传感器及其应用技术
- 前言
- 简答题
-
- 0. 绪论
- 1.测量 频率、时间和相位
-
- 1.1 频率/周期的数字测量
- 1.2 时间间隔和相位数字测量
- 2. 阻抗测量
-
- 2.1 交流电桥
- 2.二 直流不平衡电桥
- 2.3 有源电桥
- 2.4 差动脉冲调宽法(差动电容、差动电感)
- 3. 阻抗传感器
-
- *3.0 三种阻抗传感器的原理
- 3.1 电阻式应变传感器
- 3.2 电感传感器
- 4. 电压传感器
-
- *4.0 四种电压传感器的原理
- 4.1 压电传感器等效电路
- 4.2 电荷放大器
- 4.3 热电偶传感器
- 4.4 霍尔传感器的工作原理
- 5. 光电传感器
-
- *5. 四种光电传感器的原理
- 5.1 外光电效应
- 5.2 光电倍增管
- 5.3 光导纤维的结构和导光原理
- 5.4 CCD 图像传感器的工作原理
- 5.5 斯特藩 - 玻尔兹曼定律，维恩位移定律
- 6. 数字传感器
-
- 6.1 二进制与格雷码的相互转换
- 6.2 编码器
- 6.3 长光栅传感器的工作原理电阻电桥细分法
- 6.4 感应同步器的结构及其工作原理
- 6.5 文氏电桥的结构及其工作原理
- 7. 热工量电测法
-
- *7.0 三种电测方法
- 7.1 皮托管的工作原理
- 7.2 流量-差压转换法
- 7.3 涡街流量计
- 综合题
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- 1. 频率、时间和相位的测量
-
- 1.1 频率/周期的数字测量
- 1.2 时间间隔和相位数字测量
- 2. 阻抗的测量
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- 2.1 无源电桥
- 3. 阻抗传感器
-
- 3.1 电容式传感器
- 4. 电压传感器
-
- 4.1 霍尔传感器
- 5. 阻抗传感器
-
- 5.1 自感传感器
- 5.2 变间隙和变介电常数电容式传感器
- 6. 数字传感器
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- 6.1 长光栅传感器和电阻电桥细分法
- 最后
前言
简答题
0. 绪论
- ：
输出静态函数关系(线性、奇函数、偶函数)线性度(校准曲线与拟合直线的偏差)分辨力(最小输入增量)和阈值(零点附近的分辨力)，灵敏度(输出变化量与输入变化量的比例-常数)，迟滞和重复、时漂(温度和输入恒定下，输出在较长时间的变化)及温漂(输入恒定，输出随温度变化)；
1.测量 频率、时间和相位
频率测量分为：和； 其中频率的模拟测量有：电桥法、谐振法、频率-电压转换法； 以下为计数法；
1.1 频率/周期的数字测量
-
： 在一定时间间隔T 内，计算周期性脉冲的重复次数。如果周期性脉冲的周期是 TA，计数结果为 N=T/TA；
-
：
-
：（fc-标准频率；左边-最大相对误差；绝对值-准确性；m-分频）
- ：（fc-标准频率；左边-最大相对误差；绝对值-准确性；m-分频）
1.2 时间间隔和相位数字测量
- ：
- ：
- ：(频率相同，相位差为 φx)
- ：(时标脉冲周期-Tc，N-计数值)
- ：(频率相同，相位差为 φx)
2. 阻抗测量
：理想下仅有实部。高频下虚部不能忽视。 ：理想下仅有虚部。随频率增大损耗增大。Zc = RC(ω) + 1/jωC。电流超前电压 90； ：理想下仅有虚部。频率接近磁性材料截止频率时损耗大。Zl = RL(ω)+ jωL。电流落后电压 90；
2.1 交流电桥
- 电桥平衡时：U0 = 0；Z1Z3 = Z2Z4；
- 损耗：
- ：
损耗因子 tanδ：施电压时功功率与功功率之比。无损耗时为 90；有损耗时为 90-δ；
- ：
品质因数 Q：施电压时功功率与功功率之比。
- ：
2.2 直流不平衡电桥
2.3 有源电桥
- 注意虚短虚断；
2.4 差动脉冲调宽法（差动电容、差动电感）
3. 阻抗型传感器
分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器（自感、互感、压磁、电涡流）；
*3.0 三种阻抗型传感器原理
- ：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械形变，机械形变导致阻值变化（有电位器式、应变式和压阻式）【温度湿度传感器、压拉力传感器】；
- ：把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器（改变间隙、面积和介质）；【触摸感应开关、压拉力传感器】
- ：被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化（分自感和互感两类，有变间隙型、变面积型和螺管型三种类型）【震动检测、位移测量、微位移测量】；
- ：有三种。变间隙型、变面积型和螺管型；
- ：主要差动变压器。衔铁、一次绕组和二次绕组；
- ：正磁致伸缩材料在受到拉应力作用时，在拉应力方向上磁导率会增大，在垂直拉应力方向上磁导率会减小；
- ：通过金属体的磁通变化，在导体中产生感生电流(自行闭合)，使产生磁场的线圈阻抗发生变化 【金属探测】；
3.1 电阻式应变传感器
- ：电位器式传感器、应变式传感器、压阻式传感器(单晶硅受力电阻率变化)；
- ：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械形变，机械形变导致阻值变化；
3.2 电感式传感器
-
：被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化（分自感和互感两类）；
-
：有三种。变间隙型、变面积型和螺管型；
-
：主要一种。差动变压器；
-
：
- 电感 [N线圈匝数，Rm磁路总磁阻]： L = N 2 R m L = \frac{N^2}{R_m} L=RmN2
- 磁路总磁阻 [l1铁心磁路长，l2衔铁磁路长，A截面积，µ1铁心磁导率，µ2衔铁磁导率，µ0空气磁导率，δ空气隙厚度]： R m = l 1 μ 1 A + l 2 μ 2 A + 2 δ μ 0 A R_m=\frac{l_1}{μ_1A} + \frac{l_2}{μ_2A} + \frac{2δ}{μ_0A} Rm=μ1Al1+μ2Al2+μ0A2δ
- 一般情况下，有： L = N 2 μ 0 A 2 δ L=\frac{N^2μ_0A}{2δ} L=2δN2μ0A
-
：
- 气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对而言重迭面积随被测量的变化而改变；
L = N 2 μ 0 A 2 δ L=\frac{N^2μ_0A}{2δ} L=2δN2μ0A
- ：
- 线圈电感量的大小与衔铁插入线圈的深度有关；
- [线圈长度l、线圈的平均半径r、线圈的匝数N、衔铁进入线圈的长度la、衔铁的半径为ra、铁心的有效磁导率为µm]
L = 4 π 2 N 2 l 2 [ l r 2 + ( μ m − 1 ) l a r a 2 ] L=\frac{4π^2N^2}{l^2}[lr^2+(μ_m-1)l_ar^2_a] L=l24π