汽车传感器与测试技术-测量误差与数据处理
课件 (一)
随着汽车技术的发展，汽车传感器和测试技术显得越来越重要。汽车传感器是一种装置，它可以检测汽车各种参数的变化，并将其转换成信号，使汽车的各个组件能够更好的运行。同时，汽车测试技术则是检测这些传感器的准确性和可靠性的必要工具。因此，学习测量误差和数据处理对于有效地开展汽车维修和测试工作至关重要。
一、测量误差
汽车传感器是检测车辆各种参数的重要工具。然而，传感器的准确性和性能受到许多因素的影响，例如温度、湿度、震动和噪声。在测试过程中，应该注意这些因素并进行正确操作。此外，对于传感器进行合适的标定和校准也非常重要。标定和校准可以帮助确定传感器的准确性，并提高测试结果的可靠性。
二、数据处理
在进行测试和测量后，必须对获得的数据进行处理。因为数据有可能包含一些异常值或噪声，因此在数据处理时必须进行正确的处理，以消除不良的影响。数据处理还包括数据的分析和解释。例如，使用统计方法可以确定标准偏差和方差，以帮助预测传感器的长期性能。
三、仪器校准和控制
在测试和测量过程中，还需要精确的仪器校准和控制。校准和控制确保测试和测量结果的准确性和可靠性。这些步骤包括选择合适的仪器
和标准和执行适当的操作。
总之，汽车传感器和测试技术是保持汽车运行良好状态的关键因素之一。因此，学习测量误差和数据处理的知识对于有效地开展汽车维修
和测试工作至关重要。此外，完成正确的仪器校准和控制也必不可少。我们应该通过认真的学习和实践，掌握这些技能，以提高我们的工作
效率和质量。
第十三章试验设计与试验研究 在汽车研发过程中会大量遇到没有现成试验标准可依的试验，如新开发的系统、新发明的机构及新增的功能等方面的试验。欲完成这类试验，我们需按照试验工程的原则，按照科学方法，确定试验内容，制定试验规范，理定试验程序和方法，这就是试验设计。此外，汽车制造企业欲在激烈的竞争中立于不败之地，需不断地推出新车型。新车型的不断推出，事实上就是汽车产品性能不断提升、功能不断拓展的过程。要想做到这一点，往往需要进行大量的试验，若所有的试验都按照已有的标准来进行，很可能难以达到预期的目标，为此需要对汽车试验技术自身展开研究。 第一节试验设计的一般程序与要求 所谓试验设计，是指按照科研的实际需要，对整个试验过程作出一个全面而系统的规划，其内容包括试验目的、试验条件、试验内容、试验场地与仪器、试验方法和试验数据的处理与分析等。 一、试验设计的一般程序 1、全面深入地了解被试对象 全面深入了解被试对象是进行试验设计的前提。若对被试对象的结构、材料、功能、用途和作用缺少一个全面的认识，显然就不可能知道该做些什么试验。 全面深入了解被试对象最直接且最有效的方法是从被试对象的设计研究者那里获取相关的信息，或邀请设计研究者参与试验设计工作。若无法做到这一点，则试验设计人员应深入研究、分析被试对象的全部技术资料 2、充分了解试验要求 充分了解试验要求是科学合理设计试验的基础。试验要求通常包括两个层面，其一是试验精度要求；其二是通过试验获取必要的有用信息。 对于任何一项试验，所要求的试验精度的不同，需用的试验仪器、试验方法、试验周期和试验费用将存在很大的差异。试验精度要求越高，所需的试验仪器系统会越复杂，试验周期会越长，试验费用亦会越高。汽车试验是一项纯消耗性的工作，因此无论什么类型的试验都需遵循这样的一个原则，即：在满足试验精度要求的前提下，尽可能降低试验费用。 通过试验获取必要的有用信息，是指应避免做一些无用的试验。如某一新机构的开发，显然离不开试验的支持，但任何一种新机构的开发都需经历一个复杂的过程，即第一步是实现功能；第二步是完善其性能；第三步是探寻最经济的制造方法；第四步是产品正式投产的稳定性研究等。不同的阶段需要安排不同的试验。如在产品开发的第一阶段仅安排功能试验；第二阶段主要是安排性能试验；第三阶段主要是安排工艺性试验；在产品开发的最后阶段，则需对产品进行全方位的试验考核。 3、研究相关的试验标准及试验规范 尽管我们所要进行的试验没有现成的试验标准或试验规范，但相近的产品或相近的研究可能已有了相关的试验标准或试验规范，其中或许绝大多数内容与本试验无关，但相近产品或相近研究的已有实验标准或试验规范的思想和内容一定会有可借鉴的部分。 广泛研究相关试验标准或试验规范起码可以做到少走弯路、缩短试验设计的周期。 值得注意的是，参照相关试验标准及试验规范并不等于简单的照抄照搬。试验设计是一项创造性的工作，一定要充分反映本试验的特点。 4、充分了解已有的试验条件 充分利用已有的试验条件和试验设备，尽可能少地采用本单位没有的仪器设备，力争避免采用待开发的设备，是试验设计过程中应遵循的一项重要原则。因为购买新仪器需要时间，
第一章绪论 1课程简介 【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】 设计1： 带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例， 提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？ 首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。 然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。它的大脑就做出反应：此处有雷。 引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。（接课程内容） 提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。 1.1课程内容 也就是说，我们这门课当中的主要内容： 1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。 2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。 3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
图1.3 课程内容及学时安排 我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一 起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
传感器与测试技术 第1章绪论 1.传感器由敏感元件、转换元件和转换电路（信号调理电路）组成。 2.传感器的静态特性有非线性度、灵敏度、迟滞（回程误差）和重复性等。 第二章信号分析与处理 1.按信号能量是否有限，可分为能量信号和功率信号。 2.能量信号的平均功率为零。 3.功率信号的平均功率有限。 4.周期信号中，比较傅里叶级数的两种展开式可知： （1）复指数函数形式的频谱为双边谱，三角函数形式的频谱为单边谱； （2）|Cn|=An/2； （3）双边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。 5.非周期信号中，可知： （1）非周期信号的幅频谱|X（f)|是连续谱，周期信号的幅频谱|Cn|是离散谱； （2）二者量纲不同，前者是频谱密度函数，后者是信号幅值。 6.关于奇偶虚实性的三个结论: (1)傅里叶变换不改变奇偶性； (2)偶函数变换不改变虚实性； (3)奇函数变换改变虚实性。
7.香农定理：为了避免频率混叠，以便采样后仍能准确地恢复原信号， 要求fs >2m f 。其中fs 为采样频率，m f 为最高频率。 第三章 测量误差与数据处理 1.引用误差——表征仪器仪表测量精度。 2.误差的分类：系统误差、随机误差和粗大误差。 3.算术平均值是反映随机误差的分布中心，而标准差则反映随机误差 的分布范围。 4.测量结果的最可信赖值应在残差平方和为最小的条件下求出，这就 是最小二乘法原理。 5.P58页的表3-1. (1)k=1时，置信概率为0.6826. (2)k=2时，置信概率为0.9544. (3)k=3时，置信概率为0.9973. 第四章 测试系统的特性分析 1.测试系统的静态特性 （1）非线性度：标定曲线偏离其拟合直线的程度。其中最常用的方 法是最小二乘直线。 （2）灵敏度：测试系统在静态测量时被测量的单位变化量引起的输 出变化量。线性测试系统的灵敏度S 为常数，静态特性曲线的斜率越 大，其灵敏度越高。装置的灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响， 即装置的稳定性越差。 （3）迟滞（回程误差或滞后）：反映在测试过程中输入量在正行程
传感器与自动检测技术吴旗 绪论： 在现代工业生产中，为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象，使它们处于所选工况的最佳状态，就必须掌握描述它们特性的各种参数，这就首先要测量这些参数的大小、方向和变化速度等。 所谓检测，就是人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量获取定性或定量信息的认识过程。 这些仪器和设备的核心部件就是传感器。 传感器是感知被测量(多为非电量)，并将其转化为电量的一种器件或装臵。 检测包含检查与测量两个方面，检查往往是获取定性信息，而测量则是获取定量信息。 一、自动检测技术在国民经济中的地位 中国有句古话“工欲善其事，必先利其器。”用这句话来说明自动检测技术在现代科学技术中的重要性是很恰当的，所谓“事”，就是指发展现代科学技术的伟大事业，而“器”则是指利用自动检测技术而制造的仪器、仪表和工具等。 所以说自动检测技术是科学实践和生产实践的必要手段，它的水平高低也是科学技术现代化的重要标志，它在发展国民经济中的作用也就不言而喻了。
近年来，随着家电工业的兴起，自动检测技术已进入人们的日常生活。 例如：电冰箱中的温度传感器、监视煤气溢出的气敏传感器、防止火灾的烟雾传感器、防盗用的光电传感器，等等。 在机械制造工业中，通过对机床的加工精度、切削速度、床身振动等许多静态、动态参数进行在线测量，可控制加工质量。 在化工、电力等行业中，如果不随时对生产王艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测，生产过程就无法控制，甚至产生危险。 在交通领域，一辆现代化汽车所用的传感器多达数十种，用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量和温度等。 在国防科研中检测技术用得更多，许多尖端的检测技术都是因国防工业需要而发展起来的。例如：研究飞机的强度，就要在机身、机翼上贴几百片应变片，并进行动态特性的测试。 有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之为“电脑”，而把传感器比喻为人的感觉器官的延续，称之为“电五官”(视、听、昧、嗅、触)。 没有“电五宫”就不能实现自动化，没有自动检测技术就不能有自动保护、自动报警和自动诊断系统，就不能实现自动计量和自动管理。 特别是传感器与微机结合起来，一些带微处理器的新型“智能化”仪器不断涌现，对生产过程进行自动控制，从而大大提高了劳动生产率，提高了产品质量，减轻了劳动强度和改善了劳动条件。
第一章传感器与检测技术基础 1 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换器件两部分组成。 2 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值，可表示为：s= dy/dx 或者 s=Δy/Δx 3 如果检测系统由多个环节组成，各环节的灵敏度分别为S1，S2，S3，而且各环节以串联方式相连接，则整个系统的灵敏度为：s=S1*S2*S3 4 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。 5 线性度是用实测的检测系统输入/输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，E f=Δm/Y FS *100% 6 传感器的迟滞：迟滞特性表明检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入/输出特性曲线不一致的程度。迟滞的可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。 7 传感器的重复性：重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度，也叫稳定性。 8 一个完整的检测系统或装置通常由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转化、显示和处理等功能。 9 传感器按输出量的性质分为：参量型传感器、发电型传感器。 10 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于传输的电压或电流信号。 11 测量无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位，否则，测量结果就毫无意义。 12 绝对误差是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ=x-x0 13 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值x0的比值，即r= δ/x0 *100% 14 引用误差是绝对误差δ与仪表量程上的比值。r0=δ/L *100% 15 最大引用误差r0M是测量仪表整个量程中可能出现的绝对误差最大值δm代替，即 r om=δm/L *100% 16 常用的精度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级。精密度和精确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.0%。 17 系统误差：在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化，这种误差称为系统误差。 18 随机误差：在相同的条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。 19 系统误差的消除方法：交换法、抵消法、代替法、对称测量法、补偿法 20 电桥电路：电流输出型、电压输出型 21 电压输出型：单臂工作状态、 22 课后习题：4、5、6 第二章电阻式传感器 1 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也会发生相应的变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 2 热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。铂热电阻的测量精度是最高的。 3 热电阻的应用：热电阻温度计、热电阻式流量计。 4 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。 5 根据应变片的材质，可以分为金属和半导体应变片两大类。金属应变片：丝式应变片，它的结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不
实验一位移传感器性能实验 一、实验目的： 1、、了解电涡流传感器原理； 2、掌握电涡流传感器的应用方法； 二、基本原理： 电涡流传感器的基本原理 通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三、需用器件与单元： 电涡流传感器、电涡流传感器实验模块、测微头、直流电源、数显单元（主控台电压表）、测微头、铁圆片。 四、实验步骤： 测微头的组成与使用测微头组成和读数如图8-2测微头读数图 图8-2 测位头组成与读数 测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。 测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(0.5ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(0.01ｍｍ／格)。 用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，
测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米，这也叫测微头的分度值。 测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图8-2甲读数为3.678ｍｍ，不是 3.178ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图6-2乙已过零则读2.514ｍｍ；如图8-2丙未过零，则不应读为2ｍｍ，读数应为1.980ｍｍ。 测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转动微分筒到10ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。 电涡流传感器测位移 1）电涡流传感器和测微头的安装、使用参阅图8-5。按图8-6示意图接线。 2）观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。 3）将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。 4）在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。 5）将实验模块输出端V o 与数显单元输入端V i 相接。数显表量程切换开关选 择电压20V档。 6）用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中，同时主控台的“地”与实验模块的“地”相连。
１．传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。所以传感器又被称为敏感元件、检测器件、转换器件等。 ２．传感器的基本功能是检测信号和进行信号的转换。 ３．传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 ４．传感器的基本特征主要分为静态特性和动态特性。静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。动态性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域单位阶跃响应性能指标。５．检测就是对系统中各被测对象的信息进行提取、转换以及处理，即利用各种物理效应，将物质世界的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程一个完整的检测控制系统通常由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置和电源等几个部分组成。６．传感器按其定义一般由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量。敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分。转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分。７．动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。性能指标有时域单位阶跃响应和频域频率特性。 测量就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而获得被测量大小过程。有直接测量间接测量组合测量。 ８．计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。 ９．测试是具有试验性质的测量，即测量和试验的结合。 １０．检测就是对系统中各被测对象的信息进行提取，转换以及处理 １１．检测技术就是以研究检测与控制系统中信息的提取、转换以及处理的理论和技术为主要内容的一门应用科技技术。 １２．检测原理的分类：a物理原理b化学原理c光学原理d生物原理。 １３．检测方法分类：①是否直接测定被测量的原则分为直接测量法和间接测量法。②是否接触分接触式测量和非接触式测量③是否随时间变化分静态测量和动态测量。 １４．按测量性质分时域测量、频域测量、数据测量和随机测量。 １５．检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。 １６．真值，是指在一定的时间及空间条件下，被测量所体现的真实数值。 理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定的理论，按定义确定的数值。１７．约定真值：指用约定的办法确定的最高基准值，就给定的目的而言的它被认为充分接近于真值，因而可以代替真值来使用。 １８．相对真值也称实际值，是指将测量仪表按精度不同分为若干等级，高等级的仪表测量的值。 １９．测量结果与被测量真值之差称为测量误差。有绝对误差、相对误差、引用误差。 ２０．测量误差的来源：方法误差、理论误差、测量装置误差、换进误差、人身误差。 ２１．约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，可以代替真值来使用。 ２２．误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差。 ２３．减少系统误差的方法：①消除系统误差产生的根源②引入更正值法③采用特殊测量方法消除系统误差：㈠直接比较法㈡替代法㈢交换法㈣微差法㈤等时距对称观测法㈥半周期观察法。 ２４．随机误差的估算：①标准差②单次测量值的标准差估计③算术平均值的标准差传递④间接测量的标准差的传递
传感器与测试技术课程设计 课程名称：荷重传感器及电子称 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：陈径 学号： 13043113 完成日期： 2016.1.3
随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。 如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。 二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。 图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了A/D转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。
《传感器与测试技术》平时作业（1） 1．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。 答：测试系统地组成框图如下。 传感器将被测系统或测试过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号，通常将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。 信号转换部分是对传感器所送来的信号进行加工，如将电阻抗变为电压或电流、对信号进行放大等。 显示和记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 2．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？ 答：对传感器的一般要求： 1）灵敏度高，线性度好； 2）输出信号信躁比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声； 3）滞后、漂移小； 4）特性的复显性好，具有互换性； 5）动态性能好； 6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。 3．传感器的动态特性的评价指标有哪些？ 答：动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性的评价指标有： 1）时间常数τ 2）上升时间t r 3）稳定时间（或响应时间）t w
4）超调量σ 4．提高传感器性能的方法有哪些？ 答：提高传感器性能的方法 1）非线性校正 2）温度补偿 3）零位法、微差法 4）闭环技术 5）平均技术 6）差动技术 7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施 5．简述应变式电阻传感器的工作原理。 答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象就是电阻丝的应变效应。 设有一段长为，截面为，电阻率为的金属丝，则它的电阻为 （3-1） 当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其、、均发生变化，如图3-1所示，如 取金属丝是半径为的圆形截面，那么
第一批次作业 一、填空题： 1. 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。 2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 3. 光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电 效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电 效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表、光敏二极管及光敏三极管。 4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。 5. 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的_转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 6. 在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M的大小与绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通成正比，与磁回路中_ 磁阻成反比。 7. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为绝对误差、_相对误差和_引用误差_三类，其中_绝对误差可以通过对多次测量结果求_平均__ 的方法来减小它对测量结果的影响。 8. 光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管及光电倍增管_ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下_材料的电阻率发生改变的_现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下产生光势垒现象，即_光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管传感器属于这一类。 9. 偏差式测量是指_在测量过程中,用仪器表指针的位移(即偏差)来表示被测量的测量方法；零位测量是指测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量方法； 10.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器 的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为X max，其总电阻为R max，它的滑臂间的阻 值可以用R x= 来计算。假定加在电位器A、B 之间的电压为U max，则输出电压为U x=。其电阻灵敏度R I= 。电压灵敏度R U=。 11.测量过程中存在着测量误差。绝对误差是指测量值与真实值之差，其表达式为△=X—L；相对误差是指测量所造成的绝对误差与被测量〔约定〕真值之比，其表达式为δ=△/Lx100%；引用误差是指测量的绝对误差与仪表的满量程值之比其表达式为γ=△/测量范围的上限x100% 。 12.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角
《传感器与测试技术》 课 程 设 计 报 告 姓名： 学号： 专业：
系统组成框图 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示： 系统工作原理 转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。 霍尔传感器 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速
传感器选用SiKO 的NJK-8002D 的霍尔传感器,其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 转速测量原理 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、b、d。若在垂直于薄片平面（沿厚度d）方向施加外磁场B，在沿l方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：f=qVB 式中：f—洛仑磁力，q—载流子电荷，V—载流子运动速度，B—磁感应强度。这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差HU称为霍尔电压。 霍尔电压大小为： 式中：RH—霍尔常数，d—元件厚度，B—磁感应强度，I—控制电流
传感器与测试技术 一、判断题 1、传感器是与人感觉器官相对应的原件。B 错误 2、敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。A 正确 3、信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理。A 正确 4、传感元件把各种被测非电量转换为R,L,C的变化后，必须进一步转换为电流或电压的变化，才能进行处理，记录和显示。A 正确 5、弹性敏感元件在传感器技术中有极重要的地位。A 正确 6、敏感元件加工新技术有薄膜技术和真空镀膜技术。B 错误 2、传感器动态特性可用瞬态响应法和频率相应法分析。A 正确 4、传感器的输出--输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为该传感器的“非线性误差”。A 正确 5、选择传感器时，相对灵敏度必须大于零。B 错误 6、用一阶系统描述的传感器，其动态响应特征的优劣也主要取决于时间常数τ，τ越大越好。B 错误 7、一阶装置动态特性的主要参数是时间常数，一般希望它越大越好。B 错误 8、LTI系统的灵敏度是时间的线性函数。B 错误 9、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统并联而成的。B 错误 10、无论何种传感器，若要提高灵敏度，必然会增加非线性误差。B 错误 11、幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。B 错误 12、传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。B 错误 13、非线性误差的大小是以一拟合直线作为基准直线计算出来的，基准直线不同，所得出的线性度就不一样。A 正确 14、外差检测的优点是对光强波动和低频噪声不敏感。A 正确 15、传感器在稳态信号作用下，输入和输出的对应关系称为静态特性；在动态的信号作用下，输入和输出的关系称为动态特性。A 正确 16、传感器动态特性的传递函数中，两个各有G1(s）和G2(s)传递函数的系统串联后，如果他们的阻抗匹配合适，相互之间仍会影响彼此的工作状态。B 错误 17、对比波长大得多的长度变化，物理扰动P随时间变化的速率与振荡频率f成正比。A 正确 18、灵敏度是描述传感器的输出量（一般为非电学量）对输入量（一般为电学量）敏感程度的特性参数 B 错误 19、传递函数表示系统本身的传输、转换特性，与激励及系统的初始状态无关。A 正确 20、应变计的灵敏度k恒大金属线材的灵敏度系数ko。A 正确 21、对应变式传感器来说，敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越大。A 正确 22、零值法的优点是，测量精度主要取决于读数桥的精度，而不受电桥供电电压波动以及放大器放大系数波动等的影响，因此测量精度较高。但由于需要进行手调平衡，故一般用于静态测量。A 正确 23、传感器的灵敏度是指输出量与相应的被测量（输入量）之比。B 错误 24、金属材料灵敏度比半导体大50～100倍。B 错误 25、一个复杂的高阶系统可以看成是由若干个一阶和二阶系统串联而成的。B 错误 26、传感器的灵敏度定义为传感器输入量变化值与相对应的输出量变化值之比。B 错误
绪论 实际上传感器对我们来说并不陌生，在生活和生产中都可以看到它们的身影，如声光控节能开关中的光敏电阻、驻极体话筒和电视机遥控系统的红外接收器件等都是传感器。 传感器实际上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号，然后再利用后续装置或电路对此电信号进行处理。 传感器的应用（传感器的使用过程就形成了检测技术） 国防军事(雷达探测系统、水声目标定位系统和红外制导系统等)、环境保护(空气质量的监控)、医学诊断(各种生化指标、影像资料的获取)、刑事侦查(声音、指纹识别)和交通管理(车流量统计、车速监测、车牌识别)等 在电力工业中，检测发电机组各转动部分的轴承温度及转子的动平衡情况，测量和控制汽轮机进汽流量、速度、压力和温度，可调节发电机组的功率和频率等，保证供电质量。同时对锅炉液位、粉煤仓物位以及锅炉温度进行自动检测与控制，实现自动加煤添水，保证安全生产。 在工业生产自动化过程中。。。。。。 在机械制造业中。。。。。。 冶金部门对液态金属温度的测量。。。。。。 在航空航天技术中，传感器用得早且多。。。。。。美国阿波罗10号宇宙飞船使用大量传感器对3 295个参数进行监测。其中，温度传感器559个，压力传感器140个，信号传感器501个，遥控传感器142个，专家说“整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体”。我国“神州”号宇宙飞船，仅信息产业部第49所就提供了400余套2 000余支传感器，对飞船中各种参数进行检测与控制。 造纸、纺织和烟草等轻工部门也离不开传感器。。。。。。 在交通运输部门。。。。。。汽车工业也要用30多种传感器检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量和温度等参数。 在军事方面，现代战争是科技战争，也就是传感器战争。从20世纪初的探测地雷，到现代的阻击导弹，从20世纪末的海湾战争，到21世纪初的美伊之战，打的都是传感器技术。为寻找伊拉克所谓的大型杀伤性武器，联合国的武器检查组使用传感器搜查了伊拉克的每个角落，甚至隐藏于地下近百米深的军事设施也不能幸免。 在医疗卫生方面。。。。。。现在还有一种非常小的传感器，用注射器注入人体血管内，用来检测血管壁厚度、血压、血稠、血栓、动脉硬化以及心脏内部结构情况等。 在安全防卫和环境保护方面。。。。。。 海洋工程需要许多传感器。要开发利用海洋，必须首先认识海洋。因此，对海底重力场、磁场
传感器与检测技术简述 传感器是种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感 受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。 可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。 相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 1、检测技术 检测技术是将多种学科，多种技术融为一体并综合运用的复合技术，广泛应用于许多重要领域。在时代与科技高速发展的今天，方方面面都需要检测，甚至细微到我们呼吸的空气都需要检测，所以检测技术必然值得我们花费更多的时间和精力去研究及发展。其中用传感器的检测技术便是重要的一项。 2、传感器检测技术的分类 传感器可以检测很多我们想知道的量，下面将围绕传感器测距离，传感器测压力，传感器测温度来展开进行介绍。 2.1传感器检测距离 距离传感器是利用测时间来实现测距离的原理，以检测物体的距离的一种传感器。目前测量距离的传感器有超声波测距传感
器、激光测距传感器、红外线测距传感器、24GHZ雷达传感器。 超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段。 激光测距是以激光器作为光源进行测距。根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。 红外测距传感是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪 系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动 进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布 图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各 类系统中的两个或者多个的组合。按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。 24GHZ雷达传感器。它能通过发射与接收频率为24.125GHz 左右的微波来感应物体的存在，运动速度，静止距离，物体所处角度等，采用平面微带天线技术，具有体积小. 集成化程度高. 感应灵敏等特点。24GHz雷达传感器是一种可以将微波回波信号转换为一种电信号的装换装置，是雷达测速仪，水位计，汽车 ACC ffi助巡航系统，自动门感应器等的核心芯片。 2.2传感器检测压力 压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多
汽车检测技术标准 第一章概述 1、汽车检测（vechicle inspection）：1、汽车不解体 2、利用汽车检测设备和计算机技术 3、 对汽车性能进行快速、准确、定量的检测4确定汽车技术状况或工作能力的检查和测量 5、汽车继续运行或进厂维护或修理提供可靠的依据 2、汽车检测的目的：1、预防故障。2、建立科学的汽车维修体系。 3、汽车检测的分类：1、汽车安全环保检测（年检，安全性、环保性）。2、汽车综合性能 检测（动力性、燃料经济性、安全性、环保性、可靠性、操纵稳定性）。 4、检测参数：1、工作过程参数（发动机功率、制动力）2、伴随过程参数（振动、噪声、 异响）3、几何尺寸参数（气门间隙、自由行程）。 5、检测参数的选择原则：1、灵敏性：检测参数相对于技术状况参数的变化快慢。2、单值 性：单调性，汽车技术状况参数:初始值终了值ue的范围内，检测参数的变化不应出现极值（即dP/du≠0）3、稳定性：在相同的测试条件下，多次测的统一检测参事的测量值，具有良好的重复性。 6、检测参数标准的类型：国家标准（GB）、行业标准（JT-交通，/T-推荐性）、3、地方标准 （DB）、企业标准（Q/…） 7、检测参数标准的组成：初始值、许用值、极限值。 8、测量：利用测量仪表通过实验和计算方法获取检测参数的量值。 9、汽车检测设备的组成：试验条件模拟装置、取样装置、附加装置、测量系统。 10、测量系统的组成：传感器（把非电物理量转换成电量信号的一种变换器）、信号调 理电路、测量仪表。 11、信号调理电路：传感器输出的信号各种形式的信号处理（如电量转换、阻抗转 换、离屏蔽、小信号放大、温度补偿、滤波和调制等）将其调整为适合后续处理电路（A/D卡）应用的规范信号（0～5V、0～10mA及4～20mA等电信号）。（热电偶）12、智能仪表与虚拟仪表：智能仪表（微处理器与电子仪器相结合的产物）、虚拟仪表 （计算机和电子仪器结合的产物）。区别？ 13、汽车检测线的检车单元布置的4个原则：1、对现场的环境污染最小。2、对检测 精度影响小。3、应考虑每个检车单元的检测等时行。4、空间布置上要合理，不能发生空间上的干涉，占地面积少。 第二章发动机性能检测 1、发动机综合检测仪的组成：信号拾取系统、信号与处理系统、采控显示系统。 2、起动系测试前的连接：蓄电池电压拾取器、起动电流拾取器。 3、充电系测试前的连接：蓄电池电压拾取器、充电电流拾取器、充电电压探针。 4、无外载测功：无外部负荷时，猛踩加速踏板，发动机突然加速所发出的动力除克服各种 阻力外,有效转矩全部用于加速自身各运动部件的运转，即发动机以自身运动部件为负载加速运转。 5、无外载加速时间测功法的原理：在节气门全开时，测量在给定转速范围(n2-n1)内的加速 时间Δt。点火系的点火脉冲一缸信号拾取器夹在一缸高压线上获取发动机的转速信号； 当驾驶员迅速踩下油门，发动机转速迅速升高，计算机自动判断转速并且分别记下转速从n1到n2时的时间t1和t2。计算功率。 6、无外载加速时间测功法用哪些拾取器？一缸信号拾取器。 7、传统点火系统初级点火波形测试用到的传感器：蓄电池电压拾取器、一缸信号拾取器、
传感器与测试技术课程设计 《荷重传感器与电子秤》课程设计 分校（站、点）： 年级、专业：机械制造与其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：2012、6 一，设计简述 随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少
的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。 如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。 二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。
图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了A/D转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。 二，设计过程 1、荷重传感器电子称传感器的选用 荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为金属丝（箔）式、半导体式，它们各有优缺点与使用范围。 大多数电子秤的使用场合是极为普通的室内外的大气层环境，所谓的温度条件是-10C～55C。选用金属箔式应变片传感器作为电子秤的荷重传感器是最广泛的应用。因为金属箔式应变片在这个温度范围内具有精度高、稳定性好、线性、转换电路简单，成本较低等优点。相对半导体应变片尽管也能适用并且也有不少优点，如灵敏度高，体积小，响应速度快等。但是对温度的敏感，以前一直是它的缺陷，虽然目前已经通过激光修