感測器與自動檢測技術
第一章1、檢測的定義：檢測是利用各種物理、化學反應、選擇合適的方法與裝置，將生產、科研、生活等各方面的有關資訊通過檢查與測量的方法賦予定性或者定量結果的過程。 能夠自動的完成整個檢測處理過程的技術成為自動檢測與轉換技術。
2檢測系統的一般構成框圖：
1） 感測器是檢測系統的第一環節，設計時要充分考慮被測量和被測物件的特點，在了解被測物件和各種感測器的特性的基礎上，根據被測量精度的要求、被測量變化範圍、被測量所處的環境條件、感測器的體積以及整個檢測系統的效能要求等限制，合理地選擇感測器。
2） 訊號調理電路是對感測器的傳輸電訊號做進一步的加工處理，多數是進行訊號之間的轉換，包括對訊號的轉換、放大濾波等。
3） 紀錄、顯示儀器是將所測的訊號變成一種能成為人們所理解的形式，以供人們觀察和分析。
4） 訊號分析處理用來對測試所得的實驗資料今夕處理、運算、邏輯判斷、線性變換，對動態測試結果做頻譜分析（幅值譜分析、功率譜分析）、相關分析等，完成這些工作必須採用計算機技術。 資料處理結果通常送到顯示器和執行機構去。所謂的執行機構通常指各種繼電器、電磁鐵、電磁閥門、電磁調節閥、伺服電動機等，他們在電路中是起通斷、控制、調節、保護等作用的電氣裝置。
3、感測器的定義：能夠感受（或響應）規定的被測量，並按照一定規律轉換成可用輸出訊號的期間或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。
4、感測器一般由敏感元件、轉換元件和其他輔助元件組成。
1)敏感元件——感受被測量，並輸出與被測量成確定關係的其他量的元件。
2）轉換元件——又稱感測元件，是感測器的重要組成元件。
5、訊號調理與轉換電路——能把感測元件輸出的電訊號轉換成便於顯示、紀錄和控制點有用訊號的電路。
感測器組成框圖：
6、通常用來描述靜態響應特性的指標有測量範圍、靈敏度、非線性度、回程誤差等。
7、精確度（精度）指標有三個：精密度、正確度和精確度。
1）精密度 ：說明結果的分散性。 越**明結果越精密（對應隨機誤差）。
2）正確度 ：說明測量結果偏離真實值大小的程度（對應系統誤差）。
3) 精確度 ：含有精密度和正確度兩者之和的意思，即測量的綜合優良程度。
7、系統的動態響應特性一般通過描述系統的微分方程、傳遞函式、頻率響應函式、單位脈衝響應函式等數學模型來進行研究。
8、要實現不是真檢測，檢測系統的幅頻特性應為常數，相頻特性應為線性。a(ω)=|g(jω)|≠a(常數)引起的失真稱為幅值失真，φ(ω)與ω之間不滿足線性關係引起的失真稱為相位失真。
第二章1、真值：指一定的時間及空間條件下，被測量客觀存在的實際值。
2、標稱值：計量或測量器具上標註的量值。
3、示值：由測量儀器給出或提供的量值，也稱測量值。
4、測量結果的精密度：反映測量結果與真值接近程度的量。它與誤差大小對應，即：誤差大，精度低；誤差小，精度高。可細分為：
一、準確度（反應測量中系統誤差的大小，即測量結果偏離真值的程度）；
二、精密度（反應測量中隨機誤差的大小，即測量結果的分散程度）；
三、精確度（反應測量中系統誤差與隨機誤差綜合影響的程度）。
其中，精密度與準確度的區別由圖2.1可知，曲線1表示準確卻不精密（δ小，σ大）的
測量，曲線2表示精密卻不準確（δ小，σ大）的測量。要同時兼顧準確度和精密度，
才能成為精確的測量
5測量誤差分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差三大類。（1） 系統誤差——在相同條下，對同一被測量進行多次重複測量時，出現某種保持恆定或按一定規律變化著的誤差稱為系統誤差。凡誤差的數值固定或按一定規律變化者，均屬於系統誤差。
2）隨機誤差——在相同條件下，對同一被測量進行多次重複測量時，受偶然因素影響而出現誤差的絕對值和符號以不可預知的方式變化著，則此類誤差稱為隨機誤差。隨機誤差不可能修正
6.系統誤差的判別：
a）大體上正負相間無顯著變化規律——不存在系差；（b）有規律地向乙個方向成比例變化——有線性系差存在；（c）有規律地重複交替呈週期性變化——週期性系差存在；（d）呈週期性與線性復合變化——複雜系差存在。
7.通常，用絕對誤差來評價相同被測量測量精度的高低，相對誤差可用於評價不同被測量測量精度的高低。為了減少儀器表引用誤差，一般應在滿量程2/3範圍以上進行測量。
第三章1、半導體應變片是用半導體材料，採用與絲式應變片相同方法製成的半導體應變片。
2、電阻式感測器的測量電路常用橋式測量電路。
3、電容式感測器是利用將非電量的變化轉化為電容量的變化來實現對物理量的測量。可分為變極距型、變極板面積型、變介質型三種型別。
4、電感式感測器是利用電磁感應原理將被測的非電量的變化轉換成線圈的自感係數l或者互感系數m的變化的裝置。可分為自感係數變化型和互感系數變化型。
5、可變磁阻型自感式感測器又分為氣隙厚度變化型、氣隙面積變化型和螺管型三種型別。
6、電感感測器所採用的測量電路一般為交流電橋。
7、互感式感測器則是把被測量的變化轉換為變壓器的互感變化。由於變壓器的二次線圈常接成差動形式，故又稱為差動變壓器式感測器。差動變壓器式感測器的應用非常廣泛，凡是與位移有關的物理量均可經過它轉換成電量輸出。
常用於測量振動、厚度、應變、壓力、加速度等各種物理量。
8、根據電渦流效應製成的感測器叫做電渦流式感測器。可分為高頻反射型和低頻投射型兩類。
9、用於電渦流式感測器的測量電路主要有調頻式、調幅式電路兩種。
10、壓電式感測器是以具有壓電效應的元件作為轉換元件的有源感測器。
11、壓電效應：當某些物質沿其一定方向施加壓力或者拉力時，會產生形變，此時這種材料的兩個表面將產生符號相反的電荷。
12、壓電材料可分為：壓電晶體和壓電陶瓷。常見的壓電晶體有天然和人造石英晶體
壓電陶瓷是人造多晶體系壓電材料。常用的有鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮酸鹽系壓電陶瓷。
13、壓電感測器可用來測量力、壓力、加速度、位移等物理量。
14、磁電式感測器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉速等)轉換成電訊號的一種感測器，也成電磁感應感測器。根據結構方式不同，磁電感應式感測器通常有兩種：動圈式和磁阻式。
15、熱電式感測器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置。
16、將兩種不同材料的導體a和b串接成乙個閉合迴路，當兩個接點溫度不同時，在迴路中就會產生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應或賽貝克效應。
17、熱電偶的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。
18、實踐證明，在熱電偶迴路中起主要作用的是兩個結點的接觸電勢，因而將單一導體的溫差電動式忽略不計。則
19、熱電偶定律：
1）中間導體定律：在熱電偶測溫迴路內，接入第三種導體時，只要第三種導體的兩端溫度相同，則對迴路的總熱電勢沒有影響。
2）中間溫度定律：在熱電偶測溫迴路中，tm為熱電極上某一點的溫度，熱電偶ab在接點溫度為（t，t0）時的熱電勢eab (t，t0)等於熱電偶ab在接點溫度（t，tm）和（tm，t0）時的熱電勢eab (t，tm)和eab (tm，t0)的代數和。
20、 熱電阻感測器：利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理(熱阻效應）製成的感測器。熱電阻感測器分為：
金屬熱電阻和半導體熱電阻。金屬熱電阻：熱電阻；半導體熱電阻：
熱敏電阻。
21、 熱電阻材料主要是鉑、銅、鎳、釒因、錳等。用得最多的是是鉑、銅。鎳和鐵的電阻溫度係數大，電阻率高，可用於製成體積大、靈敏度高的熱電阻。
但由於容易氧化，化化學穩定性差，不易提純，重複性和線性度差，目前應用還不多。
22、 按半導體電阻－溫度特性，熱敏電阻可分為三類：
（１）負溫度係數的熱敏電阻（ntc）（２）正溫度係數的熱敏電阻（ptc）
（３）臨界溫度係數的熱敏電阻（ctr）
23、最常見的熱敏電阻是由金屬氧化物組成的，如錳、鈷、鐵、鎳、銅等多種氧化物燒結而成。
24、光電式感測器是將光訊號轉換為電訊號的光電器件,可用於檢測直接引起光強變化的非電量,也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量。
25、光電式感測器的基礎是光電轉換元件的光電效應。光電效應可分為兩類：外光電效應和內光電效應。
1） 外光電效應：在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象稱為外光電效應。
2） 內光電效應：在光線作用下，物體的導電性能發生變化或產生光生電動勢的效應稱為內光電效應。內光電效應又可分為光電導效應和光伏特效應。
光伏特效應：在光照條件下，半導體材料吸收光能後，引起pn結兩端產生電動勢現象稱為光伏特效應。
26、基於光電導效應工作原理製成的光電器件有光敏電阻。光敏電阻又稱光導管，幾乎都用半導體材料製成的光電。
27、基於光生伏特效應原理製成的光電器件有光電二極體、光電三極體和光電池。
28、電荷耦合器件（charge couple device, 縮寫為ccd）是一種大規模金屬氧化物半導體（mos）積體電路光電器件。電荷耦合器件以電荷為訊號， 具有光電訊號轉換、 儲存、 轉移並讀出訊號電荷的功能。
29、霍爾感測器是基於霍爾效應的一種磁敏式感測器。
30、光纖感測器（fos）是基於光纖纖維的新型感測器。
31、振動頻率20khz以上的機械波成為超聲波。
32、微波是指波長為1mm~1m的電磁波。
33、微波感測器可以分成反射式和遮斷式。
34、微波感測器的優點：
1）可以實現非接觸測量，因而可以進行活體檢測，大部分測量不需要取樣。
2）檢測速度快、靈敏度高可以進行動態檢測和實時處理，便於自動控制。
3）可以在惡劣環境條件下進行檢測，如在高溫、高壓、有毒、有放射線環境條件下工作。
4）輸出訊號可以方便地調製在載波訊號上進行發射與接收，便於實現遙測與遙控。
35、微波感測器存在的問題：主要問題是零點漂移和標定問題，這些問題尚未得到很好的解決。另外，是用微波感測器的時候外界的因素影響比較多，如溫度、氣壓、取樣位置等。
36、紅外線：比紅光波長更長的光叫紅外線。是一種不可見光，由於位於可見光中紅外線以外的光，故稱紅外線。
37、核輻射感測器是根據被測物質對射線的吸收，反、散射或射線對被測物質的電離激發作用而進行工作的。它是利用放射性同位素來進行測量的。
38、數字感測器：就是把被測模擬量直接轉換成數字量輸出的感測器。
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無線感測器網路知識點總結回顧
以下內容為本門課程的知識點總結，複習請對照教材 第一章1 無線感測器網路的英文全稱p2 2 無線電波傳播方式 地波 天波 空間波p3 3 廣義通道分類及模型p4 4 最常見的短距離無線通訊技術 藍芽 wifi zigbee。從單點傳輸距離 傳輸速率 網路節點數等方面比較三種技術p5 5 無線感測器網...
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