東南大學(xué)傳感器技術(shù)復(fù)習(xí)要點

1、學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載 緒論 1 傳感器的基本概念： 能感受規(guī)定的被測量， 并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 2 傳感器構(gòu)成法： 自源型、輔助能源型、外源型、相同敏感元件的補(bǔ)償型、差動結(jié)構(gòu)補(bǔ)償型、不同敏感元件的補(bǔ)償型、反饋型 3 傳感器按照傳感機(jī)理分類：結(jié)構(gòu)型，以敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換；物性型，以敏感元件物性效應(yīng)實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。 第一章 傳感器技術(shù)基礎(chǔ) 1 傳感器的一般數(shù)學(xué)模型：靜態(tài)模型、動態(tài)模型 2 傳感器的特性和指標(biāo) 傳感器的靜態(tài)模型：線性度、回差（滯后） 、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閥值、穩(wěn)定性、漂移、靜態(tài)誤差； 傳感器的動態(tài)模型：頻率響應(yīng)特性

2、、階躍響應(yīng)特性、典型環(huán)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)、幅頻特性、相頻特性。 3 改善傳感器性能的技術(shù)途徑： 結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇， 差動技術(shù)， 平均技術(shù)， 穩(wěn)定性處理， 屏蔽、隔離與干擾控制， 零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)，補(bǔ)償、校正與“有源化” ，集成化、智能化與信息融合。 4 合理選擇傳感器的基本原則和方法： 依據(jù)測量對象和使用條件確定傳感器類型、 線性范圍和量程、 靈敏度、精度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性。 5 傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 靜態(tài)標(biāo)定： 靜態(tài)標(biāo)定主要用于檢測、 測試傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)， 如：靜態(tài)靈敏度、 非線性、回差、重復(fù)性等； 動態(tài)標(biāo)定：動態(tài)標(biāo)定主要用于檢測、測試傳感器的動態(tài)特性指標(biāo)，如：動態(tài)靈敏度

3、、頻率響應(yīng)和固有頻率等。 第二章 電阻式傳感器 1 概念：通過電阻參數(shù)的變化來實現(xiàn)電測非電量的目的。 2 電阻應(yīng)變計的主要特性 靜態(tài)特性：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)、機(jī)械滯后、蠕變和零漂、應(yīng)變極限動態(tài)特性：對正弦應(yīng)變波、階躍應(yīng)變波的響應(yīng)，疲勞壽命。 3 溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償 熱補(bǔ)償原因：在實際應(yīng)用應(yīng)變計時， 工作溫度可能偏離室溫， 甚至超出常溫范圍， 導(dǎo)致工作特性改變，影響輸出。 （這種單純由溫度變化引起應(yīng)變計電阻變化的現(xiàn)象，叫應(yīng)變計的溫度 效應(yīng)。）在工作溫度變化較大時，這種熱輸出干擾必須加以補(bǔ)償。 學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載 補(bǔ)償方法：溫度自補(bǔ)償法、橋路補(bǔ)償法 4 應(yīng)變計的選用 1）選擇類型、（

4、 2）材料考慮、（ 3）阻值選擇、（ 4）尺寸選擇、（ 5）其他考慮，如特殊用途、惡劣環(huán)境、高精度要求等。 5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測力、壓力、位移，其他應(yīng)變式傳感器（應(yīng)變式加速度傳感器、扭矩傳感器等）。 第三章 變磁阻式傳感器 1 概念：一種利用磁路磁阻變化引起傳感器線圈的電感（自感 / 互感）變化來檢測非電量的 機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。 2 自感式傳感器 變氣隙式自感傳感器 工作原理： 當(dāng)鐵心、 銜鐵的材料和結(jié)構(gòu)與線圈匝數(shù)確定后，若保持氣隙通道截面積不變，則電感為氣隙總長的單值函數(shù)，這就是變氣隙式自感傳感器的工作原理； 輸出特性： 變氣隙式的輸出特性是非線性的， 靈敏度隨氣隙增加而減小， 可以通過減

5、小氣隙總長來增大靈敏度。 使用場合及優(yōu)缺點： 變氣隙式適用于靈敏度要求較高、 線性度要求不高的場合， 測量范圍較小。 變面積式自感傳感器 工作原理： 若氣隙長度保持不變， 令磁通截面積隨被測非電量而變， 就構(gòu)成了變面積式自感傳感器。 輸出特性：變面積式在忽略氣隙磁通邊緣效應(yīng)的條件下，輸出特性呈線性。 使用場合及優(yōu)缺點： 變面積式用于測量范圍較大、 線性度較高， 但靈敏度要求較低的被測非電量。 螺管式自感傳感器 工作原理： 隨著銜鐵插入深度的不同將引起線圈泄漏路徑中的磁阻變化， 從而使線圈的電感發(fā)生變化。 輸出特性： 由于傳感器軸向氣隙較大， 存在磁通邊緣效應(yīng)， 故可認(rèn)為在銜鐵移動的一定范圍內(nèi)主

6、磁通近似不變，輸出特性呈線性。 使用場合及優(yōu)缺點： 由于空氣隙大， 磁路磁阻大， 故靈敏度較前兩者低，但是只要滿足主磁通不變與線圈繞組排列均勻的條件，線性范圍較大。 3 互感式傳感器（差動傳感器） 互感式傳感器是一種互感隨銜鐵位移變化的變磁阻式傳感器。與變壓器的區(qū)別： 前者為開磁路，后者為閉合磁路； 前者初、次級間的互感隨銜鐵移動而變， 且兩個次級繞組按差動方式工作， 間的互感為常數(shù)。 而后者初、 次級 第四章 電容式傳感器 1 概念：電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。 學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、高分辨力、非可接觸測量、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)快；缺點：輸

7、出特性非線性、泄漏電容的影響； 2 分類：變極距型、變面積型、變介質(zhì)型 3 保持電容式傳感器特性穩(wěn)定的方法和實現(xiàn)措施 減小邊緣效應(yīng)的影響（可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)） 、減小寄生電容的影響（驅(qū)動電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術(shù)） 。此外，等效電路、靜電引力、溫度影響也是要考慮的。其中，溫度的影響來自兩個方面：結(jié)構(gòu)尺寸、介質(zhì)。 4 電容式傳感器的應(yīng)用：測量位移（電容式位移傳感器）、加速度、力和壓力、物位等。 第五章 磁電式傳感器 1 概念：磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運動速度或磁量的變化變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器。 2 霍爾效應(yīng)與霍爾傳感器 由導(dǎo)電材料中電流與外磁場相互作用 （洛

8、倫茲力作用） 而產(chǎn)生電動勢的物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 霍爾傳感器可用于微位移及機(jī)械振動測量、無觸點發(fā)訊及轉(zhuǎn)速測量。 第六章 壓電式傳感器 1 壓電式傳感器是以具有壓電效應(yīng)的壓電器件為核心組成的傳感器。有三大類壓電材料： 壓電晶體、壓電陶瓷、新型壓電材料（壓電半導(dǎo)體、有機(jī)高分子壓電材料） 。 2 逆壓電效應(yīng)及其應(yīng)用 基于逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）的超聲波發(fā)生器（換能器）和聲表面波諧振器（振蕩器）分別 是超聲檢測和聲表面波檢測技術(shù)及儀器的關(guān)鍵器件。 此外，逆壓電效應(yīng)還可作力和微運動發(fā)生器 -壓電致動器。 第七章 熱電式傳感器 1 概念：熱電式傳感器是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有

9、關(guān)的參量進(jìn)行檢測的裝置。 2 熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式（熱電阻）和半導(dǎo)體熱電阻式（熱敏電阻）兩大類。 3 熱敏電阻（計算題） A，與熱敏電阻的材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)； B，熱敏電阻常數(shù)。 RT，溫度為 T（ K）時的電阻值。 開爾文溫度 =攝氏溫度 +273.15 4 熱電偶傳感器 將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體 A、 B 組成閉合回路，若接觸處節(jié)點處于不同的溫度，兩者間將產(chǎn)生 一熱電勢， 在回路中形成一定太小的電流， 這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢由接觸電勢（珀爾帖電勢）和溫差電勢（湯姆遜電勢）兩部分組成。 接觸電勢： 當(dāng)兩種金屬接觸在一起， 由于不同導(dǎo)體的自由電子密度不同， 在

10、結(jié)點處就會發(fā)生 學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載 電子遷移擴(kuò)散。 失去自由電子的金屬呈正電位， 得到自由電子的金屬呈負(fù)電位。 當(dāng)擴(kuò)散平衡后，在兩種金屬的接觸處形成電勢，稱為接觸電勢。 溫差電勢： 對于單一金屬，如果兩端的溫度不同， 則溫度高端的自由電子向低端遷移， 使單一金屬兩端產(chǎn)生不同的電位，形成電勢，稱為溫差電勢。 5 熱電偶測量溫度的原理 將不同材料的導(dǎo)體 A、 B 接成閉合回路，接觸測溫點的一端稱測量端，一端稱參比端。若測 量端和參比端所處溫度 t 和 t 0 不同，則在回路的 A、 B 之間就產(chǎn)生一熱電勢 EAB(t， t0 )。EAB 大小隨導(dǎo)體 A、B 的材料和兩端溫度 t 和 t 0 而變

11、，這種回路稱為原型熱電偶。 在實際應(yīng)用中， 將 A、 B 的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度 t 處，而將參比端分開，用導(dǎo) 線接入顯示儀表， 并保持參比端接點溫度 t0 穩(wěn)定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度 t 而變化。 第八章 光電式傳感器 1 概念：光電式傳感器是以光為測量媒介、以光電器件為轉(zhuǎn)換元件的傳感器， zzzax 它具有 非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等卓越特性。 2 外光電效應(yīng)與內(nèi)光電效應(yīng) 外：在光照下，電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象。 內(nèi)：光照在半導(dǎo)體材料上，材料中處于價帶的電子吸收光子能量， 通過禁帶躍入導(dǎo)帶， 使導(dǎo)帶內(nèi)電子濃度和價帶內(nèi)空穴增多，即激發(fā)出光生電子 -空穴對，從而使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生光電效應(yīng)。 第九章 光纖式傳感器 1 光纖波導(dǎo)原理 光波導(dǎo)的傳輸原理是在不同折射率的介質(zhì)分界面上， 電磁波的全反射現(xiàn)象使光波局限在波導(dǎo)及其周圍有限區(qū)域內(nèi)傳播。 2 數(shù)值孔徑（ NA）定義和物理意義 定義：光線從界面處攝入纖芯時實現(xiàn)全反射的臨界角（始端最大入射角）的正弦值。 ； 意義：它是衡量