探伤
纵波探伤
横波探伤
表面波探伤
温度检测
冶金加热炉温度检测
热电偶的工作原理
热电效应
接触电动势
温差电动势
热电偶测温原理
热电偶的大小只与材料和结点温度有关，与热电偶的尺寸、形状无关
热电偶两结点温度相同，则回路中的总电动势必然等于零
热电偶基本定律
中间导体定律
中间温度定律
标准电极定律
热电偶的结构和类型
热电偶的结构
热电极
绝缘子
保护套管
接线盒
热电偶的类型
按热电偶的材料划分
按热电偶的结构形式划分
普通型热电偶
铠装型热电偶
薄膜热电偶
表面热电偶
浸入式热电偶
热电偶的温度补偿
补偿导线法
冷端恒温法
电桥补偿法
计算修正法
软件修正法
热电偶的实用测温电路
测量单点温度的基本电路
测量两点之间温度差的基本电路
测量多点温度之和的测温电路
测量平均温度的测量电路
测量多点温度的测量电路
汽车空调温度控制器设计
金属热电阻
铂热电阻（WZP）
铜热电阻（WZC）
半导体热敏电阻
NTC热敏电阻
PTC热敏电阻
CTR热敏电阻
测量与转换电路
三线制
四线制
红外体温计设计
红外辐射
红外探测器
热探测器
主要类型有热释电型、热敏电阻型、热电偶型和气体型探测器
光子探测器
红外体温计的工作原理
基于黑体辐射定律，在任何温度下都能吸收投射到其表面的任何波长的辐射能量的物体称为黑体
环境量检测
有毒气体浓度检测
半导体气敏传感器
电阻式半导体气敏传感器
烧结型
薄膜型
厚膜型
非电阻式半导体气敏电阻传感器
气敏传感器的主要特性参数
1、灵敏度
2、响应时间
3、选择性
4、稳定性
5、温度特性
6、湿度特性
7、电源电压特性
气敏传感器的应用
1、检漏仪（或称为探测仪）
2、报警器
3、自动控制器
4、测试仪器
气敏传感器的选用
1、使用场合
2、使用寿命
3、灵敏度和价格
蔬菜大棚湿度测试
湿度
湿度的表示方法
绝对湿度
Ha=Mv÷V
相对湿度
露点
湿度的测量方法
1、称重法
2、电导法
3、电容法
4、红外吸收法
5、微波吸收法
湿敏传感器的性能
湿敏传感器的主要参数
1、感湿特性
2、测湿量程
3、灵敏度
4、湿滞特性
5、响应时间
6、感湿温度系数
7、电压特性
湿敏传感器的技术要求
1、使用寿命长，长期工作稳定性好
2、测量温、湿使用范围宽，湿度和温度系数小
3、灵敏度高，感湿特性线性度好
4、湿滞回差小
5、响应速度快，时间短
6、一致性和互换性好，制造工艺简单，易与批量生产，转换电路简单，成本低廉
7、能在恶劣环境下工作
常用的湿敏传感器
氯化锂湿敏电阻
半导体陶瓷湿敏电阻
高分子湿敏传感器
公路夜间电子路标
光电效应及参数
外光电效应
内光电效应
光电导效应
光生伏特效应
特性及参数
光电特性
光谱特性
伏安特性
光电器件