传感器复习资料概论
《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）。
11．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）。
12．热电偶所产生的热电势是温差电势和接触电势组成的，其表达式为（Eab（T，To）
=）。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在（连接导线）和（热电偶）之间，接入（延长线），它的作用是（将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响）。13．变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）
14．仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差② 绝对误差③ 引用误差）来表示的。15. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型② 变极距型③ 变介电常数型）外是线性的。
16、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），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。
17、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①（金属）材料和② （半导体）材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中金属材料的电阻变化主要是由（电阻应变效应）形成的，而半导体材料的电阻变化主要是由（压阻效应）造成的。（半导体）材料传感器的灵敏度较大。
18、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（平均值）的方法来减小它对测量结果的影响。
19、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（材料中的电子逸出物体表面的）现象，即（外光电）效应，
（光电管、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。
20、热电偶所产生的热电势是由（两种导体的接触）电势和（单一导体的温差）电势组成。
其表达式为Eab（T，T0）=（）。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是用（延长线把连接）导线与热电偶配接。它的作用是（将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响）。
21.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，其内部产生机械应力，从而引起（极化现象），这种现象称为（压磁效应）。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生（机械变形），这种现象称为（磁致伸缩效应）。
22.磁电式传感器是利用（导体和磁场发生相对运动而在导体两端）产生感应电势的。而霍尔式传感器是（利用霍尔元件）在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量（电流），（磁场），（位移），（压力）。
23.测量过程中存在着测量误差。绝对误差是指（测量量与被测量真实值之间的差值）其表达式为（）；相对误差是指（绝对误差与被测量真实值的比值），其表达式为（）；引用误差是（绝对误差与测量仪表的上量限（满度）值A的百分比），
其表达式为（）。
24.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θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=（11.43mm）莫尔条纹的放大倍数K=（573.2）。
25.测量系统的静态特性指标通常用（输入量与输出量的对应关系）来表征。
26. 同位素的原子核在没有外力作用下自动发生衰变，衰变中释放出
（α、β、γ、Χ）射线，这种现象称为（核衰变）。
二选择题
电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器
光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器
压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器
热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器
热电偶红外传感器色敏传感器
正确选择以上传感器填入以下空内：
1可以进行位移测量的传感器有（光纤传感器、差动变压器、电阻传感器）；
2可以完成温度测量的有（热电偶、热敏电阻；热释电器件）；
3半导体式传感器是（磁敏电阻、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器）；
4光电传感器有（光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管）；
5用于磁场测量的传感器（霍尔元件、磁敏晶体管）；
6进行振动（或加速度）测量的传感器（磁电传感器、压电传感器）；
7利用物体反射进行非电量检测的传感器（超声波传感器、红外传感器）；
二、用镍铬-镍硅势电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电热为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？
镍铬-镍硅热电偶分度表
测量端温度℃0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
热电动势(mv)
-20 -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -0.70 -0.74 -0 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 +0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 +10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 +20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16
二、问答题：
1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通
常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？
答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性
2、简述霍尔电势产生的原理。
答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。
3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。
答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。
三.
计算
1.图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：
①R1为应变片其余为外接电阻， R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。
②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。
③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。
④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。
解：①
②
③
④
2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，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时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。
解：
三、电路分析
1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、
P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
?当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
?当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
解：①U0=0
②U0=UfM（C1-C2）因为 C1〈 C2所以 U0〈 0 ，输出负电压。
2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：TGS—812是什么传感器？ 2、5脚是传
感器哪个部分，有什么作用？分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?
解：①气敏传感器；
②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；
③调节测量系统的测量范围和满度值。
三、分析、计算题：
1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气所隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。
解：，
又
空气隙的长度x1和x2各自变而其和不变，其他变量都不变故L不变。
2、在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电
压值与压力值之间的关系如下表所示，简述最小二乘法准则的
几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘
法准则？
测量次数I 1 2 3 4 5
压力xi（MPa） 2 4 5 8 10
电压yi（V）10.043 20.093 30.153 40.128 50.072 （1）y=5.00x-1.05
（2）y=7.00x+0.09
（3）y=50.00x-10.50
（4）y=-5.00x-1.05
（5）y=5.00x+0.07
答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，（5）为所求。
三、在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。
四.问答题
1.压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。N(g)012345
正行程
(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5
反行程
(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5
解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。
2.解释下列磁敏传感器：①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么？③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件，在本质上有什么不同？解：①磁敏晶体管有放大作用；②普通晶体管无磁灵敏度；磁敏电阻不能区别磁极性。
四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算
1. 已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）
2. 电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。（5分）其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏）.
答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示
电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0°C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。
四、计算与问答题
1、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R
2、R
3、R4贴在等截面轴上。
已知R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V，物重m引起R1、R2变化增量为
1.2Ω。
①画出应变片组成的电桥电路。
?计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。
?说明R3、R4起到什么作用？
①应变片组成半桥电路；
②
③R3、R4可以进行温度补偿。
五.电路分析
1.下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、
P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%
的方波。试分析：当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
解：①U0=0②U0=UfM（C1-C2）因为 C1〈 C2所以 U0〈 0 ，输出负电压。
2.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：
TGS—812是什么传感器？ 2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义?
解：①气敏传感器；②加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；③调节测量系统的测量范围和满度值。
3.图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：
当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？
解：①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。
4.下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为
20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。
五、下图是一红外测温装置，测量温度高于1000℃，红外探测器是热释电元件，利用热
辐射测温。请回答下列器件各起到什么作用？
o光学系统：透镜（聚焦）；滤光片：（波长选择）；
o步进电机与调制盘：（将被测红外辐射调制为按一定频率变化的温度信号）；o温度传感器：（用于电路补偿的温度传感器）。
o红外探测器：（接受检测被测高温的传感器）。
《传感器原理与应用》习题训练2
1．在右下图所示的电桥中，R1=1000Ω，R3=1500Ω，C2=1μF时电桥平衡。电容C4是多
少？
根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/1500≈0.667μF。
2．作为光波5μm红外线的传感器材料有哪些？
答：有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。
3．在用光开关检测物体的系统中，指出输出电压的时间波形。
答：光进入受光器输出电压为0V，光不进入，输出6V，所以右图为所
示波形。
4．由光电二极管二维阵列组成面型传感器进行图像检测，对图像的分辨率由光电二极管的个数决定，试说明理由。
答：面型传感器由许多销的单元构成二维平面，其中每一个小单元都是一个光电二极管，称为像素。用面型传感器测量物体的形状所得的图像的分辨率最高只能是一个像素。如果所测得图像长为l ，对应N个像素，分辨率为l/N。假设N为200，则分辨率最高只能使1/200。5．高温加热的钢板为红色，当温度继续升高时变为白色，试说明原因。
答：与温度相对应，物体放射出具有一定波长分布的光，高温时，所有波长的能量增大，波长分布的峰值向短波长方向移动。对应于黑体的波长分布可由普朗克分布规则求得。1000。C的钢板，波长分布的峰值在近红外区域，发出的光波长在0.6μm以上，属于可视光的红光区域，因此看到的光呈现红色。温度升高使得波长分布的峰值向短波方向移动。可视光的短波成分增加，可视光所有波长成分混合使钢板颜色接近白色。
6．试举坑内甲烷气体量传感器的例子。
试举工厂排水污浊监视用传感器的例子。
试举汽车排气成分调整用传感器的例子。
答：接触燃烧式气体传感器。氧气传感器。氧气气体传感器。
7．已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为
y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？
答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
8．某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:
?利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。
?利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C 时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。
?采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。
答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
o V0在48.78～67.63mV之间变化。
o如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。C时，V0在0～18.85mV之间变化。30。C时V0在
46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
20。C时，V0为0～18.85mV，30。C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得情况来说有很大的改善。
9．设阻抗Rs为1kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。
答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V
10．（1）采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900 m/s，光的速度为3*108 m/s，求这三种情况下1 ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统速度快几倍？（2）根据（1）的结果，讨论利用脉冲往复时间测距，采用超声波和光波各有什么特点。
答：（1）1 ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105 m，故要求有105倍高的处理速度。（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。
11．为了实现以下目的，试从低通、高通、带通和带阻滤波中选择最合适的一种：
?除去麦克风中混入的广播电波信号；
?从天线接收的电视波中仅选择第三频道；
?除去混入所取出的脑电波信号中的电力线频率（频率为50Hz）干扰。
传感器复习资料概论
《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）。
传感器概述
第一章传感器概述 1．1 传感器的组成与分类 1．1．1 传感器的定义 ?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。通常 由敏感元件和转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。 ?传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器 的原理确定。 1．1．2 传感器的组成 ?一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。但由于传感器输出信号一般都很微弱，需要 有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。因此调节信号与转换电路及所需电源都应作为传感器组成的一部分。如图1-1所示。 传感器组成方块图 ?常见的调节信号与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，他们分别与相应 的传感器相配合。 1．1．3 传感器的分类 ?表1-1 按输入量分类、按工作原理分类、按物理现象分类、按能量关系分类和按输出 信号分类。 1．2 传感器在科技发展中的重要性 1．2．1 传感器的作用与地位 将计算机比喻人的大脑，传感器比喻为人的感觉器官。功能正常完美的感觉器官，迅速准确地采集与转换获得的外界信息，使大脑发挥应有的作用。自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。 1．2．2 传感器技术是信息技术的基础与支柱 现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、通信技术和计算机技术。传感器在信息采集系统中处于前端，它的性能将影响整个系统的工作状态和质量。 1．2．3 科学技术的发展与传感器有密切关系 传感器的重要性还体现在已经广泛应用于各个学科领域。如工业自动化、农业现代化、军事工程、航天技术、机器人技术、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保卫、医疗诊断、家用电器等领域。 1．3 传感器技术的发展动向 ?传感器技术共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量。 ?传感器技术的主要发展方向一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新 工艺；二是实现传感器的集成化与智能化。 ?利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现新现象与 新效应是发展传感器的重要工作，是研究新型传感器的重要基础，意义深远。
传感器概论
第1章概论 一传感器的概念与发展 1．1 传感器基本概念 传感器（transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件（sensing element）是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件（transducer element）是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号以及其它某种可用信号的部分。传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。可以预料，当人类跨入光子时代，光信息成为更便于快速、高效地处理与传输的可用信号时，传感器的概念将随之发展成为：能把外界信息转换成光信号输出的器件。 传感器的任务就是感知与测量。在人类文明史的历次产业革命中，感受、处理外部信息的传感技术一直扮演着一个重要的角色。在18世纪产业革命以前，传感技术由人的感官实现：人观天象而仕农耕，察火色以冶铜铁。从18世纪产业革命以来，特别是在20世纪信息革命中，传感技术越来越多地由人造感官，即工程传感器来实现。目前，工程传感器应用如此广泛，以至可以说任何机械电气系统都离不开它。现代工业、现代科学探索、特别是现代军事都要依靠传感器技术。一个大国如果没有自身传感技术的不断进步，必将处处被动。 现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器。工程传感器可以轻而易举地测量人体所无法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁场等。从这个意义上讲，工程传感器超过人的感官能力。有些量虽然人的感官和工程传感器都能检测，但工程传感器测量得更快、更精确。例如虽然人眼和光传感器都能检测可见光，进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为0．1s，而光晶体管的响应时间可短到纳秒以下；人眼的角分辨率为1ˊ，而光栅测距的精确度可达1"；激光定位的精度在月球距离3×104km范围内可达10cm以下；工程传感器可以把人所不能看到的物体通过数据处理变为视觉图像。CT技术就是一个例子，它把人体的内部形貌用断层图像显示出来，其他的例子还有遥感技术。 但是目前工程传感器在以下几方面还远比不上人类的感官：多维信息感知、多方面功能信息的感知功能、对信息变化的微分功能、信息的选择功能、学习功能、对信息的联想功能、对模糊量的处理能力以及处理全局和局部关系的能力。这正是今后传感器智能化的一些发展方向。随着信息科学与微电子技术，特别是微型计算机与通信技术的迅猛发展，近期传感器的发展走上了与微处理器内微型计算机相结合的必由之路，智能（化）传感器的概念应运而生。 传感器技术，则是涉及传感（检测）原理、传感器件设计、传感器开发和应用的综合技术，因此传感器技术涉及多学科交叉研究。 1．2 传感器的构成与分类 传感器一般由敏感元件、转换元件、调理电路组成。 敏感元件是构成传感器的核心，是指能直接感测或响应被测量的部件。 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量转换成可用的输出信号的部件，通常这种输出信号以电量的形式出现。 调理电路是把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信
传感器的概述
第一章 传感器的概述 1. 传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出 信号的器件或装置叫做传感器。 2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 3. 传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、 辅助电源组成。传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。 第二章 传感器的基本特性 1. 传感器的基本特性：静态特性、动态特性。 2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞、重复性 、漂移。 3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。 4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。 5.例题： 1．用某一阶环节传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：
2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。 3. 玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程 来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是 ，y代表水银柱的高度，x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。 解：原微分方程等价于： 所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3 第三章 电阻式传感 1. 应变式电阻传感器的特点： 1）优点： ①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠； ②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。 2）缺点：①具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施； ②只能测量一点或应变栅范围内的平均效应，不能显示应力场中应力梯度的变化； ③不能用于过高温度场合下的测量。
温度传感器概述
与压力一样，温度也是过程控制中最重要的测量变量之一。例如在冷却回路中，温度监测不仅 用来确保产品质量，还用来保证系统安全。过程工业往往利用热能进行控制，所以，根据应用 需要选择理想的温度传感器，可实现既定测量目的并确保最佳测量效果。当然，对过程工艺的 熟悉和预见可能出现的不确定扰动也是很重要的。 冷、热是如何定义的？ 我们可以通过身体的感知器官感觉并分辨温度差。然而，我们往往只能定义物体是冷是热，却 不能将这种感觉量化。 温度的涵义到底是什么呢？温度，即表示某物质每个粒子的平均动能。要通过这种能量来量化 温度首先要定义温标，需要确定与某种材料温度相关的某个定点。最常见的定点是绝对零度即 0K，以及水三相点（固态、液态、气态并存的点）273.16K。定点值的确定使绘制温度的直线 图成为可能。其它定点值离上述点很远，例如氖的三相点是24.5561K，银的凝固点是 1234.93K。这些定点值在最新版的《国际温标（1990年版）》 (ITS-90) 中确定。 正确测量温度 测量温度的方法有多种，从简单的二极管到高精度的热噪声温度计。 温度计可以分为两类：第一类温度计和第二类温度计。 第一类为不需要用其他温度测量设备做预先校准的温度计。他们都是通过测量物理量，计算物 理量和温度间的关系来确定温度的。例如气体温度计、热噪声温度计和应用测量黑体辐射的温 度测量设备。这些温度传感器常常用于专门的实验室，使用起来相当复杂并且往往价格昂贵。 第二类温度计则需要校准。工业上主要使用的是第二类温度计。特别是热电阻或热电偶温度传 感器使用最为广泛。当安装温度传感器时，需要了解一些简单的基础原理：温度传感器主要测 量的是它自身的温度。所以传感器必须尽可能靠近测量物安装并尽可能地避免环境影响，因为 测量地点的干扰可能会使温度测量结果出现一些偏差。环境温度和介质温度较大的差异也可能 会导致错误的测量值。如果传感器安装在保护套管中，也就意味着它远离了真实的测量点，温 度传感器灵敏度会降低，测量值可能与真实值出现背离。 主要测量原理 基于精确性和易于进一步处理测量信号的要求，下列测量原理十分适用于工业环境温度监测： 热电阻温度计 热电阻温度计通过热电阻测量温度。纯金属，特别是贵金属有最大的阻值变化率，适合用来制 作温度传感器。电阻温度计分为正温度系数（PTC）型和负温度系数（NTC）型，正温度系数型即阻值随温度的上升而增加，负温度系数型则是阻值随温度的上升而减少。如果电阻呈标准 的线性特性，温度值可以很容易地通过多项式估算出来。一般地说，电阻温度计测量范围为-250℃至1000℃。标准的铂电阻是主要的检测器件，Pt100在0℃时为100 Ω，可用于 精确测量高达850℃的温度。 热电偶温度计 一个热电偶由两个不同的金属或半导体连接而成。基于塞贝克效应，若接合处的温度发生变化，则会在不同金属间将产生电势差。所形成的电势差取决于温度，温度差值对于不同金属的变化 量也不同。温度差可在热端和冷端的接合处测得。如果要测热端的温度，则冷端温度必须已知，而冷端的温度是由其他的温度传感器测量的。根据热电原理，热端的温度可计算确定。热电偶 几乎都用于1000℃及以上的温度测量。 定义
1-4传感器作业
第一章 传感器概论 思考题与习题 1-1 简述检测系统和自动控制系统的组成及其各部分的功能。 答：（1）一个完整的检测系统由激励装置、测量装置、数据处理装置和显示、记录装置四大部分。 图1-1 检测系统组成框图 激励装置是激励被测量对象产生表征其特征信号的一种装置。激励装置的核心部分是信号发生器，由它产生各种信号激励被测对象。测量装置是把被测对象产生的信号转换成易于处理和记录的信号的一种装置。数据处理装置对从测量装置输出的信号进行处理、运算、分析，以提取有用的信息，使人们对客观事物的动态过程有更深入的认识。显示、记录装置是把测量的信号变为人们感觉所能理解的形式，以提供人们观察和分析的装置。 （2）典型的自动控制系统组成框图如图1-2所示。 图1-2 自动控制系统组成框图 系统通过检测装置获取变化的被控参数信息，并经过反馈环节把它引回到系统的输入端，与给定值比较后成为误差信号，控制器按误差信号的大小产生一相应的控制信号，自动调整系统的输出，使其误差趋向于零。 1-2 简述传感器的组成及其各部分的功能。 答：传感器一般由敏感元件和转换元件两部分组成，有时也将转换电路及辅助电源作为传感器的组成部分，其组成框图如图1-3所示。
图1-3 传感器组成框图 敏感元件直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（其中也包括电量）的元件。转换元件也称传感元件，通常它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电参量再输出。转换电路将转换元件输出的电参量转换成电压、电流或频率量。若转换元件输出的已经是上述电量，则就不需要基本转换电路了。 1-3 对某传感器进行特性测定所得到的一组输入—输出数据如下： 输入xi: 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 输出yi: 2.2 4.8 7.6 9.9 12.6 15.2 17.8 20.1 22.1 试计算该传感器的非线性度和灵敏度。 答： 1．端点法方程y=24.555x 非线性误差（线性度）%8.21.22605.0%100==??= FS m f Y y E 灵敏度K=24.56 x y y fit Δ=y-25.2x+0.1222 Δ=y-24.55x 0.1 2.2 2.3978 -0.1978 -0.255 0.2 4.8 4.9178 -0.1178 -0.11 0.3 7.6 7.4378 0.1622 0.235 0.4 9.9 9.9578 -0.0578 0.08 0.5 12.6 12.4778 0.1222 0.325 0.6 15.2 14.9978 0.2022 0.47 0.7 17.8 17.5178 0.2822 0.615 0.8 20.1 20.0378 0.0622 0.46 0.9 22.1 22.5578 -0.4578 0.005
多传感器信息融合技术概论
多传感器信息融合技术概述 摘要：传感器信息融合，是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征。信息融合技术已经广泛应用于信息电子学、计算机科学、自动化等领域，下面从五个方面做概述。 关键词：多传感器；信息融合 1 多传感器信息融合基本原理 多传感器信息融合是人类和其他生物系统中普遍存在的一种基本功能。人类本能地具有将身体上的各种功能器官所探测到的信息（景物、声音、气味和触觉等）与先验知识进行综合的能力，以便对他周围的环境和正在发生的事件作出估计。多传感器信息融合的基本原理就像人脑综合处理信息的过程一样，它充分地利用多个传感器资源，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，产生对观测环境的一致性解释和描述。 信息融合的目标是基于各传感器分离观测信息，通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。它的最终目的是利用多个传感器共同或联合操作的优势，来提高整个传感器系统的有效性。 2 多传感器信息融合的几种方法 2.1 卡尔曼滤波（KF） 该方法用测量模型的统计特性，递推决定统计意义下最优融合数据合计。如果系统具有线性动力学模型，且系统噪声和传感器噪声可用高斯分布的白噪声模型来表示，则KF 为融合数据提供惟一的统计意义下的最优估计，它的递推特性使系统数据处理不需大量的存储和计算。 KF分为分散卡尔曼滤波（DKF）和扩展卡尔曼滤波（EKF）。DKF可实现多传感器数据融合完全分散化，其优点是，单个传感器节点失效不会导致整个系统失效。而EKF 的优点是，可有效克服数据处理不稳定性或系统模型线性程度的误差对融合过程产生的影响。 2.2 人工神经网络法
传感器的概述
传感器概述 班级：B1509 姓名：李昱良 学号：0915150901 传感器概述摘要：
传感器（英文名称：transducer/sensor）是直接作用于被测量、并能按一定规律将其转化为同种或别种量值输出的器件。目前，传感器转换后的信号大多是电信号，因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换为电信号的装置。 【关键词】传感器种类新型 传感器的定义 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。 传感器的应用 常见的： 1.自动门，利用人体的红外微波来开关门 2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的 3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象 4.电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的 5.水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是…… 智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。Cygnus公司生产了一种"葡萄糖手表",其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。"葡萄糖手表"上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。 传感器的功能 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉 传感器的作用 传感器技术、通信技术和计算机技术被称为现代信息技术的三大支柱。 信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件……传感器已成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。 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广泛的领域。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，传感器在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十
传感器概述
传感器概述 一、摘要 传感器是能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转化成某种可用信号的器件或装置。传感器分类有多种，划分方式不同将会有不同的分类。 同时传感器技术作为信息技术的三大支柱之首，拥有着不可替代的地位，同时也拥有着很广阔的发展前景，将成为未来信息发展最重要的一部分。 二、关键词 传感器分类作用地位发展方向 三、正文 0．引言 大三已经开学，《传感器原理与应用》这门课也进入了我们的视野。一个星期过了，我们通过学习已经初步了解了传感器。应老师要求，特写此论文来表述自己的学习成果。 I．概述 这篇论文将从传感器的定义，分类，作用，地位，发展动向等几个方面叙述传感器。 II．正文 一、传感器的定义。 随着时代的发展，作为信息技术三大支柱之首的传感器技术已日趋发展成熟。无数传感器也出现了我们的身边。小到我们使用的家电，大到整个信息系统，都充满了很多种传感器。这篇论文就传感器进行一个概述。 传感器，是人类为了了解外界的信息而发明的。学术上定义：能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转化成某种可用信号的器件或装置，成为传感器。狭义的讲，将非电信号转换为电信号的装置被称作传感器。由于传感器是人们根据人体自身五官感发而来，所以说，传感器是生物体感官的工程模拟物；反之，生物体的感官则可以看作是天然的传感器。 二、传感器的分类。 传感器用途纷繁，原理各异，形式多样，所以分类方法也有很多种。分类最详细的常用的，是按照外界输入信号转化成电信号过程中所利用的效应来分类。可以分为物理传感器，化学传感器，生物传感器。每一个大项下面又拥有许多小项，就生物传感器而言，又可分为生理传感器和生化传感器。 传感器的第二种分类方法可以按照输入量进行分类。这种传感器分为位移（线位移和角位移）、速度、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度、光、热、电压、电流、气体成分、浓度和粘度传感器等。例如：输入信号是用来表示压力大小的，就称为压力传感器。而用户和生产厂家所关心的各种待测信息的种类，正好与这种分类方法相对应。