传感技术及传感网 传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。 就目前的现状来看无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们。从80年代起才开始重视和投资传感技术的研究开发或列为重点攻关项目，不少先进的成果仍停留在研究实验阶段，转化率比较低。我国从60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。 为了发展先进制造与振兴机械工业的要求和国内外发展趋势的分析，传感技术攻关的目标是：提高传统传感技术等级、可靠性和可应用性水平，增强竞争力；积极创新系统，开发新产品，缩小差距，支持和促进我国先进制造技术的发展，振兴制造业。主要研究内容：1）传统传感技术与系统的研究开发。侧重应用量大、面广的力／力矩、功率／电流、视觉、声振、光学、振动、触针等工业用及
4.1 应变效应和应变式传感器 何为电阻应变效应？电阻丝阻值公式，由哪些参数决定？ 电阻丝灵敏度系数由哪两部分构成？与电阻丝材质的关系？ 温度如何影响应力传感器的输出电阻？
应力传感器的温度补偿方法有哪些？ 常用的温度补偿方法有三种： 1) 桥路补偿法，它主要是通过贴片和接桥方法消除温度的影响，补偿原理和方法将在后文中详细介绍； 2) 应变片的自补偿，它是从电阻应变片的敏感栅材料及制造工艺上采取措施，使应变片在一定的温度范围内满足的0)(21=++ββα S 关系； 3) 热敏电阻法，利用热敏电阻的特性和选择合适的分流电阻达到温度补偿的目的。 电阻应变式传感器在设计过程中，应该考虑哪些问题？ 1） 结构简单。 2） 有很好的刚性。 3） 结构的整体性。 4） 对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感。 5） 弹性元件有效工作区应有良好的线性。 6） 弹性元件有效工作区应具有最大应变值。 7） 工作区的最佳额定应变值。 8） 弹性元件工作区的工艺性能好。 9） 弹性元件自身具有过载保护能力或便于设置过载保护装置。 10） 安装方便，互换性好。 常用应变式传感器的工作原理。 在测力传感器中有一个弹性元件，利用它可把被测力的变化转换成应变量的变化，由于弹性元件上粘贴有应变片，因此可把应变量的变化转换成应变片电阻的变化。 4.2 电容、电感式传感器 电容式传感器的工作原理。电容的公式，由哪些参数决定？ 电容式传感器是将被测量(如位移、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器实质上就是一个可变参数的电容器。由物理学可知，两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为： A C εδ= 若A 、δ或ε任一参数发生变化，电容C 也随之变化。在交流电路中， 电容C 的变化改变了容抗X C ，从而使输出电流或电压发生变化。 常见电容式传感器的类型及其工作原理。 变极距式：动极板因测量值变化极板间距改变 变面积式：受到外力作用相对面积改变 差动结构的优点有哪些？
《传感器原理与应用》习题训练1 一填空 1.通常传感器由（敏感元件、转换元件、基本转换电路）三部分组成，是能把外界（非电量）转换成（电量）的器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称（应变）效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称（压阻）效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为（横向）效应。 3.螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为（零点残余电压）；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用（相敏检波）电路。 4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称（霍尔）效应，这个电动势称为（霍尔）电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象称（磁阻）效应。 5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为（正压电）效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称（逆压电）效应。 6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称（外光电）效应；入射光强改变物质导电率的现象称（光电导）效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应称（光生伏特）效应。 7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称（电涡流）传感器；这种传感器只能测量（金属）物体。 8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称（热电）效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势（E =0）。9．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）。 10．霍尔元件灵敏度的物理意义是（表示在单位磁感应强度相对于单位控制电流时的霍尔电势的大小）。
基于遗传算法的图像阈值分割方法的研究探地雷达回波信号数据采集系统的设计基于支持向量机软测量的研究 盲信号处理及其应用研究 神经网络在模式识别中的应用研究 计算机绘制曲线的方法途径与及其应用 光纤布喇格光栅温度和应变同时测量系统 光纤加速度传感研究与系统设计 分布式光纤温度传感器系统的设计 等精度频率计的设计 分布式光纤电压测量系统的设计与研究 光纤光栅不均匀受力特性分析 轧机扭振测量无线感应电源的设计 水泥篦冷机熟料温度测量方法的研究 分布式光纤微弯压力传感器的研究 水泥篦冷机料层厚度测量方法研究 超声波水流量计的设计 基于小波理论的图像压缩技术研究 基于信号消噪的语音增强技术的研究 光纤小波滤波器的研究 智能变频空调器的模糊控制技术的研究 高双折射光纤应变测量系统的研究 玻璃钢玻瓦生产线温度控制方法的研究 测试信号分析网络虚拟实验平台设计 数字图像相关法动态位移测量研究及其应用 光孤子通信的仿真研究 光纤自适应偏振模色散补偿系统的研究 基于Sagnac效应的光纤电流传感系统的研究 图像处理中几种算法的研究与应用 倒立摆智能模糊控制系统的研究 基于网络环境的数字信号处理ICAI系统 图像边缘检测在关节镜图像处理中的应用 光纤波长扫描干涉方法在位移测量中的应用 光纤光栅扭转传感器的研究
基于信息熵的振动信号分析技术研究 参数自整定模糊PID控制器的设计 基于FPGA的分布式声表面波应变传感系统 智能模糊控制在全自动洗衣机中的应用研究 ABS系统的应用与设计 光孤子源的研究 取样光栅特性的理论研究 智能化RLC测量仪的设计 基于虚拟仪器的光纤电压传感器的研究 智能测厚仪的设计 光纤光栅横向应变传感器的研究 神经网络控制器设计 光纤光栅特性及其色散特性的应用 神经网络在轧机AGC系统中的应用研究 光纤微位移传感器的研究 基于偏振调制的光纤电压传感器的研究 数据处理在三维图像显示及处理中的应用 基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究 取样光纤布喇格光栅滤波器的设计 热式气体质量流量计的设计 扭转光纤电流传感器的研究 几种基本光学原理的仿真分析 图像处理中各种显示方法的研究与应用 光谱吸收式气体传感器的研究与设计 表面粗糙度的光纤测量仪研究与设计 原油多相流流量测量仪的研究与设计 光学式电流互感传感器的研究与设计 变压器油中微水含量测量仪的设计与研究 光纤亮度与颜色温度测量仪的研究与设计 激光在线测径仪的研究与系统设计 用于高温状态下的涡流式流量传感器及其系统的设计压电传感器即插即用技术的研究 激光三角法测厚系统的设计
光电传感器的应用与研究 学院名称：邵阳学院专业名称：自动化年级班别： 13 姓名：史利东指导教师：罗卲屏 2015年5 月 摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。 关键词：PSD,效应，原理，光电传感器 目录 摘要 (1) 一、绪论 (3) 1.1光电传感器概述 (3) 1.2光电传感器发展 (4) 二、光电传感器的基本原理 (7) 2.1光电效应 (7) 2.2光电原件及特性 (8) 2.3光电传感器 (11) 三、新型的光电传感器 (15) 3.1 CCD传感器 (15) 3.2光纤传感器 (16) 3.3光电位传置感器 (6) 四、其他的光电传感器 (20) 4.1 高速光电二极管 (20) 4.3 光位置传感器 (22)
五、光电传感器的应用 (23) 5.1光电传感器的优点 (23) 5.2光电传感器的具体应用举例 (23) 六、我对光电传感器的看法 (26) 七、结论 (28) 一、绪论 1.1光电传感器概述 （1）定义 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。（2）光电传感器的分类 光电元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、发光二极管（LED）、光电倍增管、光电池、光电耦合器件等。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质，光电式传感器可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器；模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法又可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻挡）三大类。 1．槽开光电开关把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。2．对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。 3．反光板反射式光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。 4．扩散反射式光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。 光纤式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。 （3）光电传感器的作用
现代传感技术复习思考题 1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？ 答：能够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。通常由敏感元件，转换元件和转换电路组成。 2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？ 答：根据传感器的工作机理（包括物理，化学，生物传感器等）；根据传感器的构成原理（结构型，物性型传感器）；根据传感器的能量转换情况（能量控制，能量转换传感器）。 3.举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。 答：结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。 物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。定律、法则大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。 4.电阻传感器（应变式（电位器式）、热电式、光电式）工作原 理、测量电路及应用。 答：基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路而最后显示被测量值的变化。 电位器式（应变式）：工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。测量电路即为桥式电路。主要用于测量压力、高度、加速度、航面角
等各种参数。 热电式：通过温度的变化转换为电压的变化，接入测量电路。主要用于测温装置。 光电式：通过被测量的变化转换为光信号的变化最后转换为电信号的变化。应用：能转换成光量变化的其他非电量。 5.电容传感器、电感传感器工作原理、测量电路及应用。（差动 机构）。 6.压电式传感器工作原理、测量电路及应用。 7.磁电式传感器（霍尔传感器、变磁阻式传感器）工作原理、测 量电路及应用。 8.热电偶工作原理、测量电路及应用。 9.光电传感器工作原理、测量电路及应用。 10.光栅的工作原理、测量电路及应用。 11.传感器与传感技术概念有什么不同？ 答：传感器是获取信息的工具。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。
思考题 1.传感器一般包括哪些部分，各部分的作用是什么？ 答：1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）。 2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。 3、转换电路：将电路参数（如电阻、电容、电感）量转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。 2.从传感器的结构形式来划分，可将传感器按其构成方法分为哪几类？各类型的特点是什么？并画出各类型的结构简图。 答:1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。 1.通用型根据组成可分为：能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型（辅助能源型）、电路参数型和多级变换型。 （1）能量变换基本型 特点：（1）只由敏感元件构成。（2）不需外 加电源，敏感元件就是能量变换元件，能量从被测对象获得，输出能量较弱。（3）利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。（4）对被测对象有负荷效应（因输出逆效应而影响输入）。（5）输出能量不可能大于被测对象的能量。 （2）能量控制基本型特点： （1）也由敏感元件组成，但需外加电源才能将被测非电量转换成电量输出。（2）输出能量可大于被测对象具有的能量。（3）无需变换电路即可有较大的电量输出。 （3）能量变换特殊型（辅助能源型）特点：（1）只由敏感元件构成。（2）能量从被测对象获得，属能量变换型。（3）辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性，或取出信号，或为原理所需要而使用固定磁场。 （4）电路参数型特点：(1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。(2) 转换电路含有该敏感元件。(3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量，属于能量控制型。(4) 输出能量远大于输入能量。(5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。
现代传感技术 1.传感器的现场选型，以及例子说明 需求分析：用于二足机器人的脚底，主要研究行走或受外力干扰时，通过动态平衡控制使行走更趋于稳定，并增强站立时稳定性。二足机器人站立高为320mm，宽为230mm，重量约为1.5kg。 选型：FSR共有四种类型传感器分别为400、402、406、408。他们的区别在于接触面积，和厚度不同。 400有效面积为0.2，层最厚部分为0.012。 402有效面积为0.5，层最厚部分为0.018。 406有效面积为1.5×1.5，层最厚部分为0.018。 408有效面积为24×0.25，层最厚部分为0.135。 由于二足机器人重量较轻，需要在脚底安置多个进行精密测量，我选择的是压力传感器FRS400。 压力感应电阻是弯曲压力传感器的一种，简称FSR，FSR是一种随着有效表面上压力增大而输出阻值减小的高分子薄膜（PVDF薄膜），FSR并不是测压元件或形变测量仪，尽管他们有着相似的性能。而且这类压力感测电阻不适用于精密测量，但是FSR却是一款灵敏度较高的传感器。下图为FRS400的性能曲线 量程：0~10kg 灵敏度：〈100g to 〉10kg 精度：±5% to ±25% 力分辨率：充分利用力的±0.5% 延时时间：1~2ms 温度范围：-30℃ to +70℃ 价格：76/个 根据以上参数，FRS400适用于二足机器人的动态平衡控制，可进行实验。
FSR400的接法： 应用在二足机器人上的主要四个方面： 目的：当机器人运行时，经传感器取值并通过控制器补偿机器人重心稳定位置，分析比较不同控制器的性能差异，让机器人不论在静态、动态都具有抗干扰性，使机器人在姿态及运作效能上得以改善。 硬件架构：该二足机器人是由双足十个自由度、头部一个自由度、伺服机驱动模块、无线模块、超生波传感器、电子罗盘、加速度计以及8颗压力传感器构成。脚底是A/D转换电路及8颗压力传感器组成，大小为6cm×9cm。主要是借由脚底压力传感器的取值并运算出实际重心位置之后，并控制伺服机以达到行走平衡的目的。由于压力传感器输出的是模拟信号，为了使实验板取得压力值、节省空间，故在脚底板设计A/D 转换电路。 下图为传感器位置 软件构架:为了能够方便测试与监控机器人状态，适用VC6.0开发环境，并用MFC构建监视画面。 平衡架构：机器人步行时，平衡重心的便宜分为单脚与双脚两种情况，下图为脚底坐标系统。 ①平衡架构分为：压力传感器初始化、压力传感器取得压力值、压力值滤波、重心误差、平衡控制及伺服机补偿等6个构架。下图为控制流程图
第一讲： 1、传感器是一种将特定的被测信号按照一定的规律转换为可用输出信号的装置，它主要由敏感元件和转换元件组成。 2、基本型现代检测系统一般包括传感器、信号处理、数据采集、计算机、输出显示等五部分。 3、传感器技术发展趋势及重点研究开发主要体现在高精确度、小型化、集成化、多功能化、智能化等方面。 4、检测技术的发展主要体现在①不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性②传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展③重视非接触式检测技术研究④检测系统智能化等方面。 5、一个完整的检测过程包括信息数据采集、信号处理、信号传输、信号记录、信号显示等方面。 6、现代检测系统的基本结构大致可分为智能仪器、个人仪器和自动测试系统等三类。 7、传感器按能量关系可分为能量变换型和能量控制型两类。 8、传感器按输出量可分为模拟式和数字式两类。 9、智能传感器一般具有①自校零、自标定、自矫正②自动补偿③自动采集数据。并对数据进行预处理④自动进行检测、自选量程、自寻故障⑤数据存储、记忆与信息处理功能⑥双向通讯、标准化数字输出或符号输出等功能。 第二讲： 1．仪表的精度等级是指仪表的（） A．绝对误差 B．最大误差C．相对误差D．最大引用误差 2.属于传感器动态特性指标的是( ) A.重复性 B.线性度 C.灵敏度 D.固有频率 3.按照分类，阈值指标属于( ) A.灵敏度 B.静态指标 C.过载能力 D.量程 4.与价格成反比的指标是( ) A.可靠性 B.经济性 C.精度 D.灵敏度 5.属于传感器静态指标的是( ) A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 6. 属于传感器动态特性指标的是( ) A.量程 B.过冲量 C.稳定性 D.线性度 7.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( ) A.线性度越好 B.迟滞越小 C.重复性越好 D.灵敏度越高 8.传感器的灵敏度越高，表示传感器( ) A.线性度越好 B.能感知的输入变化量越小 C.重复性越好 D.迟滞越小 9.传感器的标定是在明确传感器的输入与输出关系的前提下，利用某种( )对传感器进行标定。 A.标准元件 B.正规器件 C.标准器具 D.精度器件 10.传感器的静态指标标定是给传感器输入已知不变的( )，测量其输出。 A.标准电量 B.正规电量 C.标准非电量 D.正规非电量 11.传感器的动态标定是检验传感器的( ) A.静态性能指标 B.频率响应指标 C.动态性能指标 D.相位误差指标
现代检测技术 姓名: 周慧慧 学号: 124056 任课老师: 冯晓明 现代检测技术 一、概述
随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步, 现代化生产的规模越来越大, 管理的形式和方式趋于多样性, 管理也更加科学, 人们对产品的产量和质量的要求也越来越高, 这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测, 从一般的参数量值测量到参数的状态估计, 从确定性测量到模糊的判断等, 已成为当前检测领域中的发展趋势, 正受到越来越广泛的关注, 从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法, 这些技术和方法统称为现代检测技术。 二、传感器的基本原理及检测技术的特点 利用某种转换功能, 将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可直接测量的信号的器件称为传感器。由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传输, 加上计算机只能处理电信号, 因此, 从狭义上说, 传感器又能够定义为可唯一而重视性好的将外界信号转换成电信号的元器件; 从广义上讲, 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置; 简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。因此它由敏感元器件( 感知元件) 和转换器件两部分组成, 有的半导体敏感元器件能够直接输出电信号, 本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多, 就其感知外界信息的原理来讲, 可分为: ①物理类, 基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类, 基于化学反应的原理。③生物类, 基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。一般据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 检测技术的特点能够归纳为: (1)从待测参数的性质看, 现代检测技术主要用于非常见的参数的测量, 对于这些参数的测量当前还没有合适的传感器对应, 难以实现常规意义的”一一对
2010年春季学期研究生课程考试试题 Q1 填空题（共10分，每空1分） a)现代信息技术的三大支柱是传感技术、通讯技术和计算机技术，它们分别构成信息系统 的“( ①感觉器官)”、“神经”和“（大脑②）”。 b)往往一种量值在传感或检测技术上的突破，会带来对另外一种量值的突破。例如，约瑟 夫森效应器件的出现，不仅解决了对于10-13T超弱（磁场③）的检测，同时还解决了对微弱（电压④）量的检测。 c)汽车气囊安全系统的启动，应该依据汽车安装的（压力⑤）和（加速度⑥）等 传感器输出的信号值。 d)传感技术的发展主要体现在以下几个方面，如集成化智能化、无线化（网络⑦）化、 微机械微（电子⑧）化。 e)传感器结构设计采用反馈形式，可以使传感器的延迟时间常数（变小⑨）；采用双 敏感元件差动方式，不仅可以改善传感器的非线性问题，还可以抑制例如（温度⑩）等变量参数的干扰。 Q2 简答题（共10分，每小题2分） a)如果使用霍尔传感器测量小电流，请简述原理或给出测量示意图。 是霍尔元件在聚集磁路中检测到与原边电流成比例关系的磁通量后输出霍尔电压信号，经放大电路放大后输送到仪表显示或计算机采集来直观反映电流的大小。 b)比较说明热电阻和热敏电阻的测温特点。 热电阻是金属材料，热敏电阻是半导体材料。热电阻比热敏电阻测温范围大（如铂热电阻-200~960℃，热敏电阻只有-50~300℃左右）。热电阻线性好，热敏电阻非线性严重,且热敏电阻互换性较差。热电阻比热敏电阻灵敏度低。(因热电阻温度系数较小，＜1%/℃；热敏电阻－2%/℃至－6%/℃)。热电阻都是正温度系数（即阻值随温度的上升而上升），而热敏电阻
电机控制中的传感器技术 一、引言 在电机控制系统中传感器是一个关键的组成部分。目前，它们使用有非常重要意义，位置、速度和方向的旋转运动。最先进的传感器技术的完善具有准确性和可靠性，同时降低成本。许多传感器，现已整合传感器和信号调节电路到一个单一的封装。 在大多数电机控制系统，若干传感器是用来提供反馈信息的运动。这些传感器被用于控制回路，并提高可靠性故障检测条件，电机故障可能会损坏电机。作为一个例子，图1提供了一个框图的直流电动机控制系统的反馈表明该传感器提供了一个典型的电机控制。 电机控制系统中的传感器，可用于反馈信息微控制器名单如下： ?电流传感器 -分流电阻 -电流感应变压器 -霍尔效应电流传感器 图1 ：典型直流电动机方框图。 二、电流传感器 三个最为流行的电流传感器在发动机控制应用是： ?分流电阻 ?霍尔效应传感器 ?电流互感器 分流电阻电流传感器很受欢迎，因为他们提供了一个准确的测量，费用低。
霍尔效应电流传感器被广泛使用，因为他们提供了一个非侵入性的测量，并采用小型IC封装，结合了传感器和信号调节电路。电流互感器也是一个受欢迎的传感器技术，尤其是在高电流或AC线监测应用。综述的优势和缺点每个电流传感器是列于表1 。 图2显示的一个示例的交流电机驱动一个三阶段逆变桥电路。这个例子 结果表明，复合材料目前在所有三个绝缘栅双极型晶体管（ IGBT ）电路腿可衡量一个分流电阻，或者说，目前在每个回合才能确定与三个分流电阻。图2显示的系统，使用分流电阻。不过，霍尔效应和电流互感器也可以被用来提供电流测量。 表1 ：比较电流传感方法 图2 ：交流电动机电流测量
2015年—2016年度第1学期 课程名称：现代检测技术 专业：控制工程 研究生姓名：陈俊亚 学号：2016232011 任课教师姓名：冯晓明
第一部分：现代检测技术的内容 一、概述 随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步，现代化生产的规模越来越大，管理的形式和方式趋于多样性，管理也更加科学，人们对产品的产量和质量的要求也越来越高，这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数量值测量到参数的状态估计，从确定性测量到模糊的判断等，已成为当前检测领域中的发展趋势，正受到越来越广泛的关注，从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法，这些技术和方法统称为现代检测技术。 二、传感器的基本原理及检测技术的特点 利用某种转换功能，将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可直接测量的信号的器件称为传感器。由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传输，加上计算机只能处理电信号，所以，从狭义上说，传感器又可以定义为可唯一而重视性好的将外界信号转换成电信号的元器件；从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为：①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。检测技术的特点可以归纳为： (1)从待测参数的性质看，现代检测技术主要用于非常见的参数的测量，对于这些参数的测量目前还没有合适的传感器对应，难以实现常规意义的“一一对应”的测量；另一种情况是待测参数虽已有传感器，但测量误差比较大，受各种因素的影响比较大，不能满足测量要求。 (2)从应用的领域看，现代检测技术主要用于复杂设备、复杂过程的影响性
《现代检测技术》综述 前言: 随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步，现代化生产的规模越来越大，管理的形式和方式趋于多样性，管理也更加科学，人们对产品的产量和质量的要求也越来越高，这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数的量值测量到参数的状态估计，从确定性的测量到模糊的判断等等，已成为当前检测领域中的发展趋势，正受到越来越广泛的关注，从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法，这些技术和方法统称为现代检测技术。 检测的发展和现代检测技术： 检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量，而工业化的发展则对传统的检测提出了更高的要求，为了保证生产过过程能正常、高效、经济的运行，严格控制生产过程中某些重要的工艺参数（如温度、压力、流量等）进行严格的控制，基于这样的理念现代检测呼之欲出。 1 检测的发展： 检测技术是20世纪六十年代发展起来的一门具有广泛应运价值的交叉学科，发展过程经历了三个阶段。 (1)第一阶段是依靠人工为主。通过专家现场获取设备运行时的感观状态，感知异常的震动、噪声、温度等信息，凭经验确定可能存在何种故障或故障隐患。 (2)第二阶段是信号分析监测与诊断阶段。随着传感器技术、测量技术以及分析技术的发展，状态监测逐步发展为依靠传感器和测量仪器获取设备的工作参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)，通过与正常工作状态下的参数进行对比，确定故障点或故障隐患点。 (3)第三阶段是现代化状态监测与故障诊断阶段。随着信号处理技术、软测量技术、计算机技术和网络技术的发展，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，数据采集工作站采集现场的各种传感器信号，通过计算机网络将数据发送到远程的监测与诊断工作站，利用各种信号处理技术和分析软件对设备状态进行监测。 2 现代检测 2.1现代检测技术 现代测试技术是一门交叉性学科，是自动化、电子信息工程、电气自动化、机电一体化等专业的专业基础课程。 尽管现代检测仪器和检测系统的种类、型号繁多，用途、性能千差万别，但它们的作用都是用于各种物理或化学成分等参量的检测，其组成单元按信号传输的流程来区分：通常由各种传感器（变送器）将非电被测物理或化学成分参量转化成电信号，然后经信号调理、数据采集、信号处理后显示并输出，由以上设备以及系统所需要的交、直流稳压电源盒必要的输入设备便组成了一个完整的检测系统，涉及内容主要包括传感器原理与技术、信号调理、数据采集、信号处理、
思考题 1.传感器与测量系统有什么关系？ 答：传感器属于测量系统的第一级，即测量信息传感级。其主要功能是检测和敏感被测量。 2.什么叫测量？什么叫计量？它们之间有什么异同？ 答：测量是将被测量同已知量相比较，以确定被测量与选定单位的比值。 计量是规范测量的测量。 异同：工作对象不同；测量的直接目的是得到测得值，计量的目的是保证测量的准确； “测量”就是为获取量值信息的活动；“计量”不仅要获取量值信息，而且要实现量值信息的传递或溯源；“测量”可是以孤立的，“计量”则存在于量值传递或溯源的系统中；“测量”作为一类操作，其对象很广泛，“计量”作为一类操作，其对象就是测量仪器。 3.什么叫量值传递和量值溯源？ 答：将国家计量基准所复现的计量单位量量值，通过检定（或其它传递方式）传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致，称为量值传递。通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家计量标准或国际计量标准）联系起来的特性，称为量值溯源性。 4.传感器的误差主要有哪些？产生的原因是什么？ 答：原理性误差，动态误差，环境噪声干扰误差，测量定标误差，接入系统时的负载误差，人员操作误差等。由环境，原理，噪声干扰，人员等造成。 系统误差，随机误差，(也称偶然误差)和粗大误差三类 在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差；在同一条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差；超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差,或称“寄生误差”。（绝对误差，相对误差和引用误差三类标准量具的误差；仪器误差；附件误差；环境误差；方法误差；人员误差） 5.简述传感器线性化的主要方法及其原理。 答： 6.说明差动技术的原理及技术环节。 答：采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。 测量时输入信号同时加到原理相同，性能一致的两个敏感元件上的，但对于输入信号，两个敏感元件的参数变化是成相反方向的；而对于环境变化，两个敏感元件的变化是成相同方向的，通过变换电路，使有用输出量增加，干扰量相减便可以消除环境变动的影响。 7.举例说明误差平均效应的原理。 答：误差平均效应原理是利用n个相同的传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这n 个单元输出的总和。 8.相对于开环测量系统，说明闭环技术的原理和特点。 答：通过输出与输入的比较，其差值去控制系统的输出，来消除输入与输出的偏差进而提高系统的稳定性与精度。 由于各环节之间相互串联，所以系统总的灵敏度为各环节灵敏度之积，系统总的相对误差为各环节相对误差之和。 特点：精度高、稳定性好，动态特性好 9.说明传感器标定与校准的概念及标定的基本方法。 答：利用标准器具对传感器性能进行定度的过程，称为标定。
第一章 1.1测控系统的概念 测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。 测控系统的基本构成 由四个部分构成： 传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术） 信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别） 信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术） 信息控制部分：控制信息（现代控制技术） 1.3测控系统的基本特点 设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。 过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。 高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。 高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。 高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。 测控一体化：测量、控制、管理。 二、测控系统的分类和组成（ppt图10页） 1.检测系统 又称数据采集系统。以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。 2.控制系统 以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。3. 测控系统 以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统 4. 局域分布式测控系统 以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统 5. 广域分布式测控系统 以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统 四、测控技术的发展方向 ◆微型化：向微机电系统方向发展 ◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展 ◆智能化：向人工智能化方向发展 ◆虚拟化：向虚拟现实方向发展 测控系统的网络化 （1）有线测控网络 工业总线、局域网络、广域网 （2）无线测控网络 ADhoc自组织网络、传感网 （3）混合测控网络
传感器与检测技术习题答案 第一章 1.1 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 1.2 答：自动检测系统组成框图如下： 对于传感器，一般要求是： ①准确性：输出信号必须反映其输入量，即被测量的变化。因此，传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系。 ②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。 ④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 1.3 答：功能： 信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别：
信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换 信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等 1.4 答：分类见表1-1(P8) 1.5 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量等。 1.6 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化 第二章 2.1 答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够多的测量比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。 系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当；在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析查出，因此系统误差可以设法确定并消除。 粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起。存在粗大误差的测量值一般容易发现，发现后应当立即剔除。 2.2 答：工业检测仪器（系统）常以最大引用误差作为判断其准确度等级的尺度，仪表准确度习惯上称精度，准确度等级习惯称为精度等级。人为规定，取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号和百分比号后的数字来表
检测与传感技术大作业题 目：调研测量水稻稻田水位高度和水位温度的传感器专 业 电气工程及其自动化学 生昊学 号 16班 号 1302303，130230302 指导教师 罗清华日 期 2016.5.26 位置保 中 资图 纸 ， 编料试卷
1．课题题目及要求 1.1课题题目 试调研测试水稻稻田水位高度和水位温度的传感器，从成本和性能上进行比较 选择，并分析其技术参数，给出应用电路图及工作流程图，注意要给出标定过程的 描述。 (1) 调研；(2) 分析；(3) 选择；(4) 应用及工作流程； 报告要求： 1.给出调研传感器的技术指标，及价格 2.给出你选择的考虑和思路 3.给出实际应用的系统框图及流程图 2．需求及调研分析 2.1需求分析 经了解我们发现目前能找到的集水位、水温测量为一体的传感器只能适合于家用，如太阳能热水器，没有找到能应用于稻田环境的水位水温传感器。所以我们分 别选择适用于稻田环境的水温传感器和水位传感器进行调研。 2.2调研及资料分析 1．水位传感器的选择 经调研我们选择佛山一众传感仪器有限公司生产的PY201投入式液位传感器。 PY201采用进口高精度感应芯体，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的 防潮能力及优异的介质兼容性。使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等 性能有了较大提高，产品最高压力可达500米水位。主要适用于河流、地下水位、 水库、水塔及容器等的液位测量与控制。 2．水温传感器的选择 经调研我们选择济南工达捷能科技发展有限公司生产的西门子浸入式温度传感 器QAE3075.016。 QAE3075.016多头检测技术，在设计时充分考虑了高精度测量的要求，保护套筒可以装上或取下。适用于测量水流温度，限定回水温度。 2.3方案比较与分析
传感器与检测技术知识总结 1:传感器就是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 一、传感器的组成 2:传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件就是直接感受被测物理量,并以确定关系输出另一物理量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出)。②转换元件就是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数(电阻,电感,电容)及电流或电压等电信号。③基本转换电路就是将该电信号转换成便于传输,处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类 (1)内部信息传感器主要检测系统内部的位置,速度,力,力矩,温度以及异常变化。(2)外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态,它有相对应的接触式(触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器)与非接触式(视觉传感器、超声测距、激光测距)。 2、传感器按工作机理 (1)物性型传感器就是利用某种性质随被测参数的变化而 变化的原理制成的(主要有:光电式传感器、压电式传感 器)。 (2)结构型传感器就是利用物理学中场的定律与运动定律 等构成的(主要有①电感式传感器;②电容式传感器;③光栅式传感器)。 3、按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移,温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要就是有利于传感器的设计与应用。 5、按传感器能量源分类 (1)无源型:不需外加电源。而就是将被测量的相关能量转换成电量输出(主要有:压电式、磁电感应式、热电式、光电式)又称能量转化型; (2)有原型:需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型(主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式)。 6、按输出信号的性质分类 (1)开关型(二值型):就是“1”与“0”或开(ON)与关(OFF); (2)模拟型:输出就是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量,其输入/输出可线性,也可非线性; (3)数字型:①计数型:又称脉冲数字型,它可以就是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比;②代码型(又称编码型):输出的信号就是数字代码,各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平,“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要就是指输出与输入之间的关系,有静态特性与动态特性。 2、传感器的静态特性就是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时,传感器的输出与输入之间的关系,叫静态特性,简称静特性。 表征传感器静态特性的指标有线性度,敏感度,重复性等。 3、传感器的动态特性就是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性,简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递,转换信息的形式可分为①接触式环节;②模拟环节;③数字环节。评定其动态特性:正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求就是:1)高精度、低成本。2)高灵敏度。3)工作可靠。4)稳定性好,应长期工作稳定,抗腐蚀性好;5)抗干扰能力强;6)动态性能良好。7)结构简单、小巧,使用维护方便等; 四、传感检测技术的地位与作用 1、地位:传感检测技术就是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术,就是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。 2、作用:能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。应用:计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、加工中心(MC)、计算机辅助制造系统(CAM)。 五、基本特性的评价 1、测量范围:就是指传感器在允许误差限内,其被测量值的范围; 量程:则就是指传感器在测量范围内上限值与下限值之差。 2、过载能力:一般情况下,在不引起传感器的规定性能指标永久改变条件下,传感器允许超过其测量范围的能力。过载能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百分比表示。 3、灵敏度:就是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的变化X之比。 4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力。灵敏度越高越好,因为灵敏度越高,传感器所能感知的变化量越小,即被测量稍有微小变化,传感器就有较大输出。K 值越大,对外界反应越强。 5、反映非线性误差的程度就是线性度。线性度就是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较,用其不一致的最大偏差△Lmax与理论量程输出值Y(=ymax—ymin)的百分比进行计算。 6、稳定性在相同条件,相当长时间内,其输入/输出特性不发生变化的能力,影响传感器稳定性的因素就是时间与环境。 7、温度影响其零漂,零漂就是指还没输入时,输出值随时间变化而变化。长期使用会产生蠕变现象。 8、重复性:就是衡量在同一工作条件下,对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标;(分散范围小,重复性越好)