1、本文檔根據(jù)老師最后一次課上課時所說的相關(guān)內(nèi)容并根據(jù)我自己的個人情況簡要整理，相對簡潔， 和大家分享一下。考慮到老師說的內(nèi)容和考試內(nèi)容相比，可能不夠完整；而且個人水平有限，不可能把握的很準(zhǔn)確，所以只是參考而已。建議大家根據(jù)自己的理解補充完善第一章：傳感器概論1、傳感器的定義：傳感器（或敏感元件）基于一定的變換原理 /規(guī)律將被測量（主要是非電量的測量，可采用非電量電測技術(shù)）轉(zhuǎn)換成電量信號。變換原理 /規(guī)律涉及到物理、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科。2、傳感器的組成：傳感器一般由敏感元件（將非電量變成某一中間量）、轉(zhuǎn)換元件（將中間量轉(zhuǎn)換成電量）電路（將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變換成可直接利用的電信號）三部分組

2、成，有的傳感器還需加上輔助電源。、測量3、傳感器的分類按變換原理分類>利用不同的效應(yīng)構(gòu)成物理型、化學(xué)型、生物型等傳感器。按構(gòu)成原理分類：結(jié)構(gòu)型：依靠機械結(jié)構(gòu)參數(shù)變化來實現(xiàn)變換。物性型：利用材料本身的物理性質(zhì)來實現(xiàn)變換。按輸入量的不同分類 >溫度、壓力、位移、流量、速度等傳感器按變換工作原理分類 :電路參數(shù)型 :電阻型、電容型、電感型傳感器按參電量如： Q（電量）、I 、U 、 E 等分類 : 磁電型、熱電型、壓電型、霍爾型、光電式傳感器4、傳感器技術(shù)的發(fā)展動向：教材表述：發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、開發(fā)新材料、采用微細(xì)加工技術(shù)、研制多功能集成傳感器、智能化傳感器、新一代航天傳感器、仿生傳感器老師表

3、述：微型化、集成化、廉價。第二章：傳感器的一般特性1、靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)的四種典型靜態(tài)特性線性度：傳感器的輸出與輸入之間的線性程度。傳感器的理想輸出-輸入特性是線性的。靈敏度：系統(tǒng)在靜態(tài)工作的條件下，其單位輸入所產(chǎn)生的輸出，實為擬合曲線上某點的斜率。即 SN=輸入量的變化/輸出量的變化 =dy/dx遲滯性：特性表明傳感器在正（輸入量增大） 反（輸入量減小） 行程期間輸出-輸入特性曲線不重合的程度。（產(chǎn)生的原因：傳感器機械部分存在的不可避免的缺陷。）重復(fù)性：重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測量時所得特性曲線不一致程度。曲線的重復(fù)性好，誤差也小 。產(chǎn)生的原因與遲滯性類似。精確度 .測量

4、范圍和量程.零漂和溫漂 .2、動態(tài)特性：（傳感器對激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性）動態(tài)誤差：輸出信號不與輸入信號具有完全相同的時間函數(shù)，它們之間的差異。包括：穩(wěn)態(tài)動態(tài)誤差、暫態(tài)動態(tài)誤差動態(tài)測試中的兩個重要特征：時間響應(yīng)、頻率響應(yīng)第三章：傳感器中的彈性敏感元件1、什么叫敏感材料?對電、光、聲、力、熱、磁、氣體分布等待測量的微小變化而表現(xiàn)出性能明顯改變的功能材料。半導(dǎo)體材料最主要的特點是對溫度、光、電、磁、各種氣體及壓力等外界因素具有敏感特性，是制造磁敏、熱敏、光敏、力敏、離子敏等傳感器件的主要材料。2、引言：（ 1）變形：物體在外力作用下，改變原來的尺寸和形狀的現(xiàn)象。（ 2）剛度：彈性敏感元件在

5、外力的作用下抵抗變形的能力（ 3）彈性元件：具有彈性變形特性的物體。彈性敏感元件作用：把力、力矩或壓力變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移;然后由各種轉(zhuǎn)換元件，將被測力、 力矩或壓力轉(zhuǎn)換成電量。3、彈性敏感元件的基本特性：（ 1）彈性特性：作用在彈性敏感元件上的外力與其引起的相應(yīng)變形（應(yīng)變、位移或轉(zhuǎn)角）之間的關(guān)系。可由剛度或靈敏度來表示。klimFdF（ 2）剛度：彈性敏感元件在外力作用下抵抗變形的能力。x 0xdx（ 3）靈敏度是剛度的倒數(shù)（ 4）彈性滯后：彈性元件在彈性變形范圍內(nèi)，彈性特性的加載曲線與卸載曲線不重合的現(xiàn)象。（ 5）彈性后效：彈性敏感元件所加載荷改變后，不時立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定時

6、間間隔中逐漸完成變形的現(xiàn)象。（ 6）應(yīng)力：反映物體一點處受力程度的力學(xué)量（ 7）應(yīng)變：用以描述一點處變形的程度的力學(xué)量是該點的應(yīng)變（ 8）彈性模量 =線性應(yīng)力 / 線性應(yīng)變第四章：電阻應(yīng)變式傳感器1、電阻應(yīng)變片的種類（P63P65）絲式應(yīng)變片：（ 1）回線式應(yīng)變片（ 2）短接式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片薄膜應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片2、應(yīng)變效益： 金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外力作用時，會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變（拉伸或壓縮） ，其電阻也將隨之發(fā)生變化。通過彈性敏感元件轉(zhuǎn)換作用，將位移、力、力矩、加速度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)變因此可以將應(yīng)變片由測量應(yīng)變擴展到測量上述參數(shù)，從而形成各種電阻應(yīng)變式傳感器。第五章：電容式傳感器1、電容

7、式傳感器工作原理：由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時，其電0rAC容量與真空介電常數(shù)、極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)、極板的有效面積以及兩極板間的距離d 有關(guān)：d若被測量的變化使式中d、三個參量中任意一個發(fā)生變化時，都會引起電容量的變化，因此可分為三種：變間隙式、變面積式、變介電常數(shù)式。第六章：電感式傳感器（目測老師上課時沒講，之后視情況補充）第七章：壓電式傳感器1、概念：壓電式傳感器是以具有壓電效應(yīng)的壓電器件為核心組成的傳感器，已被廣泛應(yīng)用于超聲，通信，宇航，雷達和引爆等領(lǐng)域。2、（ 1）正壓電效應(yīng)（壓電效應(yīng)）：在電介質(zhì)的一定方向上施加機械力而產(chǎn)生電的極化，導(dǎo)致兩

8、個相對表面（極化面）上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷Q，且其電位移 D 與外應(yīng)力張量T 成正比：D=dT （ d壓電常數(shù)矩陣即壓電系數(shù)？ ）當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力消失，電荷極性隨之而變。（ 2）逆壓電效應(yīng)（電致伸縮） ：施加電場時，應(yīng)變 S 與外電場強度 E 成正比： S= dE（d逆壓電常數(shù)矩陣即壓電系數(shù)？ ）機電械壓電元件能量即能量類型轉(zhuǎn)換：量教材表述：x 軸平行于正六面體的棱線，稱為電軸；y 軸垂直于正六面體的棱面，稱為機械軸；z 軸表示其縱向軸，稱為光軸。壓電效應(yīng)：這些物質(zhì)（壓電材料）在沿一定的方向受到壓力或拉力作用而發(fā)生形變時，其表面上會產(chǎn)生電荷；若將外力去掉時他們又回到不帶電

9、的狀態(tài)，這種現(xiàn)象就稱為壓電效應(yīng)。在每一切片中， 當(dāng)沿電軸方向加作用力F 時，則在于電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷Q。逆壓電效應(yīng)：在片狀壓電材料的兩個電極面上，如果加以交流電壓，那么壓電片能產(chǎn)生機械振動， 即壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象壓電材料的這種現(xiàn)象稱為“電致伸縮效應(yīng)” ，也叫“逆壓電效應(yīng)” 。3、相關(guān)傳感器：壓電式加速度傳感器、壓電式力傳感器、壓電式壓力傳感器、測力傳感器第八章：磁電式傳感器1、概念：磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理,將輸入運動速度變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器。有時也稱作電動式或感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng) N匝線圈在均恒磁場內(nèi)運動時,設(shè)穿過線圈的磁通為 ,則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢

10、 eed與磁通變化率 d /dt 有如下關(guān)系：Ndt2、霍爾傳感器（ppt 上沒有相關(guān)內(nèi)容，大家自己補充）第九章：熱電式傳感器1、熱電偶溫度計（熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表）（ 1）組成：熱電偶（敏感元件） : 必須用兩種不同的材料作熱電極>1連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線（補償導(dǎo)線及銅導(dǎo)線）>2231測量儀表（動圈儀表或電位差計）>3（ 2）結(jié)構(gòu)：熱電偶是由兩種不同材料的導(dǎo)體焊接而成；導(dǎo)體被稱為熱電極。工作端或熱端：焊接的一端用來感受被測介質(zhì)的溫度。自由端或冷端：與導(dǎo)線相連端。（ 3）熱電偶的基本原理：熱電效應(yīng)：在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不

11、同時，回路中就要產(chǎn)生熱電勢，稱為 Seebeck 電勢。這一物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。回路的總熱電勢為： AB 為熱電勢率或 Seebeck 系數(shù)，其值隨電極材料和兩接點的溫度而定。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電勢由珀爾帖效益和湯姆遜效應(yīng)引起。接觸電勢（珀爾帖電勢）>珀爾帖效應(yīng)將同溫度的兩種不同的金屬互相接觸。由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在金屬A 和 B 的接觸處會發(fā)生自由電子的擴散現(xiàn)象，從密度大的A 擴散到 B；使 A 帶正電，B 帶負(fù)電；直到在接點處建立了強度充分的電場，EAB (T)AB能夠阻止電子擴散達到平衡為止。兩種不同金屬的接點處產(chǎn)生的電動勢稱為接觸電勢。溫差電勢>Thomson

12、效應(yīng)假設(shè)在一勻質(zhì)棒狀導(dǎo)體的一端加熱，則沿此棒狀導(dǎo)體有一溫度梯度。導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴散，并在溫度較低一端積聚起來，使棒內(nèi)建立起一電場。當(dāng)該電場對電子的作用力與擴散力相平衡時，擴散作用停EA(T)TTo止，電場產(chǎn)生的電勢稱為Thomson 電勢（溫差電勢） 。TEAB (T,T0 )AB dT EAB (T) EAB (T0 )溫差電勢遠(yuǎn)小于接觸電勢，常把它忽略掉。回路的總熱電勢為：T0(4)插入第三種導(dǎo)線的問題 :在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。(5)補償導(dǎo)線的選用:(工作端與冷端離得很近， 而且冷端又暴露

13、在空間，受周圍環(huán)境溫度的影響， 冷端溫度難以恒定。 )可以采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用導(dǎo)線稱為“補償導(dǎo)線”。不同的熱電偶所用的補償導(dǎo)線也不同。(6)熱電偶的溫度補償方法（教材上表述方法有些許不同，大家自己補充吧）0恒溫法：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將清潔的水和冰鞋混合后放在保溫容器內(nèi)，可使T0保持 0補正系數(shù)修正法：設(shè)冷端溫度為tn，此時測得溫度為 t1，其實際溫度應(yīng)為t= t 1+ktn（ k：補正系數(shù)）延伸電極法：原理為連接導(dǎo)體定律補償電橋法：利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補償熱電偶參考端溫度變化引起的電勢變化（ 7）熱電偶的使用誤差分度誤差： 熱電偶的分度是指將熱電偶置于給定溫度

14、下測定其熱電勢，以確定熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系。方法有標(biāo)準(zhǔn)分度表分度和單獨分度兩種。儀表誤差 =（ Tmax -T min） K（式中T max、 Tmin：儀表量程上，下限； K ：儀表的精度等級。 ）延伸導(dǎo)線誤差：一種是由延伸導(dǎo)線的熱特性與配用的熱電偶不一致引起的；另一種是由延伸導(dǎo)線與熱電偶參考端的兩點溫度不一致引起的。這種誤差應(yīng)盡量避免。動態(tài)誤差產(chǎn)生原因：由于測溫元件的質(zhì)量和熱慣性，用接觸法測量快速變化的溫度時，會產(chǎn)生一定的滯后，即指示的溫度值始終跟不上被測介質(zhì)溫度的變化值，兩者之間會產(chǎn)生一定的差值。修正方法：在熱電偶測量系統(tǒng)中引入與熱電偶傳遞函數(shù)倒數(shù)近似的RC或RL網(wǎng)絡(luò)漏電誤差產(chǎn)生原因：

15、隨溫度升高（特別是在高溫時）時，絕緣效果明顯變壞，是熱電勢輸出分流。（ 8）熱電偶的基本定律（ P158）：均質(zhì)導(dǎo)體定律：兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電極的直徑、長度及沿?zé)犭姌O長度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電極材料和兩端溫度有關(guān)。中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中插入第三、四 種導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體的兩端溫度相同，切插入導(dǎo)體是均質(zhì)的，則無論插入導(dǎo)體的溫度分布如何，都不會影響原來熱電偶的熱電勢的大小。中間溫度定律：熱電偶在接點溫度為 T,T0 時的熱電勢等于該熱電勢在接點溫度為 T,Tn 和 Tn ，T 0 時相應(yīng)的熱電勢的代數(shù)和，即： EAB (T,T 0)=E AB (T,T n)+EAB

16、 (T n,T 0)(9)熱電偶對熱電極的材料的基本要求任意兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體都能配成熱電偶，熱電勢，但作為實用的測溫元件，不是所有的材料都適于制作熱電偶。基本要求是：熱電特性穩(wěn)定，即熱電勢與溫度的對應(yīng)關(guān)系不會變動熱電勢要足夠大，易于測量熱電勢，且課得到較高的準(zhǔn)確度熱電勢與溫度為單值關(guān)系，最好成線性關(guān)系，或者是簡單的函數(shù)關(guān)系當(dāng)兩個接點溫度不同時就能產(chǎn)生電阻溫度系數(shù)和電阻率要小，否則熱電偶的電阻講隨熱端溫度而有較大的變化，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性物理成分穩(wěn)定，化學(xué)成分均勻，不易氧化和腐蝕材料的復(fù)制性好材料的機械強度要高2、兩種熱電式傳感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系：熱電阻傳感器（將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化）熱電偶傳感器

17、（將溫度變化轉(zhuǎn)化為熱電勢變化）3、熱電阻傳感器電阻式測溫系統(tǒng)是利用熱電阻和熱敏電阻的電阻率溫度系數(shù)而制成溫度傳感器的。 大多數(shù)金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻率都隨溫度發(fā)生變化，都稱為熱電阻。純金屬有整的溫度系數(shù)，半導(dǎo)體有負(fù)的溫度系數(shù)。（ 1）熱電阻材料的特點：高溫度系數(shù)，高電阻率化學(xué)和物理性能穩(wěn)定良好的輸出特性良好的工藝性（ 2）熱敏電阻的特點負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻a：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的十倍。b：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可測量點溫度。c：電阻率高，熱慣性小，適宜動態(tài)測量。d：易于維護和進行遠(yuǎn)距離控制。e：制造簡單，使用壽命長。正溫度系數(shù)熱敏電阻臨界溫度系數(shù)熱敏電阻第十章：光電式傳感器1、分類

18、（光電式傳感器是能將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種器件，簡稱光電器件。它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)）：光電管光電倍增管光敏電阻光敏二極管和光敏晶體管光電池光電式傳感器的應(yīng)用光電耦合器件(補 )測量非電量時 : 非電量的變化轉(zhuǎn)化為光量的變化，通過光電器件的作用，將光量的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化2、光電式傳感器利用的效應(yīng)：光電效應(yīng)，分為：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、阻擋層光電效應(yīng)（光生伏打效應(yīng)）（ 1）外光電效應(yīng)：在光線作用下使物體的電子逸出表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。例如：光電管、光電倍增管（ 2）內(nèi)光電效應(yīng)：在光線作用下能使物體電阻值改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。例如：光敏電阻（ 3）在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向的電動

19、勢的現(xiàn)象，稱為阻擋層光電效應(yīng)（光生伏打效應(yīng)） 。例如 :光電池、光敏晶體管等3、光電管（充氣光電管：玻璃泡內(nèi)充少量惰性氣體，提高光電管靈敏度，但穩(wěn)定性、頻率特性等較差）原理：當(dāng)陰極受到適當(dāng)波長的光線照射時便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內(nèi)就產(chǎn)生了電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。4、光電倍增管它由光電陰極K 、若干倍增極E1E4 和陽極 A 三部分組成。光電陰極是由半導(dǎo)體光電材料制造的，入射光就在它上面打出光電子。倍增極數(shù)目在 4 14 個不等。在各倍增極上加上一定的電壓。陽極收集電子，外電路形成電流輸出。5、光敏電阻（沒有極性，純粹是一個電阻器件）當(dāng)無光照時，光敏電阻值(暗

20、電阻 )很大，電路中電流很小，此時的電流稱為暗電流。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值 （亮電阻 )急劇減少， 電路中電流迅速增加此時的電流稱為亮電流。光電流與暗電流之差，稱為光電流。6、光敏二極管和光敏晶體管（ 1）接法及原理：光敏二極管在電路處于反向偏置，在沒有光照射，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流。當(dāng)光照射在 pn 結(jié)上，通過 Pn 結(jié)的反向電流也隨著增加。如果入射光照度變化，通過外電路的光電流強度也隨之變動，可見光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。（ 2）光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有 2 個 pn 結(jié)。它在把光信號轉(zhuǎn)換為電信號同時又將信號電流加以放大

21、。又將信號電流加以放大。7、光電池（ 1）工作原理：當(dāng)光照到pn 結(jié)上時，如果光子能量足夠大，n 區(qū)和 p 區(qū)之間就出現(xiàn)電位差。用導(dǎo)線將pn 結(jié)兩端用導(dǎo)線連接起來電路中就有路流流過，電流的方向由 p 區(qū)流經(jīng)外電路至 n 區(qū)。若將電路斷開，就可以測出光生電動勢。（ 2）光電池對不同波長的光，靈敏度是不同的第十一章：智能式傳感器（這個好像也沒上。 。）第十二章：光導(dǎo)纖維傳感器1、光纖傳感器的工作原理光纖波導(dǎo)原理：光纖波導(dǎo)簡稱光纖，它是用光透射率高的電介質(zhì) (如石英、玻璃、塑料等 )構(gòu)成的光通路。它由折射率 n1 較大 (光密介質(zhì) )的纖芯和折射率 n2 較小 (光疏介質(zhì) )的包層構(gòu)成的雙層同心圓柱結(jié)構(gòu)。n0 : 光纖周圍媒質(zhì)的折射率n1：纖芯的折射率n2：包層的折射率: 光線纖端入射角：光線纖內(nèi)入射角：光線與軸線的夾角a : 纖芯半徑在光纖內(nèi)傳輸?shù)臈l件：0 （0：光線在纖芯包層分界面的臨界角。2、光纖的分類：纖芯直徑 22 12ma單模光纖n1n20.0005 0.01纖 - 皮折射率差n1按傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量50 500m纖芯直徑 2a多模光纖n1n20.01 0.02纖 - 皮折射率差n1纖芯折射率均勻階躍折射