28440測試技術大綱整理版名師教學資料.doc

1、課程內容與考核要求（注：涉及計算和復雜原理見課本）第1章緒論一、學習目的與要求通過本章的學習，了解測試的含義、基本原理、典型應用和發(fā)展動向。明確學習內容和目的，以及本課程的性質和任務。二、課程內容第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)測試的含義測試基本原理及過程測試技術的典型應用1 產品質量測量2 設備運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)3 家電產品中的傳感器4 樓宇自動化第四節(jié)測試技術的發(fā)展動向1傳感器技術的發(fā)展2 多功能化、網絡化儀器系統(tǒng)3 新型信息處理技術第五節(jié)課程的性質和任務習題一三、考核知識點與考核要求1. 測試的含義識記：測試的基本概念 : 測試就是對信號的獲取、加工、處理、顯示記錄及分析的過程。（測試泛指測量和試驗兩個

2、方面的技術，是具有試驗性質的測量，是測量和試驗的綜合。 ）測量的定義：測量是指一個被測量與一個預定標準之間進行定量比較，從而獲得被測對象的數(shù)值結果， 即以確定被測對象的量值為目的的全部操作。（測量分為直接比較法和間接比較法。 ）試驗的含義：試驗是對被研究的對象或系統(tǒng)進行實驗性研究的過程。領會：直接比較法的基本概念： 直接比較法無須經過函數(shù)關系計算， 直 接通過測量儀器得到被測量值。間接比較法的基本概念： 間接比較法利用儀器儀表把待測物理量的變化換成與之保持已知函數(shù)關系的另一種物理量的變化。測量和測試的概念及區(qū)別：測量是被動的、 靜態(tài)的、較孤立的記錄性操作，其重要性在于它提供了系統(tǒng)所要求的和實際

3、所取得的結果之間的一種比較。測試是主動的、 涉及過程動態(tài)的、系統(tǒng)的記錄與分析的操作，通過試驗得到的試驗數(shù)據(jù)成為研究對象的重要依據(jù)。2. 測試基本原理及過程識記：電測法的基本概念： 將非電量先轉換為電量， 然后用各種電測儀表和裝置乃至計算機對電信號進行處理和分析。（電量分為： 電能量：如電流、電壓、電場強度、電功率電參量：如電阻、電容、電感、頻率、相位）電測法的優(yōu)點： 測試范圍廣、精度高、靈敏度高、響應速度快，特別適于動態(tài)測試。領會：典型非電量電測法測量的工作過程：典型非電量電測法測量過程信號檢測與信號處理的相互關系：？信號檢測是信號處理的前提， 信號處理是信號檢測的目的 （ P3）3. 測試技

4、術的典型應用領會：測試技術在工程技術領域的典型應用。產品質量測量、設備運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、家電產品的傳感器、樓宇自動化。4測試技術的發(fā)展動態(tài)識記：物理性（物性型）傳感器的基本概念：物理型傳感器依據(jù)機敏材料本身的物性隨被測量的變化來實現(xiàn)信號轉換的裝置。智能化傳感器的組成：測量電路、微處理器、傳感器。領會：計算機技術對測試技術發(fā)展的作用。計算機技術使得測試技術不斷提高靈敏度、精度和可靠性； 向小型化、非接觸化、多功能化、智能化和網絡化方向發(fā)展。四、本章重點、難點典型非電量電測法測量的工作過程； （見 2. ）信號檢測與信號處理的作用。第 2 章測試系統(tǒng)的基本特性一、學習目的與要求通過本章的學習， 掌

5、握建立測試系統(tǒng)的基本概念， 掌握測試系統(tǒng)基本特征的評價指標，掌握測試系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性，以及了解不失真測試條件。本章是本課程的重點，是理解、掌握和學好本課程的基礎。二、課程內容第一節(jié)測試系統(tǒng)概述1 測試系統(tǒng)基本概念2 理想測試系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)第二節(jié) 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性1精確度2 靈敏度3 非線性度4 回程誤差5 重復性6 分辨率7 漂移8 死區(qū)第三節(jié)測試系統(tǒng)的動態(tài)特性1 傳遞函數(shù)2 頻率響應函數(shù)3 脈沖響應函數(shù)4 動態(tài)特性參數(shù)的測定第四節(jié)測試系統(tǒng)不失真測試條件及分析1不失真測試條件2 不失真測試分析第五節(jié)Matlab 編程實驗注明：不作考核要求習題二三、考核知識點與考核要求1. 測試系統(tǒng)基

6、本概念識記：測試系統(tǒng)的概念:所謂測試系統(tǒng)是指為完成某種物理量的測量而由具有某一種或多種變換特性的物理裝置的總體。理想測試系統(tǒng)的特性：迭加性、比例特性、微分特性、積分特性和頻率不變性。（P8）領會：測試系統(tǒng)組成的基本概念：根據(jù)測試的內容、 目的和要求等的不同， 測試系統(tǒng)的組成可能會有很大差別。（P7）測試系統(tǒng)的輸入、輸出與測試系統(tǒng)的特性關系：輸入（激勵）測試系統(tǒng)輸出(響應 )X(t)（對信號的傳遞特性）Y(t)測試系統(tǒng)與輸入 / 輸出量之間的關系2. 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性識記：測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的定義：測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性是指當輸入信號為不變或緩變信號時， 輸出與輸入之間的關系。測試系統(tǒng)的靜態(tài)傳遞方程

7、：b0y(t )x(t)(測試系統(tǒng)處于靜態(tài)測試時，輸入和輸出的各階導數(shù)均為零。)測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要定量指標：精確度、靈敏度、非線性度、回程誤差、重復性、分辨率、漂移、死區(qū)。（ 1013）測試系統(tǒng)絕對誤差、相對誤差和引用誤差的定義。絕對誤差：絕對誤差 E 是指測量值（指示值）與真值（或準確值）之差。Eyx式中， y 為測量值（或指示值）；x 為真值（或準確值） 。相對誤差： 相對誤差是絕對誤差與被測量真值之比，即相對誤差y - x 100%x引用誤差： 引用誤差絕對誤差100%測量范圍的上限值（滿量程值）領會：測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性中誤差的概念；（P9）按不同分類方法對誤差進行分類：按照表示方法

8、分：絕對誤差、相對誤差、引用誤差按照性質和特點：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差表述系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差的概念和區(qū)別：系統(tǒng)誤差： 在相同條件下，多次重復測量同一個量時， 其絕對值和符號固定不變，或改變條件（如環(huán)境條件、測量條件）后按一定規(guī)律變化的誤差。（可采取適當?shù)拇胧┘右孕拚蛳?）產生原因： 測量理論的近似假設、儀器結構的不完善、 測量環(huán)境的變化、零位調整不好以及測量人員方面的因素。隨機誤差： 在相同條件下，多次重復測量同一個量時， 其絕對值和符號變化無常，但隨著測量次數(shù)的增加又符合統(tǒng)計規(guī)律的誤差。（既不能用實驗方法消去，也不能修正。多次重復測量時，隨機誤差的統(tǒng)計特性多服從正態(tài)分布

9、。 ）產生原因： 測量過程中各種相關因素的微小變化的相互迭加。粗大誤差： 是一種明顯歪曲實驗結果的誤差。 ( 根據(jù)檢驗方法的某些準則判斷哪個測量值是壞值，在誤差分析時將其剔除。 )產生原因： 操作不當、疏忽大意、環(huán)境條件突然變化。表述精確度、精密度、準確度的概念和區(qū)別：精確度（精度）：是指由測試系統(tǒng)的輸出所反映的測量結果和被測參量的真值相符合的程度，綜合反映系統(tǒng)誤差和隨機誤差。精度等級max 100%A式中，max為滿量程內的最大可能誤差；A 為最大量程。精密度：是精度的組成部分， 它表示多次重復測量中，測量值彼此之間的重復性或分散性大小的程度。 （精密度反映隨機誤差的大小，隨機誤差愈小，測量

10、值就愈密集，重復性愈好，精密度愈高。）準確度： 表示多次重復測量中，測量平均值與真值接近的程度。（準確度反映系統(tǒng)誤差的大小， 系統(tǒng)誤差愈小， 測量的平均值就愈接近真值，正確度愈高。 ）表述靈敏度和靈敏度漂移的概念：靈敏度： 指測試系統(tǒng)在靜態(tài)條件下，響應量y 的變化y 和與之對應的輸入量 x 變化x 的比值，即（圖見 11）ySx理想測試系統(tǒng)輸入 / 輸出特性為線性關系，則有Syyb0 常數(shù)xxa0（靈敏度表征測試系統(tǒng)對輸入信號變化的一種反應能力。）表述系統(tǒng)靈敏度與系統(tǒng)的量程及固有頻率的關系雖然系統(tǒng)的靈敏度是由物理屬性或結構所決定的， 但在選擇測試系統(tǒng)的靈敏度時， 要充分考慮其合理性， 因為系統(tǒng)

11、的靈敏度和系統(tǒng)的量程及固有頻率是相互制約的。 一般來說，系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測量范圍往往越窄，越容易受外界干擾的影響，穩(wěn)定性也越差。3. 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性識記：測試系統(tǒng)動態(tài)特性的定義：測試系統(tǒng)的動態(tài)特性是指輸入量隨時間作快速變化時， 系統(tǒng)的輸出隨輸入而變化的關系。（系統(tǒng)的動態(tài)響應特性一般通過描述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、 頻率響應函數(shù)及脈沖響應函數(shù)等數(shù)學模型來進行研究。 ）系統(tǒng)傳遞函數(shù)的定義：當線性系統(tǒng)的初始條件為零，即在考察時刻以前，其輸入量、輸出量及其各階導數(shù)均為零，且測試系統(tǒng)的輸入x(t) 和輸入 y(t)在 t0 時均滿足狄利克雷條件，則定義輸出y(t) 的拉普拉斯變換 Y（ s）與輸入 x

12、（t ）的拉普拉斯變換（ s）之比為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并記為（ s），即Y(s) bm smbm 1 sm 1b1 s b0H (s)an 1 sn 1a1 s a0X (s) an sn式中， s 稱為拉普拉斯算子； an,a n-1 ,.,a1,a 0 和 bm,b m-1,.b1,b 0是由測試系統(tǒng)的物理參數(shù)決定的常數(shù)。 、（狄利克雷條件：在一周期內，如果有間斷點存在，則間斷點的數(shù)目應是有限個；在一周期內，極大值和極小值的數(shù)目應是有限個；在一周期內，信號是絕對可積的。一般我們遇到的周期信號都能滿足狄利克雷條件。）系統(tǒng)頻率特性的概念：令 s=j H ( j )Y( j )bm ( j )mb

13、m 1( j) m 1b1( j)b0X ( j )an ( j ) nan 1( j) n 1a1 ( j)a0線性定常系統(tǒng) （或元件）的頻率特性是指零初始條件下穩(wěn)態(tài)輸出正弦信號與輸入正弦信號的復數(shù)比，即H ( j )Y( j ) A( )e j ( )X ( j )系統(tǒng)幅頻特性的概念：A（ ）稱為幅頻特性，它表示在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)輸出信號與輸入信號的幅值之比，即描述了系統(tǒng)（或元件）對不同頻率的正弦輸入信號在穩(wěn)態(tài)情況下的放大（或衰減）特性。系統(tǒng)相頻特性的概念：() 稱為相頻特性，它表示在穩(wěn)態(tài)時， 輸出信號與輸入信號的相位差，即描述了系統(tǒng)對不同頻率的正弦輸入信號在相位上產生的相角滯后或超前的特性。

14、 幅頻特性和相頻特性總稱為系統(tǒng)的頻率特性。一階、二階測試系統(tǒng)頻率特性的表達式：一階測試系統(tǒng)：Y(s)1傳遞函數(shù)：H (s)X (s)s1其頻率特性為：H ( j11j)11 ()2()2j1A()Re() 2Im() 21)21()arctan Im()arctan()Re()() 為負值表示系統(tǒng)輸出信號的相位滯后于輸入信號的相位。二階測試系統(tǒng)：12傳遞函數(shù)： H ( s)2n222s2 n s1ss 1n2nn其頻率特性為：H (j)1) 21(j 2()nnA ()121() 22() 2nn2 ()()arctann) 21(n動態(tài)特性參數(shù)： 系統(tǒng)無阻尼固有頻率 n 、系統(tǒng)阻尼率 、系統(tǒng)

15、的響應振蕩頻率 d 、最大超調量 M max 。領會：表述系統(tǒng)傳遞函數(shù)的主要特點：傳遞函數(shù)與微分方程有直接聯(lián)系。 傳遞函數(shù)與微分方程一樣，只反映系統(tǒng)（元件）中輸出信號與輸 入信號之間的變化規(guī)律，不反映原來物理系統(tǒng)（元件）的實際結構，即對于許多 物理性質截然不同的系統(tǒng)（元件） ，可以具有相同形式的傳遞函數(shù)。 傳遞函數(shù)是復變量 s 的有理真分式函數(shù)，即 mn 且所有系數(shù)均為實數(shù)。（這是由系統(tǒng)的物理性質決定的。 ） 傳遞函數(shù)只與系統(tǒng)（元件）本身內部結構參數(shù)有關，而與輸入信號無關。（傳遞函數(shù)只表征系統(tǒng)（元件）本身的特性。 ）表述系統(tǒng)傳遞函數(shù)的初始條件及適用范圍：傳遞函數(shù)是在零初始條件下定義出來的， 所

16、以它不能反映非零初始條件下系統(tǒng)的自由響應運動規(guī)律。傳遞函數(shù)是從拉氏變換導出的，拉氏變換的條件是一種線性變換，因此傳遞函數(shù)只適用于描述線性定常系統(tǒng)。表述頻率特性函數(shù)的物理意義：頻率特性反映了系統(tǒng)的內在性質， 與外界因素無關， 即當系統(tǒng)結構參數(shù)給定， 頻率特性 變換的規(guī)律也隨之確定。 頻率特性描述了在不同頻率下系統(tǒng)（或元件）傳遞正弦信號的能力。 （在測量系統(tǒng)頻率響應函數(shù)時，必須在系統(tǒng)響應達到穩(wěn)態(tài)時才能測量。）脈沖響應函數(shù)的概念：Y( s)由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：H (s)，可得Y(s)H ( s)X (s)將上式進行拉普拉斯逆變換，可得y(t)h(t )x(t )如果線性系統(tǒng)的輸入x(t) 為單位脈沖函

17、數(shù))(t ) ，則該系統(tǒng)的輸出應當是：y(t ) h(t )(t)，因而有： ( )( )( )。這y0th tth t表明， h(t) 等于系統(tǒng)的輸入為單位脈沖函數(shù)(t) 時的響應 y0 (t ) ，因此，稱 h(t) 為單位脈沖響應函數(shù)。動態(tài)特性參數(shù)的測定 : （詳見 P18-22）頻率響應法脈沖響應法n 、系統(tǒng)阻尼率階躍響應法不失真測試；（P22）定義：在測試過程中采取相應的技術手段， 使測試系統(tǒng)的輸出信號能夠真實、 準確地反映出被測對象的信息， 這種測試稱為不失真測試。不失真測試條件：A()A0(常數(shù)）（）0即：系統(tǒng)的幅頻特性曲線應當是一條平行于軸的直線。 系統(tǒng)的相頻特性曲線是一條通過

18、坐標原點且具有負斜率的直線。A( )( )A0O0O理想不失真條件不失真測試分析：（ P23）測試任務要求系統(tǒng)特性參數(shù)選擇簡單應用：一階、二階測試系統(tǒng)頻率特性的計算。四、本章重點、難點重點：測試系統(tǒng)的概念；測試系統(tǒng)的組成；測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的定義；測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要定量指標：精確度、靈敏度、非線性度、分辨率；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的定義；系統(tǒng)頻率特性的概念；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的主要特點；一階、二階測試系統(tǒng)頻率特性的表達式；動態(tài)特性參數(shù)：系統(tǒng)無阻尼固有頻率。次重點：理想測試系統(tǒng)的特性；測試系統(tǒng)的輸入、輸出與測試系統(tǒng)的特性關系；測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要定量指標：回程誤差、重復性、漂移、死區(qū)；測試系統(tǒng)絕對誤差、相對

19、誤差和引用誤差的定義；表述頻率特性函數(shù)的物理意義系統(tǒng)幅頻特性的概念；系統(tǒng)相頻特性的概念；動態(tài)特性參數(shù)：系統(tǒng)的響應振蕩頻率 d 、最大超調量 M max ；一階、二階測試系統(tǒng)頻率特性的計算。難點：測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的主要定量指標： 精確度、靈敏度、非線性度、分辨率；系統(tǒng)傳遞函數(shù)的定義；系統(tǒng)頻率特性的概念；動態(tài)特性參數(shù)：系統(tǒng)無阻尼固有頻率n 、系統(tǒng)阻尼率；系統(tǒng)幅頻特性的概念；系統(tǒng)相頻特性的概念；動態(tài)特性參數(shù)：系統(tǒng)的響應振蕩頻率d 、最大超調量M max；一階、二階測試系統(tǒng)頻率特性的計算。第 3 章傳感器及其應用一、學習目的與要求通過本章的學習，了解各種常用傳感器的類型、結構、靜動態(tài)特性、測量范圍、使

20、用條件等，掌握常用傳感器的工作原理及其應用。二、課程內容第一節(jié)概述1 傳感器的定義2 傳感器的組成3 傳感器的分類第二節(jié) 電阻傳感器1電位器2 電阻應變式傳感器3 熱電阻式傳感器4 光敏電阻傳感器5 濕敏電阻傳感器6 氣敏電阻傳感器第三節(jié)電容傳感器1 電容傳感器的工作原理和分類2 變極距型電容傳感器3 變面積型電容傳感器4 變介電常數(shù)型電容傳感器5 電容傳感器應用實例第四節(jié) 電感傳感器1自感式傳感器2 差動變壓器式電感傳感器3 渦流式電感傳感器4 電感傳感器應用實例第五節(jié) 磁電傳感器1動圈式磁電傳感器2 磁阻式磁電傳感器3 磁電傳感器應用實例第六節(jié) 壓電傳感器1壓電效應2 壓電元件及其等效電路

21、3 壓電傳感器應用實例第七節(jié)光電傳感器1光電效應2 光電池3 光敏二極管和光敏三極管4 光電傳感器應用實例第八節(jié) 熱電傳感器1工作原理2 基本定律3 熱電偶的冷端溫度處理4 熱電偶應用實例第九節(jié) 磁敏傳感器1霍爾傳感器2 磁敏電阻傳感器3 磁敏傳感器應用實例第十節(jié) 其他新型傳感器1 光柵傳感器2 編碼式傳感器3 CCD傳感器4 光纖傳感器5 超聲傳感器6 集成傳感器及智能傳感器習題三三、考核知識點與考核要求1. 傳感器的概念識記：傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量， 并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。領會：表述傳感器定義的4 層含義：傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。從傳感器的輸入

22、端看，一個指定的傳感器只能感受或響應規(guī)定的被測量，被測量既可以是電量也可以是非電量。按一定規(guī)律轉換成易于傳輸和處理的信號，而且這種規(guī)律是可復現(xiàn)的。從傳感器的輸出端看，傳感器的輸出信號中不僅承載著待測的原始信號，而且是能夠被傳輸并成為便于后繼檢測環(huán)節(jié)接收和進一步處理的信號形式。簡述傳感器的組成：傳感器通常由敏感元件、轉換元件和信號調節(jié)和轉換電路組成。輔助電源被測量敏感元件轉換元件信號調節(jié)電量轉換電路傳感器組成框圖表述傳感器的分類方法： （詳見 P30 表 3.1 ）按被測物理量按傳感器工作原理按能量傳遞方式按內部物理結構按信號輸出特征2. 電阻傳感器識記：電阻傳感器的定義：電阻傳感器是根據(jù)歐姆定

23、律， 將被測物理量的變化轉化為電阻元件的電阻值變化的裝置。電阻傳感器的種類 :電位器式、電阻應變式、熱敏電阻式、光敏式、氣敏式、濕敏式傳感器等應變效應及壓阻效應概念： （ P31-33）應變效應： 所謂“應變效應” 是指金屬導體或半導體在外力作用下產生機械變形而引起導體或半導體的電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。壓阻效應：所謂壓阻效應是指單晶半導體材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。應變片靈敏度的定義：dR / R（強烈要求看書本32 頁）S(12)應變片的種類：金屬電阻應變片和半導體應變片金屬電阻應變片的種類：絲式、箔式、薄膜式半導體應變片的種類：體型、薄膜型、擴散型電阻應變

24、式傳感器的應用： （ P34-35）電阻應變式傳感器，可以用于測力、扭矩、壓力、位移、加速度等。應用方式：一種是直接用于測定被測物體的應力或應變， 另一種是將應變片貼于彈性元件上進行測量。熱敏電阻的種類：金屬絲熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器正溫度系數(shù)、負溫度系數(shù)、突變型負溫度系數(shù)的含義：正溫度系數(shù)： 電阻值隨溫度的升高而升高。負溫度系數(shù)： 電阻值隨溫度的升高而下降。突變型負溫度系數(shù)： 電阻值當溫度超過某一溫度后減少。光敏電阻的主要參數(shù)：暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流、光電流等。領會：變阻器式傳感器的優(yōu)缺點:優(yōu)點：結構簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩(wěn)定；受環(huán)境因素 ( 如溫度、濕度、電磁場干

25、擾等) 影響?。豢梢詫崿F(xiàn)輸出輸入間任意函數(shù)關系；輸出信號大，一般不需放大。缺點：因為存在電刷與線圈或電阻膜之間摩擦， 因此需要較大的輸入能量；由于磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性， 而且會降低測量精度，分辨力較低；動態(tài)響應較差，適合于測量變化較緩慢的量。金屬電阻應變片的工作原理 :應變效應半導體應變片的工作原理：壓阻效應半導體應變片的優(yōu)缺點：優(yōu)點：體積小、靈敏度高、頻率響應范圍廣缺點：應變靈敏度隨溫度變化大， 大應變下的非線性以及安裝不方便電阻應變式傳感器的應用實例：應變片式加速度傳感器、 質量傳感器、壓力傳感器、位移傳感器應變片的測量電路：電橋電路應變片的應用方式：一種是直接用于測定被測物體

26、的應力或應變， 另一種是將應變片貼于彈性元件上進行測量。電阻應變片在柱式、梁式、環(huán)式等彈性體上貼片的方式：（詳見 P34圖 3.10 ）熱電阻式傳感器的工作原理和種類：工作原理： 熱電阻效應。（導體的電阻率隨溫度變化而變化）種類：金屬絲熱電阻傳感器、熱敏電阻傳感器。金屬絲熱電阻的種類和應用：（詳見 P36）鉑電阻和銅電阻的優(yōu)缺點：鉑電阻：優(yōu)點：測量較高溫度、性能穩(wěn)定、復現(xiàn)性好。缺點：電阻溫度系數(shù)較小，價格昂貴。銅電阻：優(yōu)點：物理和化學性能穩(wěn)定、熱阻特性基本成線性關系、測量精度高、成本低。缺點：易氧化，不適宜在腐蝕性介質或高溫下工作。熱敏電阻的優(yōu)缺點及應用：優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)大、形小體輕、熱慣性

27、大、結構簡單、價格經濟、對特定溫度點的檢測十分靈敏。缺點：非線性元件光敏電阻傳感器的工作原理：內光電效應（或光電效應）光敏電阻傳感器的優(yōu)缺點及應用：優(yōu)點：靈敏度高、光譜響應范圍大、體積小、性能比較穩(wěn)定，價格比較低廉。缺點：輸出 / 輸入特性的線性度差。應用：開關元件（光電管）濕敏電阻傳感器的工作原理及種類：原理：利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導致阻值發(fā)生變化。種類：氧化鋰濕敏電阻、有機高分子膜濕敏電阻。（優(yōu)點：靈敏度高。缺點：線性度和產品的互換性差。）氣敏電阻傳感器的工作原理及應用：原理：氧化錫、氧化錳等半導體材料在吸收氫、一氧化碳、烷、醚、醇、苯及天然氣等可燃氣體的煙霧時，發(fā)生還原反應，使元

28、件溫度相應增高，電阻發(fā)生變化。應用：廣泛用于防災報警、大氣污染監(jiān)測、 CO氣體測量、酒精濃度探測等。簡單應用：變阻器式傳感器輸出電壓與位移的關系；（？?。兤撵`敏度計算。3. 電容傳感器識記：電容傳感器的定義：電容傳感器是將被測物理量轉換成電容量的變化的裝置。電容傳感器的種類：變極距型電容傳感器、 變面積型電容傳感器、 變介電常數(shù)型電容傳感器領會：電容傳感器的工作原理； （P39-43）以平板電容為例：C0 A式中，A 為極板相互覆蓋面積； 為極板間介質相對介電常數(shù)； 0為真空中的介電常數(shù)，0 8.854 10 12 (F / m) ；為極板間距；C 為電容量。由上式知，當 、 A 和 變

29、化時，將引起電容器電容量的變化，從而達到對被測參數(shù)到電容的轉換。 （實際應用中，定 2 變 1）變極距型電容傳感器的工作原理及應用：原理：保持 A 與 不變，通過改變 ，改變極板間的電容量，達到將被測參數(shù)轉換成電容量變化的目的。應用：測量位移等。變面積型電容傳感器的種類、輸出特性及應用：（詳見 P41表 3.2 ）變介電常數(shù)型電容傳感器的工作原理及應用：原理：保持 A 和 不變，改變 改變極板間的電容量，達到將被測參數(shù)轉換成電容量變化的目的。應用：測量厚度、濕度或液體等物理參數(shù)。電容式壓差傳感器的結構原理：差動電容加速度傳感器的結構原理；（詳見 P42）電容式位移傳感器的結構原理。簡單應用：變

30、極距型電容傳感器的靈敏度計算：dC0 AS2d0（詳見 P40）差動結構變極距型電容傳感器的電容量差值計算：C1C2(C0C)(C0C)2 C固定極板1活動極板X固定極板2差動式變極距型電容傳感器結構變面積型電容傳感器靈敏度和輸出特性的計算：（詳見 P41表 3.2 ）電容式轉速傳感器的工作原理及計算。原理圖：設齒輪齒數(shù)為z，當定極板與齒頂相對時電容量最大，與齒隙相對時，電容量最小。齒輪轉動時，電容傳感器產生周期信號，通過測量周期信號的f 頻率就可以得到齒輪轉速 n60 f (r / min) 。z電容式轉速傳感器4. 電感傳感器（ P43-50）識記：電感傳感器的工作原理及種類：原理：電磁感

31、應（把被測量的變化轉換成線圈自感系數(shù) L 或互感系數(shù) M的變化。）種類：自感式、互感式、渦流式（根據(jù)轉換方式的不同。 ）自感式傳感器的分類：（詳見 P45表 3.3 ）渦流效應：（當金屬平面置于交變磁場中時， 就會產生感應電流， 這種電流在金屬平面內是閉合的，稱為渦流。 ）電渦流的產生必然消耗一部分能量， 從而使產生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為渦流效應。領會：自感式傳感器的工作原理：自感式傳感器的結構、輸出特性及靈敏度；差動變壓器式電感傳感器的結構及工作原理；渦流式電感傳感器的結構、工作原理及應用；高頻反射式渦流傳感器的工作原理；詳見 P43-50低頻透射式渦流傳感器的工作原理；渦流傳

32、感器的工程應用。簡單應用：自感式位移傳感器的自感系數(shù) L 的計算；自感式傳感器靈敏度的計算；渦流傳感器轉速測量的結構、工作原理及計算。5. 磁電傳感器（ P50-53）識記：磁電式傳感器的種類及工作原理：原理：電磁感應（將被測物理量轉換成為感應電勢）種類：動圈式磁電傳感器、磁阻式磁電傳感器。（磁通變化率與磁場強度、 磁路磁阻、線圈運動速度有關。 因此，當傳感器的線圈匝數(shù)和用久磁鋼選定（即磁場強度已定）后，磁通發(fā)生變化的方法通常有兩種： 一，讓線圈和磁力線做相對運動，即利用線圈切割磁力線而使線圈產生感應電勢； 二，把線圈和磁鋼部固定，靠銜鐵運動來改變磁路中的磁阻， 從而改變通過線圈的磁通。）動圈

33、式磁電傳感器分類及結構。分類：線速度型、角速度型結構：（詳見 P51圖 3.37 ）領會：線速度型動圈式磁電傳感器的原理及結構；角速度型動圈式磁電傳感器的原理及結構；磁阻式磁電傳感器的工作原理及結構；詳見 51-53磁阻式磁電傳感器的應用。簡單應用：線速度型傳感器感應電勢與運動速度的計算；角速度型傳感器感應電勢與角速度的計算。6. 壓電傳感器（ P54-61）識記：正壓電效應及逆壓電效應的概念：正壓電效應： 某些物質，如石英、鈦酸鋇等，在沿一定方向對其施加外力， 不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內部極化，表面有電荷出現(xiàn)，形成電場；當外力去除后，又重新回到原來不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。逆壓電

34、效應： 若將這些物質置于電場中，將產生機械變形， 這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應或電致伸縮效應。領會：石英晶體的壓電效應及種類；壓電陶瓷的壓電效應；壓電元件的等效電路及后接放大器的形式；電荷放大器與電壓放大器的優(yōu)缺點； 詳見 P54-61 壓電式加速度傳感器的類型及工作原理。簡單應用：壓電傳感器配接電壓放大器的輸出電壓計算；壓電傳感器配接電荷放大器的輸出電壓計算。7. 光電傳感器（ P61-64）識記：光電傳感器的概念：以光電效應為基礎，將光信號轉換成電信號的傳感器。外光電效應的概念：在光照作用下，物體內的電子從物體表面逸出的現(xiàn)象。領會：內光電效應的類型及工作原理：類型：一，光電導效應（即在光作用下，

35、電子吸收光子能量，使半導體材料導電率顯著改變。 ）二，在光作用下，使半導體材料產生一定方向的電動勢。 （光電池和光敏管）原理：在光照作用下，物體內部的原子釋放出電子， 但這些電子并不逸出物體表面， 而仍留在內部， 物體的導電性能發(fā)生變化或產生光生電動勢。光電池的結構與等效電路：硅光電池的結構與等效電路光敏二極管和光敏三極管的結構、符號及接線：光敏二極管的結構、符號及連線簡單應用：光電傳感器在工業(yè)上應用的光敏三極管的結構、符號及接線8. 熱電傳感器（ P64-70）識記：溫度傳感器分類 :接觸式： 熱電偶、金屬熱電阻、熱敏電阻非接觸式： 熱輻射式、亮度式、比色式常用熱電偶的主要性能和特點：（ P

36、64 表 3.4 ）熱電效應的概念；熱電勢的概念；接觸電勢的概念；溫差電勢的概念；熱電偶的串、并聯(lián)。領會：熱電偶的工作原理；此處宜看書。均質導體定律； 詳見 P64-69 中間導體定律；中間溫度定律；標準電極定律；熱電偶的冷端溫度處理的方法及原理；熱電偶冷端電橋補償法原理及電路。簡單應用：熱電偶測溫方法及熱電勢和溫度的關系分析。9. 磁敏傳感器（ P70-72）識記：磁敏傳感器的概念：磁敏傳感器指利用半導體材料的磁敏特性，將磁場變化轉換成電量輸出的傳感器?；魻栃母拍睿夯魻栃府敯雽w中流過一個電流 I 時，若在與該電流垂直的方向上外加一個磁場， 則在與電流及磁場分別成直角的方向上會產生一

37、個電壓。領會：霍爾傳感器的原理；霍爾元件的結構與基本測量電路；產生磁阻效應的原理。簡單應用：霍爾位移傳感器的結構與應用；霍爾轉速傳感器的結構及輸出信號頻率與轉速的關系。10. 其他新型傳感器（ P73-87）識記：計量光柵的原理與作用：原理：莫爾條紋原理作用：用于測量長度、角度、速度、加速度、振動等。計量光柵的類型：透射光柵、反射光柵長光柵和圓光柵的類型與作用：長光柵（光柵尺）：測量長度或直線位移類型： 黑白光柵（振幅光柵）閃耀光柵（相位光柵）圓光柵（光柵盤）：測量角度或角位移類型：徑向光柵、切向光柵莫爾條紋的概念：（詳見 P74-75）編碼式傳感器的分類：電磁式、光電式、接觸式（按檢測原理）

38、光電編碼器的分類：直線式編碼器、旋轉式編碼器（按結構形式）絕對式、增量式（ 按脈沖信號）領會：莫爾條紋的性質： （詳見 P75）放大作用平均效應運動方向對應關系 莫爾條紋移過的條紋數(shù)等于光柵移過的柵線數(shù)光柵傳感器組成及工作原理；詳見 P71-73光柵傳感器的辨向電路及其原理；4 倍頻細分技術的概念與方法；光電增量式編碼器的結構與原理；絕對碼盤的結構與原理；CCD傳感器的原理、特點與種類： （詳見詳見 P76-80P81-82）光纖傳感器的原理與應用：原理：（詳見 P83-84）應用：光纖轉速測量傳感器光纖傳感器的組成與分類：組成：光發(fā)送器、敏感元件、光接收器、信號處理系統(tǒng)及光纖分類：功能型光纖

39、傳感器（利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖，構成“傳”和“感”一體。 ）非功能型光纖傳感器 （利用光纖對光的傳輸作用， 由其他敏感元件與光纖信息傳輸回路組成測試系統(tǒng)， 光纖在此僅起傳輸作用。 ）超聲傳感器的工作原理與檢測過程：（詳見 P86-87）集成傳感器與智能傳感器的概念：集成傳感器： 將敏感元件、 測量電路及各種補償元件等集成在一塊芯片上的傳感器。智能傳感器： 在集成傳感器的基礎上，裝有微處理器， 能夠進行信息處理和信息存儲， 并能夠進行邏輯分析和結論判斷的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器的特點：具有自動調零和自動校準功能。具有判斷和信息處理能力，對測量值可進行各種修正和誤差補償。實現(xiàn)多參

40、數(shù)綜合測量。自動判斷故障。具有數(shù)字通信接口，便于與計算機聯(lián)機。典型智能傳感器的結構圖：被預輸微輸傳處入處出測感理接理接量器電口器口路典型的智能傳感器的結構圖簡單應用：莫爾條紋的間距表達式與計算分析。綜合應用：設計采用熱電偶冷端電橋補償法的測溫系統(tǒng)， 畫出電路圖， 并說明其工作原理；熱電偶測量切削溫度的方法、原理及特點，畫出測量系統(tǒng)簡圖。以框圖形式設計采用位移傳感器的測量位移的系統(tǒng)， 并說明各環(huán)節(jié)的作用；以框圖形式設計采用力傳感器的測量車削切削力的測力系統(tǒng)， 并說明各環(huán)節(jié)的作用。四、本章重點、難點重點：傳感器的定義；傳感器的組成；電阻傳感器；電容傳感器；電感傳感器；磁電傳感器；壓電傳感器；熱電傳

41、感器；光柵傳感器。難點：應變效應及壓阻效應概念；正溫度系數(shù)、負溫度系數(shù)、突變型負溫度系數(shù)熱敏電阻的含義；半導體應變片的工作原理；電阻應變片的靈敏度計算；變阻器式傳感器輸出電壓與位移的關系；變極距型電容傳感器的工作原理及應用；變面積型電容傳感器的種類、輸出特性及應用；變面積型電容傳感器靈敏度和輸出特性的計算變極距型電容傳感器的靈敏度計算；渦流效應；自感式位移傳感器的自感系數(shù)L 的計算；自感式傳感器靈敏度的計算；線速度型傳感器感應電勢與運動速度的計算；角速度型傳感器感應電勢與角速度的計算；石英晶體的壓電效應及種類；正壓電效應及逆壓電效應的概念；壓電傳感器配接電壓放大器的輸出電壓計算；壓電傳感器配接

42、電荷放大器的輸出電壓計算；均質導體定律；中間導體定律；中間溫度定律；標準電極定律；熱電偶的冷端溫度處理的方法及原理；光柵傳感器組成及工作原理；光柵傳感器的辨向電路及其原理；4 倍頻細分技術的概念與方法。第 4 章 信號變換及調理一、學習目的與要求通過本章的學習， 了解各種信號中間轉換裝置的類型、結構及組成，掌握電橋、調制與解調、濾波和 A/D 轉換的概念，掌握電橋、調制與解調器、器和 A/D 轉換器的工作原理及應用。二、課程內容第一節(jié)電橋1 直流電橋2 交流電橋3 變壓器式電橋第二節(jié) 調制與解調1 調幅與解調2 調頻與解調第三節(jié)濾波器1 濾波器的分類2 濾波器特性與參數(shù)3 實際濾波器的應用第四

43、節(jié)A/D 轉換1采樣2 量化和量化誤差3 編碼4 常用 A/D 轉換器轉換原理5 A/D 轉換器主要技術指標第五節(jié)MATLAB 編程實驗注明：不作考核要求習題四三、考核知識點與考核要求1. 電橋識記：電橋的定義 :電橋是將電阻 R、電感 L、電容 C 等參數(shù)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘栞敵龅囊环N測量電路。電橋的分類：交流電橋、直流電橋（電源性質）半橋、全橋（工作橋臂數(shù)）直流電橋的基本結構與分類（詳見 P91圖 4.2 表 4.1 ）領會：交、直流電橋的工作原理； （詳見 P90-93）直流電橋的優(yōu)缺點：優(yōu)點：穩(wěn)定性高、精度高、導線連接要求低、電橋平衡電路簡單缺點：易引入工頻干擾、需引入放大器直流電橋的平

44、衡條件：R1R3R2R4交流電橋的種類與平衡條件：電容電橋、電感電橋z1z3z2z4變壓器式電橋的結構與優(yōu)點：結構詳見 P93圖 4.3優(yōu)點：測量精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定。簡單應用：直流電橋的輸出電壓及靈敏度的計算；電容電橋和電感電橋的平衡條件及計算。2. 調制與解調識記：調制與解調的概念：調制：指利用低頻信號（緩變信號）對高頻信號的某特征參量 （幅值、頻率或相位）進行控制或改變，使該特征參量隨著緩變信號的規(guī)律變化。解調：從已調制波中不失真地恢復原有的低頻調制信號的過程。領會：調幅的原理及電橋幅值調制的實現(xiàn)過程：（詳見 P95-96）常用幅值調制的解調的方法：同步解調、整流檢波解調、相敏檢波

45、解調調頻的原理及實現(xiàn)調頻的方法： （詳見 P101-102）鑒頻的原理及方案：（詳見 P103）3. 濾波器識記：濾波器的概念：使信號中特定的頻率成分通過， 極大地衰減其他頻率成分的選頻裝置。濾波器的分類：選頻特性：低頻濾波器、高頻濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器電路特性： 一階濾波器、二階濾波器濾波器電路中是否包含有源元件：有源濾波器、無源濾波器所處理信號的性質： 模擬濾波器、數(shù)字濾波器何種方法逼近理想濾波：巴特沃斯濾波器、切貝雪夫濾波器、貝塞爾濾波器領會：理想濾波器的幅頻和相頻特性：H ( f )( f )Af cfC Of cff c Of2t0（a）幅頻特性（b）相頻特性實際濾波器的截止頻