目錄《感測器與檢測技術》串講資料 1
第一篇分章指導 1
第一章概述 1
第二章位移檢測感測器 6
第三章速度、加速度感測器 17
第四章力、扭矩和壓力感測器 23
第五章視覺、觸覺感測器 35
第六章溫度感測器 35
第七章氣敏、濕度、水份感測器 39
第八章感測檢測系統的構成 41
第九章訊號分析及其在振動測試中的應用 52
一、要點與要求
1．掌握感測器的作用和組成。
2．了解感測器的分類方法，理解下列名詞的含義。
(1)有源型和無源型感測器。
(2)物性型和結構型感測器。
(3)開關型、模擬型和數字型感測器。
(4)內部資訊感測器和外部資訊感測器。
3．掌握感測器的靜態特性及主要靜態效能指標，會計算靈敏度、線性度。
4．掌握感測器的動態特性及主要動態效能指標。
5．參照教材表1-2，熟悉感測器的其它效能指標。
6．理解感測器標定與校準的必要性，掌握感測器標定與校準的基本方法。
7．了解感測器與檢測技術的發展方向。
二、重點內容
（一）感測器的作用
感測器是能感受規定的被測量，並按照一定規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置。感測器可視為人體五官的延伸，現代感測技術在檢測人體五官所不能感受的引數方面創造了有利條件。在機電一體化系統中，如果沒有各種型別的感測器提供可靠、準確的資訊，計算機控制將難以實現。
（二）感測器的組成
感測器的組成見教材圖1-1。有些感測器敏感部分與轉換部分由不同元件組成，如應變式力感測器，彈性元件敏感被測力轉變為應變，應變片再將應變轉換為電阻的變化。有些感測器是兩部分合二為一，如壓電式力感測器中的壓電晶元（結合第三章、第四章內容）。
由於感測器本身輸出訊號很微弱，因此，需經過基本轉換電路處理才能傳輸、顯示和處理。若基本轉換電路與前兩部分分離，也可稱其為二次儀表。近年來，微電子整合技術迅速發展，能把三部分整合一體，從而，大大提高了系統的抗干擾性。
但這種整合必須保證效能引數完全合格，並有足夠大的空間。
（三）感測器的分類
機電一體化系統中所用感測器種類繁多，同一被測量可以用不同原理的感測器測量，同一原理的感測器也可以測量不同的被測量。材料科學的發展和固體物理效應的新發現，將不斷提供更多的新型感測器。了解感測器的分類，可加深理解其共性和特點，以便正確選用感測器。
1．感測器的分類
(1)按被測物件（輸入量）分如位移、速度、加速度、力、壓力、扭矩、時間、溫度感測器等。
(2)按工作原理分如電感式感測器，見教材表1-1及表1-1。
表1-1 感測器的分類
(3)按感測器的能量源分為有源型和無源型。
(4)按感測器的結構引數在訊號變換過程中是否發生變化分為結構型和物性型。
(5)按輸出訊號的性質分為開關型（二值型）、模擬型和數字型。
(6)按機電一體化系統中測量的目的分為內部資訊和外部資訊感測器。
為了便於使用者選用，感測器的名稱通常是(1)和(2)的綜合，如應變式力感測器、電渦流式位移感測器、壓電式加速度感測器等。
2．基本量與派生量、間接測量量的關係
了解基本量與派生量的關係，對根據檢測物件選擇感測器的型別很有幫助。因為，表面上被測量五花八門，但本質上許多非電量是從基本量派生出來的，見表1-2。如表面粗糙度、腐蝕度等可以認為是從基本量「位移」派生而來，所以，可用位移感測器測量。
了解基本量與派生量的關係，能發揮感測器的使用效能。另一方面，有些物理量是通過測量基本量而間接測量，如力、壓力等可以通過彈性元件轉變為位移，因此，位移感測器也可間接測量力、壓力等。了解基本量與間接測量量的關係，有助於理解感測器的工作原理。
（四）感測器的基本特性
感測器在檢測系統中是資訊的直接採集者。感測器應能準確感受被測量，且轉換為電量後不失真地傳輸給下一級，又不能對被測量有較大影響。因而，對感測器的基本特性有一定要求，如教材表1-2主要效能指標所示。
感測器在自動控制系統中是乙個檢測反饋元件，因而，對感測器也如控制系統中對測量元件的要求一樣，可參照控制理論中的有關部分。
表1-2 感測器輸入基本量與派生量的關係
1．靜態特性及評價指標
靜態特性指輸入量不隨時間變化時，感測器的輸出量與輸入量之間的關係。理想情況下，是線性方程，但感測器的實際特性常呈非線性，只可在一定條件、一定範圍內線性化，是感測器的測量範圍。不能用解析式表達的情況下，可用實驗曲線表示，再用回歸分析法求其經驗公式。
感測器的靜態指標有線性度、靈敏度、重複性、回程誤差等，其含義見教材上有關內容。圖1-1表示感測器的靜態指標。
圖1-1感測器的靜態指標
a)線性度b）靈敏度c）重複性
2．動態特性及動態指標
感測器或檢測系統對隨時間快速變化的被測訊號的反應能力稱為動態特性。
(1)動態特性的描述
系統對不同輸入訊號的響應特性也不相同。一般的輸入訊號有時間域確定訊號、頻率域訊號和隨機訊號。
①時間域常用的時間域訊號有階躍訊號和脈衝訊號；相應的系統輸出分別稱為階躍響應和脈衝響應。
②頻率域頻率域的輸入訊號為振幅不變、頻率按一定規律（對數或線性），掃瞄的正弦訊號。系統在其輸入訊號的激勵下，輸出訊號與輸入訊號在不同頻率時，穩態值的振幅比和相位差，即是系統的頻率響應特性。
③隨機訊號以偽隨機訊號或白雜訊作為輸入訊號，通過譜分析找出系統輸出、輸入訊號之間的有關統計特性，如自功率譜、互功率譜、相干函式等。
(2)動態引數
① 一階系統的時間常數越小，系統響應越快，工作頻帶越寬。
② 二階系統的固有角頻率、阻尼比為滿足不失真測量條件，最好。在此條件下，越高，不失真測量頻段越寬。
動態引數由系統本身的結構引數、固有特性所決定，如彈簧剛度、運動質量、電容、電阻的性質及大小、液體（氣體）的阻尼係數等，如
(3)動態指標
①響應時間為感測器能否迅速反應資訊的時域指標。一般表示感測器或檢測系統在階躍訊號激勵下，其輸出值與穩態值的相對誤差在±5%（或±2%）範圍內所需要的時間。越小，感測器的響應越快，動態效能越好。
②頻率響應範圍在感測器的對數幅頻特性曲線上，相對幅值變化±3db（即)時對應的頻率範圍。頻率響應範圍越寬，該感測器動態響應特性越好。
三、典型例題
例1-1 什麼是物性型感測器？什麼是結構型感測器？試舉例說明。
答物性型感測器在實現訊號的變換過程中，其結構引數基本不變化，而依靠敏感材料本身物理性質的變化實現訊號的變換。它以半導體、電解質、鐵電體等作為敏感材料的固態器件，如半導體力敏、熱敏、光敏、氣敏等固態感測器。物性型感測器結構體積小，易實現感測器生產的智慧型化、標準化、整合化。
結構型感測器則依靠感測器的幾何尺寸、形狀或位置等結構引數敏感被測量，常將被測量轉換為相應的電阻、電感、電容等物理量的變化。結構型感測器效能穩定，抗干擾能力強，但結構複雜，不易成批生產。常用結構型感測器如電感式、電容式、電阻式位移感測器。
例1-2 有源型感測器和無源型感測器有何木同？試舉例說明。
答無源型又稱參量型、能量控制型感測器。如r、l、c型感測器，它們都是無源器件，需要外加輔助電源，被測量通過感測器轉變為r、l、c的變化，並控制外加電源，最終產生正比於被測量的電訊號輸出。被測訊號作為調製訊號，外加電源作為載波，輸出訊號為調製波（如調幅波、調頻波）。
相應的測量電路為調製–解調放大器。
有源型也稱為能量轉換型、發電型感測器。如一台發電機，將非電能量轉換為電能。典型的有源型感測器如壓電式、熱電式、電磁式，輸出量為電勢、電荷等。相應的測量電路為電壓、電荷放大器等。
例1–3 感測檢測裝置不失真測量的條件是什麼？
答 ①時間域若感測器的輸入訊號為，輸出訊號為，則
為不失真測量條件。
式中 ——常數。
上式表明，輸出與輸入的幅值比為常數，輸出訊號始終滯後輸入訊號乙個恆定時間。
②頻率域
圖1-2為不失真測量的幅頻、相頻特性。
實際感測器不可能達到如此理想的程度。因為，式說明，輸入訊號中所包含各頻率成份的幅值在通過該感測器後均放大了倍，感測器必須具有無限寬頻帶。但實際系統有濾波和衰減作用，使輸入訊號中的某些頻率成份通過感測器時被濾掉或衰減。
所以，實際系統只能在一定頻率區段上，依據允許的誤差範圍滿足不失真測量條件。說明，輸出訊號相對於輸入訊號的相位滯後與頻率成正比。同理，此條件只能在一定頻段上滿足。
對於二階系統，當時，。
感測器與檢測技術總結
第一章概述 一 感測器的作用是 感測器是各種資訊的感知 採集 轉換 傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。二 感測器的定義 能夠感受規定的被測量並按照一定規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置。三 感測器的組成 被測量量 敏感元件 轉換元件 基本轉換電路 電量輸出 四 感測器的分類 按被測量物件...
感測器與檢測技術試題
班級 姓名學號成績 一 填空 20分 1 測量系統的靜態特性指標主要有線性度 遲滯 重複性 分辨力 穩定性 溫度穩定性 各種抗干擾穩定性等。2分 2 霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應強度相單位控制電流時的霍爾電勢的大小。2分 3 光電感測器的理論基礎是光電效應。通常把光線照射到物體表面後產...
感測器與檢測技術實踐報告
實驗報告 班級 姓名 謝春龍 學號 0566 2013年12月3日 一 實驗目的 了解金屬箔式應變片的應變效應，掌握單臂電橋工作原理和效能。二 實驗原理 電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關係式為r r k 式中 r r為電阻絲的電阻相對變化值...