2202《传感器与检测技术》自考串讲资料.doc

《传感器与检测技术》串讲资料 目 录 《传感器与检测技术》串讲资料 1 第一篇 分章指导 1 第一章 概述 1 第二章 位移检测传感器 6 第三章 速度、加速度传感器 17 第四章 力、扭矩和压力传感器 23 第五章 视觉、触觉传感器 35 第六章 温度传感器 35 第七章 气敏、湿度、水份传感器 39 第八章 传感检测系统的构成 41 第九章 信号分析及其在振动测试中的应用 52 第一篇 分章指导 第一章 概述 一、要点与要求 1．掌握传感器的作用和组成。 2．了解传感器的分类方法，理解下列名词的含义。 (1)有源型和无源型传感器。 (2)物性型和结构型传感器。 (3)开关型、模拟型和数字型传感器。 (4)内部信息传感器和外部信息传感器。 3．掌握传感器的静态特性及主要静态性能指标，会计算灵敏度、线性度。 4．掌握传感器的动态特性及主要动态性能指标。 5．参照教材表1-2，熟悉传感器的其它性能指标。 6．理解传感器标定与校准的必要性，掌握传感器标定与校准的基本方法。 7．了解传感器与检测技术的发展方向。 二、重点内容 （一）传感器的作用 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。 （二）传感器的组成 传感器的组成见教材图-1。有些传感器敏感部分与转换部分由不同元件组成，如应变结合第三章、第四章内容）。由 （三）传感器的分类 机电一体化系统中所用传感器种类繁多，同一被测量可以用不同原理的传感器测量， 1．传感器的分类 ()按被测对象（输入量）分如位移、速度、加速度、力、压力、扭矩、时间、温度 (2)按工作原理分如电感式传感器，见教材表1-1及表1-1。 (3)按传感器的能量源分为有源型和无源型。 (4)按传感器的结构参数在信号变换过程中是否发生变化分为结构型和物性型。 (5)按输出信号的性质分为开关型（二值型）、模拟型和数字型。 (6)按机电一体化系统中测量的目的分为内部信息和外部信息传感器。 为了便于用户选用，传感器的名称通常是(1)和(2)的综合，如应变式力传感器、电涡流 2．基本量与派生量、间接测量量的关系 了解基本量与派生量的关系，对根据检测对象选择传感1-2。如表面粗糙度、 （四）传感器的基本特性 传感器在检测系统中是信息的直接采集者。传1-2主要性能指标所示。传感器在自动控制系统中是一个检测反馈元件， 表1-2 传感器输入基本量与派生量的关系 本 量 派 生 量 位 移 线位移 角位移 长度、厚度、磨损、应变、振动、偏振角、舵角 偏转角、舵角、表面粗糙度、腐蚀度 速 度 线速度 角速度 振动、动量、流量 角动量、转速、角振动 加速度 线加速度 角加速度 振动、冲击、质量、应力、力 角振动、角冲击、力矩 力 压 力 质量、密度、推力、力矩、应力 温 度 热流量、气体压力、气体速度等 时 间 频率、数目、统计分布等 1．静态特性及评价指标 不随时间变化时，传感器的输出量与输入量之间的关系是线性方程，但传感器的实际特性常呈非线性，只可在一定条件、一定范围内线性化，是传感器的测量范围。不能用解析式表达的情况下，可用实验曲线表示，再用回归分析法求其经验公式。 传感器的静态指标有线性度、灵敏度、重复性、回程误差等，其含义见教材上有关内1-1表示传感器的静态指标。 1-1传感器的静态指标 a)线性度b）灵敏度c）重复性 2．动态特性及动态指标 传感器或检测系统对随时间快速变化的被测信号的反应能力称为动态特性。 (1)动态特性的描述 系统对不同输入信号的响应特性也不相同。一般的输入信号有时间域确定信号、频率 ①时间域常用的时间域信号有阶跃信号和脉冲信号；相应的系统输出分别称为阶跃 ②频率域频率域的输入信号为振幅不变、频率按一定规律（对数或线性），扫描的正 ③随机信号 以伪随机信号或白噪声作为输入信号，通过谱分析找出系统输出、输入 (2)动态参数 越小，系统响应越快，工作频带越宽。 ② 二阶系统的固有角频率、阻尼比 为满足不失真测量条件，最好。在此条件下，越高，不失真测量频段越宽。 动态参数由系统本身的结构参数、固有特性所决定，如弹簧刚度、运动质量、电容、 (3)动态指标 为传感器能否迅速反应信息的时域指标。一般表示传感器或检测系统在阶跃信号激励下，其输出值与稳态值的相对误差在±5%（或±2%）范围内所需要的时间。 ②频率响应范围 在传感器的对数幅频特性曲线上，相对幅值变化±3dB（