傳感器原理及應(yīng)用.ppt

1、傳感器原理與應(yīng)用內(nèi)容提要和基本要求,教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)： 傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動態(tài)特性）； 傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)方法； 各類傳感器的轉(zhuǎn)換原理；特性分析及其設(shè)計(jì)方法；測量 電路；實(shí)際應(yīng)用； 實(shí)驗(yàn)。 參考學(xué)時： 56或64學(xué)時，其中講課4450學(xué)時；實(shí)驗(yàn)1214學(xué)時。 考核方法： 平時(作業(yè)、考勤)15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試70%,Chapter1,1明確傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用及其發(fā)展趨勢； 2掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法； 3掌握傳感器動態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動態(tài)特性指標(biāo)（一階傳感器的時間常數(shù)

2、，二階傳感器的固有頻率n和阻尼比）的意義； 4掌握傳感器動態(tài)響應(yīng)（階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)）的分析方法； 5掌握傳感器動態(tài)誤差的意義及其計(jì)算方法； 6了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。,一 階 傳 感 器 二 階 傳 感 器 微分方程 傳遞函數(shù) 頻率特性 幅頻特性 相頻特性 動態(tài)誤差,主要計(jì)算公式,Chapter2,被測量 應(yīng)變（） 電阻變化（R） 電壓(U) 1掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理（電阻-應(yīng)變效應(yīng)，K=(R/R)/）及特性： 2掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其應(yīng)用；,Chapter2,3掌握電阻應(yīng)變式傳感器測量線路（直流惠斯通電橋）的結(jié)構(gòu)形式（特別是差動結(jié)構(gòu)）及特點(diǎn)

3、，一般情況下，電橋輸出電壓為 4掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法； 彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片 電阻應(yīng)變式傳感器； 彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系：=/E； 彈性敏感元件的泊松比：d/d=l/l=。 5了解電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)和基本特性（自學(xué)）。,Chapter3,被測量 L，M 電磁感應(yīng) 自感式傳感器（電感式傳感器） 電感式傳感器 差動變壓器 互感式傳感器 電渦流式傳感器,Chapter3,1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性： 變氣隙型電感式傳感器 螺管式電感傳感器 電感量 靈敏度 非線性 誤差 差動結(jié)構(gòu)：靈敏度加倍；非線性誤差減小。,Chapter3,2.掌握電感式傳感器的電

4、橋測量電路的輸出特性： 交流電橋輸出： 差動電阻平衡臂電橋： 或 差動變壓器電橋： 或,Chapter3,3掌握差動變壓器組成結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差 動整流電路和相敏檢波電路的工作原理， 輸出信號： 4掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其 基本特性； 5掌握各類電感式傳感器的典型應(yīng)用（位移型傳感器）。,Chapter4,被測量 （d，S，） C U(I,f) 1掌握不同類型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途，并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)電容式傳感器： 平行板電容器電容量： 柱式電容器電容量：,Chapter4,空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器： 靈敏度： 非線性誤差： 具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳

5、感器： 線位移變面積式電容傳感器：,Chapter4,角位移變面積式電容傳感器： 變介電常數(shù)式電容傳感器： (線性) 2分析各種電容式傳感器測量電路特點(diǎn)：交流不平衡電橋，二極管檢波電路，差動脈沖寬度調(diào)制電路，運(yùn)算法測量電路等； 3了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法； 4明確電容式差壓變送器結(jié)構(gòu)原理，掌握分析計(jì)算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。,Chapter5,力(F ) 電荷(Q) 1掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF)； 2掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機(jī)理及其壓電特性； 3掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca=S/h，或電荷源Q= dijF、電壓

6、源Ua=Q/Ca）及測量電路的特點(diǎn);分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：,Chapter5,電壓前置放大器 傳感器的電壓靈敏度： 輸入電壓Ui與作用力之間的相位差: 理想情況：幅值比 電壓靈敏度,Chapter5,測量電路的時間常數(shù)： ，n=1/， 幅值比， 相位差； 低頻響應(yīng)動態(tài)誤差： 電荷前置放大器 輸出電壓： 與之間的相位差：,Chapter5,4學(xué)會分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性及其應(yīng)用頻率范圍的確定方法。 加速度計(jì)微分方程： 靈敏度與頻率關(guān)系：,Chapter6,被測量 電動勢 1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)（恒定磁通式和變磁通式） 及其工作原理（電磁感應(yīng)原理 e= N d

7、/dt）； 2掌握磁電式傳感器的設(shè)計(jì)方法和典型應(yīng)用（速度型傳 感器）； 3掌握磁電式振動傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分 析。,Chapter7,溫度 電信號（電阻、電壓 、電流等） 1.掌握金屬熱電阻的測溫原理（電阻溫度效應(yīng)），明確 鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測溫范圍、百度電阻比 （W(100)R100 / R0 ）、分度號（Pt100、Pt50和Cu100、 Cu50）和分度表； 2.了解熱敏電阻的三種基本類型和NTC熱敏電阻的基本特 性； 3.掌握PN結(jié)型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫 度傳感器）的測溫原理及特性；,Chapter7,4.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電效應(yīng)，明確熱電偶

8、的熱電勢 由接觸電勢和溫差電勢兩部分構(gòu)成； 5.掌握熱電偶的測溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法； 6.了解熱電偶的基本定律及其分度號和分度表； 7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測量和控制中的基本應(yīng) 用方法和電路特點(diǎn)。,Chapter8,光 電信號 1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成； 2.熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng)，即外光電效應(yīng)（h=mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)）； 3.掌握主要光電元件（光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等）的結(jié)構(gòu)和主要特性(特別是光譜特性、光電特性）； 4.理解發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機(jī)理：電子空穴

9、復(fù)活，所釋放出的光子能量h，即為PN結(jié)禁帶寬度Eg，所以Eg=h=hc/，從而，=hc/Eg，禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色；明確LED的伏安特性和光譜特性；,Chapter8,5.熟悉光電傳感器的四種基本類型和主要應(yīng)用； 6.熟悉光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理（全反射原理）； 7.掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)類型，明確光纖在傳感器中的作用； 8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場合的應(yīng)用方法； 9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應(yīng)用； 10.了解電荷耦合器件（CCD）的圖像感光原理及圖像信號的轉(zhuǎn)移原理。,Capter9,磁場 電信號 1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工

10、作原理， KH=RH/d=1/ned； 2.熟悉霍爾傳感器的應(yīng)用方法； 3.了解磁敏電阻的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用方法； 4.了解磁敏二極管、三極管的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用方法。,Capter10,被測量 數(shù)字、頻率 1掌握光柵傳感器結(jié)構(gòu)（照明系統(tǒng)、光柵副、光電元 件）及莫爾條紋的形成機(jī)理和特性； 2.掌握測量光柵傳感器位移的辨向原理及提高測量精度 的細(xì)分技術(shù)； 3.了解感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)原理及其信號處理方法； 4.掌握碼盤式角數(shù)字編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理； 5.掌握幾種主要的頻率式數(shù)字傳感器（振筒式、振膜 式、振弦式傳感器等）的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及頻率信號的檢測方 法和應(yīng)用。,Capter11,氣體成分、濃度 電信號 1

11、了解熱導(dǎo)式、熱線式、熱敏電阻式氣體傳感器的測量 原理和基本檢測電路； 2掌握接觸燃燒式氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器的結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)，并會設(shè)計(jì)簡單的氣體報警器； 3紅外氣體傳感器和濕式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和檢測原 理。,Capter12,濕度 電阻、電容等 1.明確濕度的定義及其表示方法： 絕對濕度V=mV/V (mg/m3)； 相對濕度=(V/W)T100%RH 2熟悉濕度傳感器的類型（水分子親和力型和非水分子 親和力型）及濕敏元件的主要特性參數(shù)； 3掌握電解質(zhì)濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器、高 分子材料濕度傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、感濕原理及其感濕特 性。 4.了解非水分子親和力型濕度傳感器的測濕原理和特 點(diǎn)； 5.熟悉濕度傳感器的應(yīng)用方法及其濕度控制電路的設(shè) 計(jì)。,Capter13 （自學(xué)）,1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳輸特性，熟悉超聲波傳感器 的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；