传感器总结报告

第一篇：传感器总结报告

传感器总结报告

机械0806 0401080623 摘要:传感器是被测量进入测量系统的第一个环节——把被测量转换成容易检测、传输和处理的电信号。其性能直接影响整个测试装置和测试结果的准确性、可靠性。其地位在电子技术和测试技术中举足轻重。

关键词:传感器、特性、应用

A summing-up on sensors

Abstract: sensors are the first link that measured signals enter into measure system——measured signals be converted into electro-signals that is easily tested,transfered and dealt with.Its function directly influences the accuracy, credibility of the whole test device and test result.Its position is prominent in the electronics technique and the test technique.Keywords：sensors、characteristics、application 传感器种类繁多、形式多样：有的是很小的敏感元件，例如应变片、霍尔元件等；有的是一个复杂的系统，如智能型传感器。传感器分类依据不同，分得的结果也各种各样。此报告主要按物理现象分类方式分别介绍常用的结构型传感器、物性型传感器的工作原理、性能特点、转换电路和应用。

结构型传感器

结构型传感器是依靠其结构参数的变化实现信号转换。常见的结构型传感器有：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器。

一、电阻式传感器

电阻式传感器是一种把被测量的变化转换成电阻变化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和电阻应变式传感器两类。

1、变阻器式传感器

▲变阻器式传感器也称为电位器式传感器，是三端电阻器件，基本敏感量是位移。作用于动触头的位移被转换成电阻的变化。转换原理：

R=ρ

lA

式中ρ为电阻率，l为电阻丝长度，A为电阻丝截面积。当电阻丝的材料和直径一定时电阻R和电阻丝长度成线性关系，即R=Kl。这样可以通过电阻的变化推倒出相应的长度变化，进而可知被测量的变化。

▲常用的变阻器式传感器可以测量直线位移、角位移和一些非线性量。其优点是结构简单、使用方便、测量范围大。

变阻器式传感器有两种形式：（1）电阻丝式变阻器

其电阻值是不连续的，一般分辨率不小于20毫米。另外，由于磨损、尘埃等原因将使接触电阻发生不规则变化，产生噪声。动态特性较差，只能测量变化较慢的信号。

（2）导电橡胶变阻器

其优点是阻值连续、精度可达0.1%、动态特性较好，允许测量信号变化较快的信号、结构紧凑、可靠性好、寿命长。

▲应用：适用于自动化设备中的位置、位移的检测。如下图是一个电阻式位移传感器：

2、电阻应变式传感器（半导体应变片见物性型传感器）

▲金属电阻应变片的工作原理

其工作原理基于金属的电阻—应变效应：金属丝的电阻值随着它所受的机械变形而发生相应的变化。

dRR(12E)

式中：μ为电阻丝材料的泊桑比：λ为压阻系数，与材料有关；E为电阻丝材料的弹性模量；ε为应变。

金属电阻材料的λE很小，因此λEε项的变化所引起的电阻变化可以忽略因此可以简化为

dRR(12)

上式说明电阻的相对变化与应变成正比，比例系数（灵敏度）：

S=1+2μ=常数

用于制作应变片的材料的灵敏度K0在1.7到3.6之间。金属应变片的灵敏度S≈K0。

▲电阻应变片的应用和特点

电阻应变片应用范围广泛，分为直接应用和传感器应用。直接应用是将应变片直接粘于被测量件上，可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度等参数，测量范围从10-3到108，精度达到0.05%，且具有相当高的稳定性。

弹性元件是应变式传感器的感受元件，根据测力的大小、性质及传感器准确度等不同要求，弹性元件采用不同的结构形式：柱式弹性元件结构紧凑、简单、承载能力大，主要用于中等载荷的拉压力测量中；环式弹性元件稳定性好、固有频率高，主要用于中小载荷的测力中，可测几十到几百的拉压力；梁式弹性元件结构简单、易于加工、贴片方便、灵敏度较高，主要用于小载荷、高准确度的拉压传感器中，测量范围从0.01到几千牛顿；轮辐式传感器元件外形低矮，可承受大载荷，固有频率很高，常用于重型载荷的电子称中，其灵敏度不高，但抗偏心载荷和抗侧向载荷能力强。

二、电容式传感器

电容式传感器是将被测量物理量转换为电容量变化的装置，其实质是具有可变参数的电容器。

▲电容式传感器原理

甴物理定律可知，当忽略边缘效应时，平行极板组成的电容器的电容量为：

C0A

式中：δ为极板间距离；A为极板介质面积；ε为极板间介质的相对介电常数；ε0为真空中介电常数。上式表明当被测量使ε、A或δ发生变化时，都能引起电容C的变化。

根据可变参数不同，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型。

1、极距变化型电容传感器

▲极距变化型电容式传感器原理

使两极板相互覆盖面积与极间介质不变（常为空气），则电容量C与极距δ成非线性关系。其灵敏度为

SdCd0A2

▲极距变化型电容式传感器特点与应用

其优点是灵敏度高、动态响应快、可进行非接触测量；缺点是输出非线性、电缆电容影响较大、处理电路比较复杂。可以测量位移、压力等物理量。

2、面积变化型和介质变化型电容传感器

面积变化型电容传感器原理是其极距和极间介质固定不变，改变极板相互覆盖的介电面积以改变电容量。可测量角位移、线位移等物理量。其优点是输入输出成线性关系；缺点是灵敏度低。

介质变化型电容传感器原理是使其他量不变，只改变两极板间介质，从而改变电容量。这种传感器可以测量介质的液位或某些材料的厚度、湿度、温度等。

三、电感式传感器

电感式传感器以电磁感应为基础，把被测量转换为电感量变化。常分为可变电磁阻式、电涡流式和差动变压式等类型。

1、可变磁阻式电感传感器 ▲原理：

LW0A022 式中：μ0为空气磁导率；A0为空气隙导磁截面积；δ为空气隙长度；W为线圈匝数；L为自感。此式表明，自感L与气隙长度成反比；与气隙导磁截面积A0成正比 ●变间隙式：

可知：L 与δ成反比，当A0不变的情况下，变化δ，L与δ呈非线性关系。

① L = f(δ)不是线性关系。② 当δ= 0 时，L →∞

③ 如果考虑到磁导体的磁阻，则；当δ= 0 时，L ≠＞∞。

④ 由于传感器结构上总漏磁现象产生，故始终都会有L0 的输出。

⑤ 传感器灵敏度此时为SW0A0222

为避免非线性误差，要求工作间隙△ δ/ δ0≤0.1 ▲特性: 该种传感器只适应与一般约为0.001～1mm 位移量的测量.●变气隙面积A型自感式传感器

LW0A022

S与L成线性关系，两端弯曲部分是磁漏造成的。▲特性：

这种传感器，线性较好，测量范围较宽。甚至可作为非接触传感。●螺旋管式自感式传感器

该传感器是一种可变磁阻式自感式传感器。结构： 螺旋线圈、铁芯、骨架 ▲工作原理

首先它是一种开磁路的，其工作原理是基于线圈磁通泄漏路径中的磁阻变化。这种传感器的电感量与铁芯的位移成一定的关系，但灵敏度较低，对微小位移的测量利用价值不大。

▲特性：

结构简单、易制作、灵敏度低，但可在测量电路方面加以解决。

2、涡流式电感传感器

▲其工作原理是基于金属导体在交流磁场中的涡流效应。其应用是改变参数中某一因素，达到一定的变换目的。例如，当δ改变时，可用于测量位移、振动；当ρ或μ值改变时，可作为材质鉴别和探伤等。▲特性与应用

涡流传感器结构简单、使用方便和不受油污等介质影响。可用于回转轴的振动测量及其误差运动的测试、转速测量、金属材料的厚度测量、零件计数和探伤等。

▲转换电路有分压式调幅和调频电路。下图为分压式调幅电路原理：

3、差动变压器式电感传感器 ▲原理

它是利用电磁感应中的互感现象来进行信号转换。实际应用的传感器多为螺管形差动变压器，其结构和工作原理如下图：

当初级线圈W加上交流电压时，次级感应电动势e1、e2的大小与铁芯位置有关。当铁芯在中间位置时e1=e2，铁芯向上移动，e1>e2;向下移动,则e1

差动变压器式电感传感器稳定性好、使用方便、线性范围大，有的可达300㎜、小位移测量精度高；缺点是侧量个频率受机械部分固有频率的限制。该种传感器可适用于力、压力、流体参数等测量。

▲转换电路：

上图所示电路中相敏检波器可根据输出的调幅波相位变化判别位移的方向和大小。可调电阻R与差动直流放大器的作用是消除传感器零点残余电压并放大信号。振荡器提供初级线圈交流电源和相敏检波电路的控制电压。

四、磁电式传感器

▲原理

一个匝数为W的线圈，当穿过当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时线圈内的感应电动势为：

eWddt

感应电动势e与其匝数和磁通变化率有关，改变上述因素之一将使线圈感应电动势改变。磁电式传感器可分为动圈式和磁阻式。

1、动圈式传感器

上图a为线速度型磁电式传感器。线圈在磁场中作直线运动所产生的感应电动势：eWBlsin。对于一个特定的传感器来说，W、B和l均为定值，所以感应电动势e与速度v成正比。

上图b为角速度型传感器工作原理图。线圈在磁场中转动时产生的感应电动势为：e=BWAω。在Ｂ、W、A为常数时，感应电动势的大小与角速度成正比。

2、磁阻式传感器

工作原理是传感器固定不动，被测体的运动使磁路磁阻改变，从而在线圈中产生感应电动势。其特点是输出阻抗不高，负载效应对其输出的影响可以忽略，且性能稳定、工作可靠、使用方便。可以测量旋转体频数、转速和振动等。

物性型传感器

物性型传感器不改变其结构参数的变化而是靠其敏感元件物理性能的变化实现信号转换。

一、半导体应变片

▲原理

对于半导体材料而言，电阻率变化所引起的电阻变化远远大于因几何尺寸变化引起的电阻变化。因此：

dRRE

半导体应变片的灵敏度S≈λE。该值一般比金属应变片的灵敏度大50—70倍

▲特性与应用

半导体应变片的优点：灵敏度高、机械滞后和横向效应小、测量范围大、频响范围宽；缺点：温度稳定性差、灵敏度分散性较大以及较大应变作用下，非线性误差大等。

二、压电式传感器

▲原理

压电式传感器的工作原理是基于压电材料的压电效应。她是以压电晶片作为传感元件将力转换为电荷量的传感器。其可以看作是一个以压电材料为介质的平行板电容器，其电容量可按下式计算：

C0A

施加于晶片的外力不变时，且积聚在极板上的电荷若无泄露，那么在外力继续作用时，电荷量保持不变，而在离终止时，电荷随之消失。

实践证明：压电晶片上所受的作用力与由此产生的电荷量成正比，即：q=dF,式中d为压电常数。

静态测量时，必须采取措施，使电荷漏失减小到足够的程度；动态测量时，由于电荷可以不断补充，对此要求不高。

▲特性与应用

它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。配套仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。它广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。

三、光电式传感器

光电传感器是将光能转换为电能的一种器件，它的物理基础是光电效应。光电式传感器是以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的传感器。光电式传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动控制等各个领域中。业生产和现实生活中光电传感器的应用非常广泛。

照相机自动测光 工业测光

四、霍尔传感器

霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。

▲原理 如下图所示，将霍尔元件至于磁感应强度为B的磁场中，a、b两端通以电流i，在c、d两端将产生霍尔电势VH=KHiBsinα,式中KH为霍尔系数，α为电流与磁场方向夹角。

▲特性与应用

霍尔元件可以检测电流、磁场以及它们的成绩，因此广泛的应用于压力、振动等参数的测量。其有精度高、线性度好、动态性能好、工作频带宽、测量范围广、可靠性高、抗外磁场干扰能力强等优点。多应用于测力、压力、应变、机械振动等。

总结：传感器种类繁多，这里并没有一一列举，仅列举了生产生活中常见常用的几种。许多传感器的应用范围又很宽，本次总结所列举的应用仅供参考，具体应用应根据传感器静态、动态特性以及抗干扰能力、滞后等特性，还要考虑使用的技术领域、环境、精度等要求选用何种类型。总之，此份报告尚有许多不足之处，还请老师谅解。

通过本次总结，再一次比较全面的的了解、认识了不同类型传感器的原理、特性、应用和转换电路，从中受益匪浅，相信一定会对我们今后的学习生活带来很大帮助。最后，衷心感谢尤丽华、周德辉老师对我们的悉心指导！

第二篇：更改版电涡流位移传感器设计总结报告

传感器与检测技术课程设计

院 系： 专 业： 成 员： 指导老师：--电涡流位移传感器

计 划 报 告

XXX

XXXX年XX月XX日

传感器课程设计

目录

一、概述 …………………………………………………………2

二、总体设计方案…………………………………………………2

三、电涡流传感器的基本原理……………………………………3 3.1 电涡流传感器工作原理………………………………………3 3.2 电涡流传感器等效电路分析…………………………………3 3.3 电涡流传感器测量电路原理…………………………………4

四、电涡流传感器探头参数设计…………………………………6

五、电涡流传感器新型测量电路的设计…………………………7 5.1 电路实现方案…………………………………………………7 5.2 振荡电路的选择………………………………………………7 5.3 滤波电路的选择………………………………………………8 5.4 增益调节电路的选择…………………………………………9 5.5 移相电路的选择………………………………………………9 5.6 电压-电流转换电路的选择…………………………………11

六、误差分析………………………………………………………12 6.1 非线性补偿 …………………………………………………12 6.2 动态特性……………………………………………………13 6.3 温度补偿……………………………………………………13

七、设计总结.…………………………………………………………13

传感器课程设计

感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。其变化程度取决于被测金属导体的电阻率ρ，磁导率μ，线圈与金属导体的距离x，以及线圈激励电流的频率f等参数。如果只改变上述参数中的一个，而其余参数保持不变，则阻抗Z就成为这个变化参数的单值函数，从而确定该参数的大小。

电涡流传感器的工作原理，如图2-2所示：

三、电涡流传感器等效电路分析

为了便于分析，把被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，这样就可以得到如图2-3所示的等效电路。

图中R1，L1为传感器探头线圈的电阻和电感，短路环可以认为是一匝短路线圈，其中R2，L2为被测导体的电阻和电感。探头线圈和导体之间存在一个互感M，它随线圈与导体间距离的减小而增大。U1为激励电压，根据基尔霍夫电压平衡方程式，上图等效电路的平衡方程式如下：

经求解方程组，可得I1和I2表达式：

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由此可得传感器线圈的等效阻抗为:

从而得到探头线圈等效电阻和电感。

通过式（2-4）的方程式可见：涡流的影响使得线圈阻抗的实部等效电阻增加，而虚部等效电感减小，从而使线圈阻抗发生了变化，这种变化称为反射阻抗作用。所以电涡流传感器的工作原理，实质上是由于受到交变磁场影响的导体中产生的电涡流起到调节线圈原来阻抗的作用。

因此，通过上述方程组的推导，可将探头线圈的等效阻抗Z表示成如下一个简单的函数关系：

其中，x为检测距离；μ为被测体磁导率；ρ为被测体电阻率；f为线圈中激励电流频率。

所以，当改变该函数中某一个量，而固定其他量时，就可以通过测量等效阻抗Z的变化来确定该参数的变化。在目前的测量电路中，有通过测量ΔL或ΔZ等来测量x ,ρ,μ,f的变化的电路。

四、电涡流传感器测量电路原理

电涡流传感器常用的测量电路有电桥电路和谐振电路，阻抗Z的测量一般用电桥，电感L的测量电路一般用谐振电路，其中谐振电路又分为调频式和调幅式电路。

5ra)h)dx · dy 此电流在轴线任意点P 处所产生的磁感应强度为：

整个载流扁平线圈通以电流I 后，在轴线上任意P 点处产生的磁感应强度为：

式中，x1 就是扁平线圈端面到被测体的距离，可用x表示，所以线圈轴线上某点P 产生的磁感应强度可改写为：

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5.3 滤波电路的选择

通过上节的COMS晶体振荡器，产生出了稳定的方波。方波图形和其分解表达式如图4-6所示。从表达式中可以看出，方波是正弦波的合成波形，其振幅是基波的奇次倍频率波形振幅的合成。若从中抽出高次谐波，即可得到所需正弦波。

由于本次设计需要滤掉方波中高于1M的信号，因此可以选用低通滤波器将方波变成正弦波。滤波电路有多种形式，大致分为有源滤波和无源滤波，二者最大的差别在于滤波电路中是否使用了有源元器件——运算放大器。对于截止频率为MHz数量级的滤波电路，则有源滤波器对运算放大器等的高频特性要求非常严格。因此在本电路中，将采用结构相对简单的无源滤波电路。

在滤波器的近代设计方法中有各种方式，如巴特沃思型、切比雪夫型、贝塞型、高斯型等。本文选用通带内响应最为平坦的巴特沃思型低通滤波器，它对构成滤波器的元件Q值要求较低，因而易于制作和达到设计性能。为了同时满足电路滤波的精确性和结构简单，本次设计预选用巴特沃思型3阶低通滤波器，其基本结构和对数幅频特性如图4-7所示:

5.4 增益调节电路的选择

经过滤波电路后输出的正弦波信号，由于信号幅值的衰减，很难直接满足设计时的要求。因此在电路中，为了便于调节,使输出电压值能满足需要，有必要在滤波电路之后加上一个增益调节环节。常用的增益调节电路，有同相比例放大器和反向比例放大器。具体的电路结构分别如图4-8中（a）、（b）所示：

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上图中两电路的基本特性参数比较如表4-1所示：

从上表中可以看出，两电路都能灵活调节输出电压幅值的大小。但同时考虑到各模块电路之间需要加隔离电路，而同相比例放大的输入电阻趋于无穷大，更适合于做隔离电路。因此兼顾调节幅值和隔离电路的两个功能，本次设计选用同相比例放大电路来做增益调节环节。

5.5 移相电路的选择

本次设计中，要得到两个幅值相等的正交信号，必须采用移相电路。将上节滤波后所得到的交流信号经过90度移相后即可得到两个正交的信号。

本次设计采用如图4-10所示的有源移相电路。

上图中的电路是通过将单节RC移相电路接入到反向放大器的非反向输入端子来实现的。该电路可在保持输入输出电压幅值不变的情况下，进行90度移相，这就有效地解决了采用RC级联所带来的麻烦。根据理想放大器的条件，可得如下方程组：

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从上述方程组可解得该电路输入——输出关系：，令，则上式可写为：

从上式中所列出的该电路传递函数表达式，可得到该电路的幅频特性：

当取R1=R2，即k=1时，上式的值为1，即表明图4-10中的电路输入输出的电压幅值保持不变，且与输入信号频率无关。因此该电路可以实现幅值不变的电路移相。同时，令θ1为上式分子中复数的相角，θ2为分母复数的相角，θ为该电路输入输出移相角度。根据上式可得出表达式：

再由上述方程组经过反三角函数变换可得：

上式即为该电路的相频特性。从该式得到的结果可以看出，该电路电压信号

0

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满足设计需要。

六、误差分析

6.1 非线性补偿

由于振荡回路的检波输出与测量位移之间为非线性关系, 为了提高涡流传感器的使用范围和精度,必须对电涡流传感器进行非线性补偿。补偿方法有串联式补偿和并联式补偿,本文采用串联式补偿。

式中: x 为测量位移。补偿模块的表达式为

传感器的最终输出与测量位移之间为线性比例关系

式中:k 为比例常数,则要求补偿模块的函数关系为

因为实现串联式非线性补偿的函数为传感器非线性关系的反函数,所以对电涡流传感器进行标定,建立测量位移与检波输出之间的函数,并进行多项式拟合,建立多项式的反函数。

6.2 动态特性

电涡流传感器的动态特性主要由振荡回路和检波回路的频率特性决定, 整个传感器的传递函数表示为：

式中: L1为线圈的电感;R1为线圈的串联电阻;RC2 为检波电路的时间常数。为了在提高系统的动态特性的同时不降低振荡回路的品质因数,在传感器的输出信号流中串联超前校正环节以改善传感器的动态特性。超前校正的传递函数为：

6.3 温度补偿

传统的检波方式采用二极管、电容、电阻实现。由于二极管的导通特性受温度影响比较明显,所以传统的二极管检波输出存在随温度变化而发生漂移的现象。感应线圈本身存在电阻随温度变化而变化的问题,会使传感器输出信号产生较大的误差。

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第三篇：传感器复习资料..

1.1、金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同? 答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。1.2、直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别? 答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，如电阻应变片，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件，如电阻应变片、电容。1.3、简述电阻应变式传感器产生横向误差的原因。

粘贴在受单向拉伸力试件上的应变片 , 如图2-3所示，其敏感栅是有多条直线和圆弧部

图2－3 横向效应

分组成。这时，各直线段上的金属丝只感受沿轴向拉应变x,电阻值将增加。但在圆弧段上，沿各微段轴向(即微段圆弧的切向)的应变与直线段不相等，因此与直线段上同样长度的微段所产生的电阻变化就不相同，最明显的在/2处圆弧段上，按泊松关系，在垂直方向上产生负的压应变y，因此该段的电阻是最小的。而在圆弧的其它各段上，其轴向感受的应变由 +x变化到-y。由此可见 , 将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。这种现象称横向效应。

应变片横向效应表明 , 当实际使用应变片时，使用条件与标定灵敏系数 k 时的标定规则不同时,实际 k 值要改变,由此可能产生较大测量误差，当不能满足测量精确度要求时，应进行必要的修正。

1.4、采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。

KUKU421062106/V，应解：单臂时U0，所以应变为1时U0444KU421032103/V； 变为1000时应为U044KUKU421064106/V，应变为双臂时U0，所以应变为1时U0222KU421034103/V； 1000时应为U022全桥时U0KU，所以应变为1时U08106/V，应变为1000时应为U08103/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。1.5、差动电桥有哪些有优点？

答：差动电桥比单臂电桥的灵敏度高，此外，还可以有效地改善电桥的温度误差、非线性误差。

1.6、如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3V，R3=R4=100Ω，R1和R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000με，试求此时电桥输出端电压Uo。

题2.5图

KU23510315mV 解：此电桥为输出对称电桥，故U0222.1、电容式传感器有哪些类型？

解：电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。

2.2、试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题? 解：以变面积式电容传感器为例进行说明，如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

Δxbxda直线位移型电容式传感器

当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为

C=εb（a-△x）/d=C0-εb·△x/d（1）

电容因位移而产生的变化量为

CCC0其灵敏度为 KbdxC0x aCb xd可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。

2.3、为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征? 解：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C。

1d21–固定极板 2--活动极板

设极板面积为A，其静态电容量为CAd，当活动极板移动x后，其电容量为

xAd(1)CC0dxx212d1当x<

xx2121 则CC0(1)(2)

dd由式（1）可以看出电容量C与x不是线性关系，只有当 x<

2.4、变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如题4.8图所示。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器（即K→∞,Zi→∞）,Rf极大,输入电压ui=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压uo为多少？

题4.8图

解：由测量电路可得

u0C0C0200uiui5sint45sintV Cx0d0201.5Cx1.50.15d0x2.5、如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离δ=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,08.8510-12F/m。

ax 解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。

C040a24161048.85101228.32 /pF

2103C0kx28.3270.8x(x的单位为米)

40ax)Cx40a(ax)CCxC0

CxC040a48.8510124102K70.8 /pF x2103CxpF4030201004123xcm

3.1、试述影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？

解：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

3.2、试述电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？ 解：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

4.1、为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

解：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

4.2、压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?

解：压电式传感器的产生的电量非常小，内阻很高。测量电路的作用是进行阻抗变换和放大，即要求测量电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低，通常用高输入阻抗运放。其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。

4.3、某加速度计的校准振动台，它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K＝100mV／g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。解：此加速度计的灵敏度为 K913091.3 mV/g 100标定系统框图如下：

加速度计阻抗变换器电压放大器晶体管毫伏表

4.4、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V,试求该机器的振动加速度。

已知：ka=5pC/g，kq=50mV/pC，Vomax=2V 求：amax=？ 解：

因为： kaQ/a；kqV0/Q 则有： V0kakqa 所以： amaxV0max8g kakq4.5、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器振动，已知，加速度计灵敏度为5pC/g；电荷放大器灵敏度为50mV/pC，最大加速度时输出幅值2V，试求机器振动加速度。解：KK1K2550250mV/g

KUU2000a4g aK2504.6、什么叫正压电效应？什么叫逆压电效应？常用压材料有哪几种？

答：某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为正压电效应。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。应用于压电式传感器中的压电材料通常有三类：一类是压电晶体，它是单晶体，如石英晶体、酒石酸钾钠等；另一类是经过极化处理的压电陶瓷，它是人工合成的多晶体，如钛酸钡等；第三类是有机压电材料，是新型的压电材料，如聚偏二氯乙烯等。4.7、一只x切型的石英晶体压电元件，其，相对介电常数，横截面积A=5cm2，厚度t=0.5cm。求：

（1）沿石英晶体电轴方向施加力的作用，产生电荷的压电效应称为什么？若沿电轴方向受Fx=9.8N的压力作用时两电级间输出电压值为多大？

（2）若此元件与高输入阻抗运放连接时连接电缆的电容为Cc=4pF，该压电元件的输出电压值为多大？

解：（1）沿石英晶体电轴方向施加力的作用，产生电荷的压电效应称为纵向压电效应。对于x切型的石英晶体压电元件，纵向受力时，产生的电荷量为

压电元件的电容量为

两电极间的输出电压值为

（2）此元件与高输入阻抗运放连接时，连接电缆的电容与压电元件本身的电容相并联，输出电压将改变为

5.1、光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些? 答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

5.2、常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何? 答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。它们的电路符号如下图所示：

光敏二极管 光敏三极管 光电池

5.3、什么是光电元件的光谱特性? 答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。5.4、光电传感器由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分? 答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。

光源Φ1光学通路Φ2光电元件Ix1x2x3

5.5、模拟式光电传感器有哪几种常见形式? 答：模拟式光电传感器主要有四种。一是光源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示。这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数。如图b所示。可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上，由被测物表面反射后再投射到光电元件上，如图c所示。反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等；四是从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡，使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置。如图d所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合。

31122a)a)被测量是光源b)b)被测量吸收光通量 c)被测量是有反射能力的表面2c)d)被测量遮蔽光通量d)133121-被测物 2-光电元件 3-恒光源

6.2超声波有哪些传播特性? 答：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的。振荡源在介质中可产生两种形式的振荡，即横向振荡和纵向振荡。横向振荡只能在固体中产生，而纵向振荡可在固体、液体和气体中产生。

超声波的一种传播特性是在通过两种不同的介质时，产生折射和反射现象，超声波的另一种传播特性是在通过同种介质时，随着传播距离的增加，其强度因介质吸收能量而减弱。

9.2（1）如图所示为光纤传感器中光线传播原理，请推导入射角的临界入射角与空气折射率n0、纤芯折射率n1及包层折射率n2的关系式。

（2）解释光纤数值孔径的物理意义。

解：（1）

在纤芯和包层界面A处，当入射角逐渐增大到临界角时，折射角等于90度，此时

光线由折射率为0n的空气，从界面O处射入纤芯时实现全反射的临界角为

9.3试计算n1=1.48和n2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果外部是空气n0=1，试问：对于这种光纤来说，最大入射角是多少？

解：根据光纤数值孔径NA定义

第四篇：传感器作业

浅谈创新型人才的体会

摘要: 建设创新型国家，人才是关键因素。创新型人才的成长是一个综合培养的过程，教育是这个过程的源头和关键环节

关键字: 创新 人才教育思维

创新型人才指富于开拓性，具有创造能力，能开创新局面，对社会发展做出创造性贡献的人才。通常表现出灵活、开放、好奇的个性，具有精力充沛、坚持不懈、注意力集中、想像力丰富以及富于冒险精神等特征。

作为新时代的创新型人才还必须具备一定的条件：一是有可贵的创新品质

当前，我国正处于发展的重要战略机遇期，大力培育创新型人才，为建设创新型国家、国家创新体系和全面建设小康社会，提供坚强的人才保证和智力保障，显得尤为迫切和重要。从一定意义上说，创新型人才正以前所未有的时代需求承载着推进国家自主创新，在激烈的国际竞争中占据主动，实现中华民族伟大复兴的历史使命。二是有坚韧的创新意志

创新是一个探索未知领域和对已知领域进行破旧立新的过程，充满各种阻力和风险，可能遇到重重的困难、挫折甚至失败。人类科学技术发展到今天，要获得每一点进步相当困难。因此，创新型人才每前进一步都是需要非凡的胆识和坚忍不拔的毅力，为了既定的目标必须始终不懈地进行奋斗，锲而不舍，遭到阻挠和诽谤不气馁，遇到挫折和挫败不退却，牺牲个人利益也在所不惜，不达目的誓不罢休，不

自暴自弃，不轻言放弃。

三是有敏锐的创新观察

历史上的科学发现和技术突破，无一不是创新的结果。从这个意义上讲，创新就是发现，而且是突破，要实现突破，就要求创新型人才必须具有敏锐的观察能力、深刻的洞察能力、见微知著的直觉能力和一触即发的灵感和顿悟，不断地将观察到的事物与已掌握的知识联系起来，发现事物之间的必然联系，及时地发现别人没有发现的东西。创新型人才的观察力同时还应当是准确的，能够入木三分，发现事物的真谛，具有善于在于常中求不寻常的创新观察能力。

四是有超前的创新思维

创新思维是创新的基本前提，创新型人才具备思维方式的前瞻性、独创性、灵活性等良好思维品质，才能保证在对事物进行分析、综合和判断时做到独辟蹊径。

五是有丰富的创新知识

创新是对已有知识的发展，在人类知识越来越丰富和深奥的今天，要求创新型人才的知识结构既有广度，又有深度。因此，创新型人才须具有广博而精深的文化内涵，既要有深厚而扎实的基础知识，了解相邻学科及必要的横向学科知识，又要精通自己专业并能掌握所从事学科专业的最新科学成就和发展趋势，这是从事创新研究的必要条件。只有通过知识的不断积累才能用更为宽广的眼界进行创新实践。创新型人才拥有的信息量越大，文化素养越高，思路便越开阔。同时，完备的知识结构使他们具有料学综合化、一体化意识，有助于

增强综合思维能力和创新能力。

六是有科学的创新实践

创新的过程是遵循科学，依据事物的客观规律进行探索的过程，任何一种创新都不能有半点马虎和空想，因此，创新型人才必须具有严谨而求实的工作作风，严格遵循事物的客观规律，从实际出发，以科学的态度进行创新实践。

学习了传感器与技术大家应该都知道什么是创新型人才了，但是如何才能成为创新型人才呢？

成为创新型人才的前提就是更新教育观念：

教育观念的更新对于培养创新型人才有一下几个方面的影响：

第一，教育的目标。传统教育目标是为社会培养合格人才，现在我们谈教育目标主要是促进人的全面发展。前者是以社会为本，后者是以学生个体为本。我们现在要做的就是积极推动学生的自主发展，使其成为积极适应社会的人才。

第二，教育的使命。传统的教育使命是教授前人的知识，现代教育的使命是使人获得持续发展能力。教育不再是简单知识的传递，而是使当代学生获得发展的能力。

第三，教育的特征。传统的学校教育是建立在工业经济基础上的，是按工业经济的要求来培养学生。现代教育则反映的是知识经济对人的需求，教育方式、教育过程强调个体化、个性化。

第四，教育的组织形式。传统的组织形式是以学科、课堂为基础

体系，现代教育强调建立以问题为中心的跨学科结构。现代教育应该突出问题取向的方式，让学生提高面对现代问题的解决能力。

第五，教育思想。传统教育讲人人有受教育的权利，现代教育更加强调机会平等、过程平等，是尊重个人发展性的教育。

第六，教育过程。传统教育过程是传授和读书，现代教育强调实践性的过程和创新。教育的根本结果就是要使人获得广泛的生活经验、完整的生活概念。

以上六条是现代教育的核心理念，如果我们能够把上述思想渗透到创新教育实践中，创新型人才培养必将取得很好的效果。成为创新型人才的核心是自我发展能力

２１世纪最伟大成就，不只是在征服自然和物质生产方面的科学发展，而应是在终身教育理念指导下，人的潜能的开发，人的自我发展。学习型社会要求，我们的教育不仅要给学生第一次专业技能和职业能力，更重要的是为学生奠定终身教育、自我发展的牢固基础，后一种功能在当代社会显得愈来愈重要。

成为创新型人才的关键是评价机制

评价机制是导向。现行的评价机制存在一些问题。比如：录取学生的标准单一，就是看分数，过分看重考试成绩，分分学生的命根。对学生的评价，更重要的是学生的健康、道德、兴趣、爱好，如果学生善良、诚实、忠厚和助人为乐，那就不在乎考试高分。学生是人，“人”是高山大海，“分数”只是小丘小溪；“人”是蓝天苍穹，成绩仅是天上的一颗星星。

在当今这样一个信息化的时代里，企业对人才的需求同地方相比，既有专业性，更显通用性、兼容性，与企业对专业人才的短缺有所不同，社会中既包容有众多企业迫切需要的专业人才，又有大量的人才闲置。我们完全可以利用这些专业人才，稍加培训就可以充实到企业中来，既节约了成本，实现企业与地方的人才互补，又解决了企业对人才的迫切需要。

参考文献:

［1］21世纪高等院校创新型人才培养系列规划教材•企业管理学胥悦红(编者)(2008年5月版)

［2］新型传感器技术及应用宋晓辉(作者)(2009年03月版)

［3］传感器技术陈建元 机械工业出版社(2008-10出版)

［4］传感器与检测技术高等职业技术教育研究会、宋雪臣 人民邮电出版社(2009-05出版)

［4］全国高等院校测控技术与仪器专业创新型应用人才培养规划教材•传感器原理及应用 赵燕 北京大学出版社(2010-02出版)

第五篇：传感器总结

传感器总结

当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。

传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，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，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。

传感器的定义

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

结构

很多非电学量(包括物理量,化学量,生物量等),早期都采用非电学

量方法测量。随着科学技术的飞速发展,对被测量的准确度、速度和精度提出了新的要求,传统方法已不能满足测量要求,必须采用传感器电测技术,把非电学量信号转换为电信号。在现代化生产过程中,需用各种传感器来监控生产过程的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。特别是传感器与计算机结合,使自动化过程更具有准确、快捷、效率高等优点。

传感器是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，能完成检测任务,它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等;输出量是某种物理量,便于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电物理量，主要是电物理量;输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。传感器的作用包括信息的收集、信息数据的转换和控制信息的采集。传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。有时也将转换电路及辅助电路作为其组成部分。

材料

传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类。

半导体传感器材料主要是硅，其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等。主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器。

陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化

钛、氧化铝、钛酸钡等，用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器。

金属用作传感器的功能材料不如半导体和陶瓷材料广泛，主要用在机械传感器和电磁传感器中，用到的材料有铂、铜、铝、金、银、钴合金等。

有机材料用于传感器还处在开发阶段，主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器，所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。

性能

传感器性能指标主要有：灵敏度、使用频率范围、动态范围、相移。

灵敏度：指沿着传感器测量轴方向对单位振动量输入x 可获得的电压信号输出值u，即s=u/x。与灵敏度相关的一个指标是分辨率，这是指输出电压变化量△u 可加辨认的最小机械振动输入变化量△x 的大小。为了测量出微小的振动变化，传感器应有较高的灵敏度。

使用频率范围：指灵敏度随频率而变化的量值不超出给定误差的频率区间。其两端分别为频率下限和上限。为了测量静态机械量，传感器应具有零频率响应特性。传感器的使用频率范围，除和传感器本身的频率响应特性有关外，还和传感器安装条件有关（主要影响频率上限）。

动态范围：动态范围即可测量的量程，是指灵敏度随幅值的变化

量不超出给定误差限的输入机械量的幅值范围。在此范围内，输出电压和机械输入量成正比，所以也称为线性范围。动态范围一般不用绝对量数值表示，而用分贝做单位，这是因为被测振值变化幅度过大的缘故，以分贝级表示使用更方便一些。

相移：指输入简谐振动时，输出同频电压信号相对输入量的相位滞后量。相移的存在有可能使输出的合成波形产生崎变，为避免输出失真，要求相移值为零或Π，或者随频率成正比变化。

有机材料用于传感器还处在开发阶段，主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器，所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。

优缺点

从传感器分类看优缺点 按传感器输出信号分类 模拟式：输出信号为模拟信号。数字式：输出信号为数字信号。

按结构形式分类：柱式、桥式、轮辐式、悬臂梁式、板环式等。柱式：特点是结构简单、紧凑，易于加工，成本费用低，密封性能良好，对于潮湿环境很适用，可设计成压式或拉式的，可以承受很大的载荷；其缺点是位移量小、灵敏度低。

桥式：传感器弹性体为桥式，其两端用两只螺栓紧固到下面的支撑体上，其弹性体与支撑体之间有一间隙，为弹性体的受力变形空间。

该类传感器的特点如下：由于传感器与秤体之间的连接为要求很低的间隙配合，所以安装方便，维护简单，重复性好。

轮辐式：高度低、精度高、抗偏心载荷和侧向力强。

剪切梁式：该类传感器有以下特点：输出信号不受称重点位置变化的影响；线性好、精度高；传感器受拉伸与压缩时，切应力的幅度与分布基本相同，即传感器的拉伸、压缩灵敏度基本相同，所以特别适用于同时受拉和压的测量；外形低、体积小、重量轻，易于安装和维修；结构简单易于密封；抗侧向力强。

板环式：特点是输出灵敏度高、受力状态稳定、温度均匀性好、结构简单、易于加工，可制成拉压2种型号，对于0.5～30吨的拉压方式称重传感器，这种方式是很好的。

发展方向

对比传感器技术的发展历史与研究现状可以看出，随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟，传感器技术逐渐受到了更多人士的高度重视。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。

由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，所以外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定，从而给其实际应用造成较大影响。这就要求我们针对传感器的工作原理和结构，在

不同场合对传感器规定相应的基本要求，以最大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。

同时，根据对国内外传感器技术的研究现状分析以及对传感器各性能参数的理想化要求，现代传感器技术的发展趋势可以从四个方面分析与概括：一是开发新材料的开发与应用；二是实现传感器集成化、多功能化及智能化；三是实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。