《传感器与检测技术(重点知识点汇总).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器与检测技术(重点知识点汇总).docx（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、传感器与检测技术知识总结1:传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成 可输出信号的器件或装置。一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部 分组成。敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系 输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为 位移或应变输出）。转换元件是将敏感元件输出的非电量 转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信 号。基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的 电量。二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度， 力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要 检测系统的外部环
2、境状态，它有相对应的接触式（触觉传感 器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感 器、超声测距、激光测距）。2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变 化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压 电式传感器）。（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动 定律等构成的（主要有电感式传感器；电容式传 感器；光栅式传感器）。3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温 度。4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。5、按传感器能量源分类（1）无源型:不需外加电源。而是将被测量的相关能量 转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、
3、热电式、 光电式）又称能量转化型;（2）有原型:需要外加电源才能输出电量，乂称能量控 制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开（ON）和关 （OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变 化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：计数型:又称脉冲数字型,它可以是任 何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；代码 型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态 随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。三、传感器的特性及主要性能指标1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的
4、关系,有静态 特性和动态特性。2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间 作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特 性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度,敏感度,重第性 等。3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化 的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的 动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按 其传递，转换信息的形式可分为接触式环节；模拟环 节；数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信 号。4、传感器的主要性能要求是:1）高精度、低成本。2）高 灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗 腐蚀性好；5）
5、抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构 简单、小巧，使用维护方便等；四、传感检测技术的地位和作用1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而 迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的关键技术之O2、作用：能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息 处理等功能。应用：计算机集成制造系统（CIMS）、柔性 制造系统（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系 统（CAM） o五、基本特性的评价1、测量范围:是指传感器在允许误差限内，其被测量值的 范围；量程:则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差。2、过载能力:一般情况下，在不引起传感器的规定性能指 标永久改变条件下，传感器允许超
6、过其测量范围的能力。过 载能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的 百分比表示。3、灵敏度:是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的 变化X之比。4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的 反应能力。灵敏度越高越好,因为灵敏度越高，传感器所能 感知的变化量越小,即被测量稍有微小变化，传感器就有较 大输出。K值越大，对外界反应越强。5、反映非线性误差的程度是线性度。线性度是以一定的拟 合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差4 Lmax与理论量程输出值Y （=ymaxymin）的百分比进行 计算。的噪声称共模噪声。抑制这种干扰采用差分放大器,因为它 几乎对共模噪声没
7、有放大作用。（3）串扰：克服串扰的有 效方法是将不同信号线分开，并且留有最大可能的空间隔 离。35：克服串扰在设计及组装检测系统时，应注意的问题是：（1）信号线，数据线，控制线尽可能分开，以避免不同类 型的走线平行或靠近。（2）走线尽可能短，尽可能不在集 成芯片之间走线。（3）电源线和地线要设计的尽量粗而 短。（4）对于单稳态，多谐振荡器等易受电源影响的器 件，要在近旁的电源-地线之间接入电容器进行去耦，易受 干扰的器件要远离振荡器。36：传感检测系统中的微机接口是将被测的模拟量，经过传 感器，放大器，采样保持器，A/D转换后输入微型计算机。37：传感检测系统中微机接口的基本方式是（1）开关量
8、接 口方式（2）数字量接口方式（3）模拟量接口方式。38：ADC与CPU的时间协调，其时间常数远比CPU的指令 周期长。其控制方式有（1）延时等待式（2）中断式。（3）查询式。39：液晶显示器是一种低功耗器件，其液晶显示器的驱动方 式由电极引线的选择方式确定一般有静态驱动和时分割驱 动。40：为消除环境温度的影响，需要对传感器信号进行温度补 偿，其补偿在计算机能力允许时，可采用计算机软件进行， 也可采用硬件电路实现。利用计算机软件进行温度补偿时常 用公式法和表格法。第九章信号分析及其在测试中的应用1：信号有静态信号与动态信号。静态信号是指其量值与时 间无关的信号。动态信号是指其量值随时间变化的
9、信号。2：信号分为确定性信号与非确定性信号。3：确定性信号是指能用明确的数字解读关系式或图表描述 的信号。确定性信号分为周期信号和非周期信号。4：周期信号是指若信号依一定的时间间隔T周而复始，则 该信号为周期信号。实际上周期信号往往不是仅含一个正（余）弦的简单周期信号，但它们具有取值周期重复性的特 征。5：非周期信号是指在时域内不按周期重复出现,但仍可用 明确的数字关系式或图表描述的信号。6：非确定性信号是指非周期性信号时域波形不确定,无法 用确切的数字关系式描述，也不能准确预测未来的结果的信 号。7：模拟信号是指在某一自变量连续变化的间隔内,信号的 数值连续，为模拟信号。8：离散信号是指自变
10、量在某些不连续数值时,输出信号才 具有确定值称为离散信号。9：数字信号是指如果将其各离散点的幅值也作离散化,以 二进制编码表示。10：信号均值Ux是指信号x （t）在整个时间坐标的积分平 均，它表示信号中常值分量或直流分量。H：信号的方差是指描述信号的（波动范围）,其正平方根6 6?x称为信号的标准差。12：信号的均方值描述信号的强度，表示信号的（平均功 茎）。13：信号的概率密度函数描述了信号的（指定幅值的取值机 会）。14：任意一个周期信号x （t）都可认为由两类基本信号组成 一类是以ao描述的直流分量，一类是由许多正交的，幅值 分别以an和bn描述的，频率各为基频整数倍的余弦和正弦 分量
11、的迭加而组成。15：周期信号频谱的特点：（1）离散性：频谱谱线是离散 的。（2）收敛性：谐波幅值总的趋势随谐波次数的增加而 降低。（3）谐波性：谱线只出现在基频整数倍的频率处。16：非周期信号包括准周期信号和瞬态信号。准周期信号的 特点是谱线离散，并无法确定其基频wo和谐频now,只有 频率分量幅值大小而没有共同周期。17：振动测试的目的是（1）检查机器运转时的振动特性， 检验产品质量，为设计提供依据。（2）考核机器设备承受 振动和冲击的能力及对系统的动态响应特征进行测试。（3）分析查明振动产生的原因，寻找振源，为减振和隔振 措施提供资料=（4）对工作机器进行故障监控，避免重大 事故发生。18
12、：振动测试的内容是（1）振动参数的测试：对振动的位 移，幅值，频率，相位，波形等参数的测定。（2）物体结 构参数的测试：对结构的固有频率，阻尼，刚性，振型等参 数的测定。19：按产生振动的原因可分为自由振动,强迫振动和自激振 劲；按振动系统结构参数特性可分为线性振动和I非线性振 动；按振动的规律可分确定性振动和随机振动。20：振动的激励方式有（1）稳态正弦激振（2）随机激振 （3）瞬态激振。常用的瞬态激振是快速正弦扫描激振 脉冲激振阶跃激振21：激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力，从而 激起被测对象振动的装置。22：电动式激振器按其磁场形成的方法是永磁式和励磁式6 前者多用于小型激振器
13、，后者用于较大型的激振器。它主要 用于对被测对象作绝对激振。23：振动测试的方法有机械法，电测法和光学法。24：电测法测振系统有（I）压电式测振系统：它是利用压 电式加速度传感器直接测得振动加速度的测振系统。（2）磁电式测振系统：该系统用磁电式传感器吧振动速度转换成 电压，经测振仪器进一步变换，再由指示仪器指出其振动值 或用记录仪器记录出波形，或直接由数据处理装置进行需要 的数据处理。（3）电参数测振系统：该系统采用电容式或 电感式，电阻应变式，涡流式传感器吧振动参数转换成电容 或电感，电阻，电抗等电参数变化进行测振的系统。其优点 是传感器大多数为非接触式，且灵敏度较高，适于微小振动 的旋转体
14、测振。25：机械阻抗的倒数称为机械导纳。26：机械阻抗是复数，可写成幅值，相角或实部，虚部形 式，也可用幅，相特性或奈奎斯特图表示。27：功率谱密度函数，可用于工业设备工作状况的分析和故 障诊断。6、稳定性在相同条件,相当长时间内，其输入/输出特性不 发生变化的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境。7、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时,输出值随时间 变化而变化。长期使用会产生蠕变现象。8、重复性:是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行 多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标；（分散范 围小，重复性越好）9、精确度:简称精度，它表示传感器的输出结果与被测量 的实际值之间的符合程度，是
15、测量值的精密程度与准确程度 的综合反映。10、分辨力是指传感器能检出被测量的最小变化量。11、动态特性：反映了传感器对于随时间变化的动态量的响 应特性，传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持 不失真测量条件。一般地，利用光电效应、压电效应等物性 型传感器，响应时间快，工作频率范围宽。12、环境参数：指传感器允许使用的工作温度范围以及环境 压力、环境振动和冲击等引起的环境压力误差，环境振动误 差和冲击误差。六、传感器的标定与校准1、拯定（计量学称之为定度）是指在明确传感器输入/输出 变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电 量（或其它标准量）输入，确定其输出电量与其输入量之间
16、的过程。2、聋夜是指传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间 再使用时，必须对其性能参数进行复测或作必要的调整与修 正，以确保传感器的测量精度。3、标定系统的组成:被测非电量的标准发生器；待标 定传感器；它所配接的信号调节显示、记录器等。4、静态标定是给传感器输入已知不变的标准非电量,测出 其输出，给出标定方程和标定常数，计算其灵敏度，线性 度，滞差，重复性等传感器的静态指标。5、传感器的静态标定设备有力标定设备,压力标定设备， 温度标定设备等。6、对设备要求：具有足够的精度；量程范围应与被标 定传感器的量程相适应；性能稳定可靠，使用方便，能适 应多种环境。7、传感器的动态标定的F1的是检验测
17、试传感器的动态性能 指标。8、动态标定指标是通过确定其线性工作范围，频率响应函 数，幅频特性和相频特性线，阶跃响应曲线，来确定传感 器的频率响应范围，幅值误差和相位误差，时间常数，阻尼 比，固有频率等。9、常用的标准动态激励设备有激振器、激波管、周期与非 周期函数压力发生器；（其中激振器可用于位移、速度、加 速度、力、压力传感器的动态标定）10、传感器与检测技术的发展方向:开发新型传感器。 传感检测技术的智能化。复合传感器研究生物感官，开 发仿生传感器。11、开发新型传感器：利用新材料制作传感器；利用新 加工技术制作传感器；采用新原理制作传感器。12、传感检测技术的智能化：传感检测系统目前迅速
18、地由模 拟式、数字式向智能化方向发展。功能：自动调零和自动校准；自动量程转换； 自动选择功能；自动数据处理和误差修正；自动定时测 量；自动故障诊断。第二章位移检测传感器1、移可分为线位移和角位移两种,测量位移常用的方法 有：机械法,光测法,电测法。2、位移传感器的分类：参量型位移传感器,发电型位移传 感器,大位移传感器。一、参量型位移传感器1、参量位移传感器的工作原理：将被测物理量转化为电参 数，即电阻，电容或电感等。2、电阻式位移传感器的电阻值取决于材料的几何尺寸和物 理特征，即R=pL/S（1）电位计由骨架、电阻元件、电刷等组成；（2）电位计优点：结构简单，输出信号大，性能稳 定，并容易实
19、现任意函数关系，缺点：是要求输 入量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨 损，产生噪声干扰。3、线性电位计的空载特性：Rx=RX/L=KrX（Kr电位计 的电阻灵敏度）。电位计输出空载电压为 Uo=UiX/L=KuX（Ku电位计的电压灵敏度）非线性电位计空载特性：其电阻灵敏度Ki=DR/Dx,电压灵 敏度 Ku=Duo/Dx4、电阻应变式位移传感器：是将被测位移引起的应变元件 产生的应变，经后续电路变换成电信号，从而测出被测 位移。5、电容式位移传感器：是利用电容量的变化来测量线位移 或角位移的装置。变极距型的电容位移传感器：有较高的灵敏度，但电容变 化与极距变化之间为非线性关系，其它两种类
20、型的位移 传感器具有比较好的线性，但敏度比较低。（2）变极板面积型电容位移传感器：用于线位移测量，也 可用于角位移测量。（3）变介质型电容式位移传感器：用于位移或尺寸测 量的改变介质型电容位移传感器，一般都具有较好的 线性特性，但也有输入/输出呈非线性关系。（4）容栅式电容位移传感器是在面积型电容位移传感 器的基础上发展来的，可分为长容栅和圆容栅。（特 点：因多极电容及平均效应，分辨力高，精度高，量 程大对刻划精度和安装精度要求可有所降低，一种很 有发展前途的传感器。6、电容式位移传感器的绝缘和屏蔽（1）若绝缘材料性能不佳，绝缘电阻随环境温度和湿度而 变化，还会使电容位移传感器的输出产生缓慢的
21、零位漂 赘；（2）绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何 尺寸的长期稳定性和低的吸潮性；（3）通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施，即将 传感器放在金属壳内，接地应可靠；（4）可以消除不稳定的寄生电容，还可以消除外界静电场 和交变磁场的干扰。7、电感式位移传感器：将被测物理量位移转化为自感L,互 感M的变化，并通过测量电感量的变化确定位移量。主 要类型有自感式、互感式、涡流式和压磁式。输出功率 大，灵敏度高，稳定性好等优点。（1）自感式电感位移传感器原理：缠绕在铁心的线圈中通 以交变电流，产生磁通，形成磁通回路。为了提高自感位移传感器的精度和灵敏度，增大特性的线 性度，实际用的传感
22、器大部分都作为差动式改善其性能考虑的因素有：1）损耗问题，2）气隙边缘效 应的影响，3）温度误差，4）差动式电感位移传感器的零点 剩余电压问题。（2）互感式位移传感器（测量范围最大）：将被测位移量 的变化转换成互感系数的变化，基本结构原理与常用变压器 类似，故称为变压器式位移传感器。（3）涡流式位移传感器：利用电涡流效应将被测量变换为 传感器线圈阻抗Z变化的一种装置只要分为高频反射和低 频透射两类。二、发电型位移传感器1、发电型位移传感器（压电位移传感器）是将被测物理量 转换为电源性参量。2、压电式位移传感器的基本工作原理是将位移量转换为力 的变化，然后利用压电效应将力的变化转换为点信号。三、
23、大位移传感器1、磁栅式位移传感器是根据用途可分为长磁栅和圆磁栅位 移传感器，分别用于测量线位移和角位移。磁头分动态和静 态。2、当磁头不动时，输出绕组输出一等幅的正弦或余弦电压 信号，其频率仍为励磁电压的频率，其幅值与磁头所处的位 置关系。当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。4、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移 的圆光栅。其性质：光栅移动方向与莫尔条纹移动方向垂 直。5、两块光栅作为一个标尺光栅（不动的）和一个指示光栅 （动的），标尺光栅是一个长条形光栅，光栅长度由所需量程决定。6、莫尔条纹的性质：当两个光栅沿刻线垂直方向相对移 动时，莫尔条纹相对栅外不动点沿着近似垂直
24、的运动方向移 动，光栅移动一个栅距W,莫尔条纹移动一个条纹间距B；光栅运动方向改变，莫尔条纹的运动方向也作相应改变； 光栅条纹的光强度随条纹移动按止弦规律变化。7、感应同步器是利用电磁感应原理将线位移和角位移转换 成点信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线 式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。原理：当滑块的两相绕组用交流电励磁时，由于电磁感应， 在定尺的绕组中会产生与励磁电压同频率的交变感应电动势 Eo当滑尺相对定尺移动时，滑尺与定尺的相对位置发生变 化，改变了通过定尺绕组的磁通，从而改变了定尺绕组中输 入的感应电动势E。根据对滑尺的正、余弦绕组供给励磁电压方式的不同，又 分
25、为鉴相和鉴幅型测试系统。特点：精度较高，对环境要求低，可测大位移；工作可 靠，抗干扰能力强，维护简单，寿命长；对局部误差有平 均化作用。）8、激光式位移传感器结构由：激光器、光学元件、光电转 换元件组成激光测试系统，将被测位移量转化成电信号。（特点：精度高，测量范围大、测试时间短、非接触、易数 字化、效率高。）9、激光干涉测长技术用途：精密长度测量（磁尺、感应 同步器、光栅检定）；精密机床位移检测与校正；集成 电路制作中的精密定位。10、常用的激光干涉测长传感器：单频激光干涉传感器； 双频激光干涉传感器。第三章力、扭矩和压力传感器一、测力传感器1：测量力的传感器多为电气式,根据转换方式分为参量
26、型 和发电型。参量型测力传感器有电阻应变式，电容式，电感 式，发电型测力传感器有压电式，压磁式。2：电阻式应变测力传感器原理是将力作用在弹性元件上， 弹性元件在力作用下产生应变，利用贴在弹性元件上应变片 将应变转换成电阻的变化，然后利用电桥将电阻变化转换成 电压或电流的变化，在送入测量放大电路测量。弹性元件：（1）柱型弹性元件；（2）薄壁环型弹性元 件；（3）梁型弹性元件：悬臂梁式、两端固定梁式。3、应变片是非电量电测中一种常见的转换元件。，由于应 变片使用简单，测量精度高，体积小，动态响应好，应用 广。4、金属丝的作用是感受机械试件的应变变化，称为敏感 栅。5、对金属丝的要求:（1）具有较高
27、的电阻系数（单位长度 的电阻要大）；（2）具有尽可能大的电阻应变灵敏度系 数；（3）具有较小的温度系数；（4）具有较高的弹性极 限，以便得到较宽的应变测量范围；（5）良好的加工性和 焊接性；（6）对铜的热电动势要小。6、底基的作用：是将试件的应变准确地传给敏感栅，所以 底基应具有较低的弹性模量，较高的绝缘电阻，良好的抗湿 抗热性能。（常用底基：纸基、胶基、玻璃纤维布基） 纸基制作简单,价格便宜，比较柔软，易于粘贴，应变极限 打，但耐潮湿性和耐热性差。其比纸基更柔软，且具有较好的绝缘性，较高的弹性，耐 热和耐潮湿性都较好，7、箔式电阻应变片：敏感栅是用（35） um厚的金属箔粘 于胶基上，用光刻
28、技术加工成需要的形状。优点:（1）金属箔很薄，因而所感受的应力状态与试件表 面的应力状态更接近；（2）箔式敏感栅面积大，散热条件 好，允许通过较大的电流，灵敏度较高，输出信号功率比较 大，为丝式电阻应变片的100400倍；（3）箔式敏感栅的 尺寸可以做的很准确，基长可以很短，并能制成任意形状， 从而可扩大使用范围；（4）便于成批生产。缺点:生产工序复杂，引线的焊点采用锡焊，不适于在高温 环境中测量，另外价格比较高。8、半导体应变片的工作原理是基于压阻效应。（1）压阻效应是指固体受到应力作用时，其电阻率发生变 化。这就叫压阻效应。（2）优点：半导体应变片横向效应小，其横向灵敏度儿乎 为零；机械滞
29、后小，可制成小型和超小型片子。（3）缺点：应变灵敏系数的离散性大，机械强度低，非线 性误差大，温度系数大，使用于需要大信号输出场合。9、应变片的布置和接桥方式：电桥又单臂、双臂、四臂工作方式（平衡条件U。=0 RR3=R2R4）工作方式单臂双臂四臂应变片所在位 置R1RI, R2RI, R2,R3, R4输出电压Uol/4UiKs1/2U1K8UiKe10、压电式传感器是基于压电元件的压电效应而工作的。压电效应有正压电效应和逆压电效应。（1）正压电效应是当某些晶体沿一定方向受外力作用而变 形时，在其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，当外 力去掉后，又恢复到不带电状态，电荷的极性取决于变形的
30、 形式。（2）逆压电效应是当某些晶体的极化方向施加外电场，晶 体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消 失。电压式传感器的前置放大器的输入阻抗应尽可能的高。11、压电式力传感器是利用压电晶体的纵向和剪切向压电效 应。（单分量和多分量）12、电荷放大器的选择：要求电荷放大器输入阻抗高于 1012d 低频响应为0.001Hz13、压磁效应是在机械力作用下，铁磁材料内部产生应力变 化，使磁导率发生变化，磁阻相应也发生的现象。外力是拉 力时，在作用力方向铁磁材料磁导率提高，垂直作用力方向 磁导率降低；作用力为压力时，则反之14、压磁式力传感器工作原理是根据压磁效应原理，当在一 次侧绕组通过交
31、变励磁电流时，铁心中产生磁场，由于压磁 元件在未受力时各向同性，磁力线呈轴对称分布。15、压磁式力传感器结构主要是由压磁元件，弹性机架，基 座和传力钢球等组成。二、扭矩传感器1、电阻应变式扭矩传感器的工作原理是在轴类零件受扭矩 作用时，在其表面产生切应变，此应变可用电阻应变片测 量。（集流环按工作原理分类：电刷-滑环式、水银式、感 应式。）2、压磁式扭矩仪又叫磁弹式扭矩仪工作原理是根据磁弹效 应，受扭矩作用的轴的导磁性发生相应变化，即磁导率发生 变化，从而引起线圈的感抗变化，通过测量电路测量感抗的 变化可确定扭矩。3、电容式扭矩测量仪工作原理是利用机械结构，将轴受扭 矩作用后的两端相对转角变化
32、变换成电容器两极板之间的相 对有效面积的变化，引起电容量的变化来测量扭矩。其最要 优点是灵敏度高，测量时它需要集流装置传输信号。4、光电式扭矩测量仪：这种扭矩传感器的工作转速为 （100800） r/min,测量精度为1%。5、钢弦式扭矩传感落是将扭矩转换成钢弦固有频率变化进 行工作 （优点：抗干扰能力强，允许导线长达儿百M到 几千M,测量精度可达1%。）三、压力式传感器1、弹性式压力传感元件有：波登管、膜片和波纹管三类。2、电量式压力计是用各种传感器或测量元件将压力变换成 电量或电参数，再经后接相应的测量电路进一步变换，最后 由显示或记录仪显示或记录下来，以实现压力测量的装置。 常用的测压力
33、系统所用的传感器有电容式，电感式，电阻 式，涡流式，压电式。（1）电容式压力传感器是将压力转换成电容的变化，经电 路变换成电量输出。其特点是灵敏度高，适合测量微压，频 响好，抗干扰能力较强。（2）应变式压力传感龄的工作原理是利用应变片将弹性元 件在压力作用下产生的应变转换成电量的变化。应变式压力 传感器体积小重量轻，精度高，测量范围宽，从几帕到 500MPa,频响高，同时耐压，抗振，应用广泛。（3）压阻式压力传感器是利用压阻效应将压力变换成电阻 的变化实现压力测量。其特点是频响宽，动态响应快，测量 范围从几Pa到三亿Pa,适用于爆炸，冲击压力的测量。（4）电感式压力传感器是将压力变化转换成电感
34、变化，通 过测量电路再将电感变化转换成电量实现压力测量。其特点 是频响低，使用于静态或变化缓慢压力的测试。（5）涡流式压力传感器属于电感式压力传感器中的一种, 它是利用涡流效应将压力变换成线圈阻抗的变化，再经测量 电路转换成电量。它有良好的动态特性,适合在爆炸等极其 恶劣的条件下工作，如测量冲击波。（6）霍尔式压力传感器结构原理是波登管在压力作用下其 末端产生位移，带动了霍尔元件在均匀梯度的磁场中运动。 由于波登管的频响较低，适用于静态或变化缓慢压力的测 量。（7）压电式压力传感器工作原理是压力通过膜片或活塞， 压块作用在晶片上，晶片上是产生了电荷，经后接放大器的 变换，由显示或记录仪器显示或
35、记录，实现对压力的测量。 其特点是具有频响宽，可测压力范围大，体积小，重量轻， 安装方便，可测多向压力等特点，应用广泛，适用于测动态 力和冲击力，但.不适于测静态力。第四章速度、加速度传感器一、速度传感渊1、测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电 机转速的一种传感器。它由绕组的定子和转子构成。2、根据励磁电流的种类，测速发电机分为直流测速发电机 （电磁式和永磁式两种）和交流测速发电机两类。3、在实际应用中，机电一体化系统对测速发电机的主要要 求有：输出电压对转速应保持较精准的正比关系。转动 惯量要小。灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速 的变化反应要灵敏。（1）直流测速发电机是一
36、种微型直流发电机。其工作原理是 根据电磁感应原理，在恒定磁场中，旋转的电枢绕组切割磁 通，并产生感应电动势，而后测速的发电机。（2）空载时，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势 相等，因而输出电压与转速成正比。负载时，测速发电机的输出电压应比空载时小，这是电阻 rs（中枢绕组）的电压降造成的。（3）直流测速电动机在理想情况下系数Ce和C与输出电压 之间的关系：C=Ce/（ 1 +Rs/Rl）,Vcf=CeN/（ 1 +Rs/Rl）.（3）直流测速电动机产生误差的原因和改进方法？有负载时，电枢反映去磁作用的影响，使输出电压不 再与转速成正比，遇到这种问题可以在定子磁极上安装补偿 绕组，或使负
37、载电阻大于规定值。电刷接触降压的影响，这是因为电刷接触电阻是非线 性的，即当电机转速较低，相应的电枢电流较小时接触电阻 较大，从而使输出电压很小，只有当转速较高，电枢电流较 大时，电刷压降才可以认为是常数，为了减小电刷接触压降 的影响，即缩小不灵敏区，应采用接触压降较小的铜石墨 电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银。温度影响，这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其 电阻值也相应增大，从而使励磁电流减小的缘故，在实际使 用中可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大 的附加电阻，在接到励磁电源上。4、交流测速电动机可分为永磁式，感应式和脉冲式三种。交流测速电动机的工作原理是利用
38、定子,转子齿槽相互的 位置的变化，使输出绕组中的磁通产生脉冲，从而产生感应 电动势，这种工作原理称为感应子式发电机原理。5、线振动速度传感器的工作原理是当一个绕有N匝的线圈 作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第 电磁感应定律可得其线圈产生感应电动势。6、陀螺式角速度传感器分为：转子陀螺、压电陀螺、激光 陀螺、光纤陀螺。（1）转子陀螺式角速度传感器是一种惯性传感器，安装简 单，使用方便，但有机械活动部件，被测角速度范围30 120 /s,质量较大，成本高，寿命低。（2）压电陀螺式利用压电晶体的压电效应工作，分：振 梁型、双晶片型、圆管型。（3）光纤陀螺式：具有无机械传动部件、无需
39、预热时 间、对加速度不敏感、动态范围宽、体积小、灵敏度高等优 点。7、霍尔式传感器的工作原理是利用霍尔元件组成的传感 器，在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附 近，当被测物转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件，霍尔 元件输出一个相应的脉冲，测得单位时间内的脉冲个数，即 可得被测物的转速和角速度。8、电涡流式转速传感器的工作原理是在传感器靠近在被测 物上设定的等距标记安装，当被测物转动时，传感器输出频 率与转速成正比的信号。9、半导体硅流速传感器的工作原理是依据发热体与放置发 热体的流体介质的热导率与流体流速相关原理制成的。二、加速度传感器1、常用加速度传感器的种类有压电式，应变式，磁
40、致伸缩 式。2、压电式加速度传感器的频率范围广、动态范围宽、灵敏 度高，故应用较为广泛压电加速度传感器的工作原理是利用压电陶瓷的压电效应可 构成不同使用要求的振动加速度传感器来制作的。常用的三种原理结构式压缩型，剪切型，弯曲型。其特 点是它可以作得很小，重量很轻，对被测机构的影响就小， 压电传感器的内阻抗很高，输出的能量很微小，要在接高输 入阻抗的前置放大器。放大器有两种是电压放大器和电荷放 大器。电荷放大器输出电压与电缆分布电容无关。一般加速度 传感器的尺寸越大，其固有频率越低3、应变式加速度传感器的工作原理是经过质量-弹簧惯性系 统将加速度转换为力，再将力作用于弹性元件，从而将力转 换为应
41、变，通过测量应变可以测量加速度。第五章视觉、触觉传感器1：视觉传感器在机电一体化系统中的作用有三种：进行 位置检测。进行图像识别进行物体形状，尺寸缺陷的检 测。2：视觉传感器（以光电变换为基础）的组成及各组成环节 的作用？（1）照明部：为了从被测物体得到光学信息而需要照明，是充 分发挥传感器性能的重要条件。接受部：由透镜和虑光片组成，具有聚成光学图像或抽出 1fcF效信息的功能。光电转换部：将光学图像信息转换成电信号。（4）扫描部：将二维图像的电信号转换为时间序列的一维信 号。在机器人领域，儿乎都是采用工业电视摄像机作为视觉传感 黑3：光电式摄像机是由接收部分,光电转换部分和扫描部分 组成的二
42、维视觉传感器。4：固体半导体摄像机原理是由许多光电二极管组成阵列， 作为摄像机的感光部分以代替光导摄像管。它是由摄像元件 （CCD）,信号处理电路，驱动电路和电源组成。摄像元件 （CCD）是一种MOS行晶体开光集成电路。5：二维CCD摄像元件的构成主要有隔行传送方式和帧传送 方式两种。6：激光式视觉传感器的原理是利用激光作为定向性高密度 光源的视觉传感器构成的，这种传感器用作激光扫描器来识 别商品上的条形码c7：红外图像传感器原理是把波长（2-20） um的红外光图像 变换成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器。它通常 由红外敏感元件和电子扫描电路组成。8：人工视觉（机器视觉）：使用机器的自
43、动化刀法实现类 似人类视觉的功能。人工视觉系统的硬件构成一般由图像输入,图像处理,图像 存储和图像输出四个系统构成。各部件的用途是（1）图像 旭是通过视觉传感器将对象物体变成二维或三维图像，再 经光电变换将光信号变成电信号，通过扫描采样将图像分解 成许多像素，再把表示各个像素信息的数据输入计算机进行 图像处理。（2）图像处理是对获取的图像信息进行预处理 （前处理），以滤去干扰，噪声，并作几何，色彩方面的校 正，以提高信噪比。目的是改善图像质量，以利于进行图像 识别。（3）图像存储是把表示图像各个像素的信息送到存 储，以备调用。图像的信息量大。（4）图像输出分为两 类：一类是只要求瞬时知道处理结
44、果，以及计算机用对话 形式进行处理的显示终端，该类称为软拷贝。另一类是可 长时间保存结果，称为硬拷贝。9：物体图像信息的输入识别物体前先将物体的有关信息输 入到计算机内。被输入的信息主要有明亮度信息，颜色信息 和距离信息。10：图像处理的方法有微分法和区域法。10：接触觉传感器最早是微动开关。它工作范围宽，不受 电，磁干扰，简单，易掌握，成本低，但响应速度低，动作 压力高。原理：它们都是通过在一定接触力下，切换通一断 状态，输出高或低的电平信号，以表示是否发生接触。11：硅橡胶触觉传感器的工作原理是硅橡胶与金属电极对 置，接触，硅橡胶受压其电阻值就改变，当金属电极受力压 硅橡胶时，输出电压相应
45、变化。12：压觉传感器定义通过高密度配置这种传感器，可以获得 同物体接触时各部分不同的压力，将该压力变换成相应处的 电压信号，可以获得关于物体形状的信息。特点：动作准 确，精度高，缺点是体积大，不能高密度配置。13：滑动觉传感器应用于工业机器人手指把持面与操作对象 之间的相对运动，以实现实时控制指部的夹紧力。第六章温度传感器1; 诞代表物质的冷热程度，是物体内部分子运动剧烈程 度的标志。测量温度的方法有接触式和非接触式。2：接触式的籽点是感温元件与被测对象直接物理接触,进 行热传导。3：非接触式的特点是感温元件与被测对象不物理接触,而 是通过热辐射进行热传递。4：热电偶式温度传感器属于接触式热
46、电动势型传感器，它 的工作原理是热电效应。热点效应:当两种不同金属导体两端相互紧密地连接在一起 组成一个闭合电路时，由于两个接触点温度T和To不同， 回路中将产生热电动势，并有电流通过，这种把热能转换成 电能的现象称为热电效应。5：热电动势由接触电动势和温差电动势组成。6：接触电动势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而 在接触处形成的电动势。7：温差电动势是在同一根导体中由于两端温度不同而产生 的电动势。中间导体定律:导体b组成的热电偶，当引入第三个导 体时，只要保持其两端温度相同，则对总热电动势无影响， 这一结论被称为中间导体定律8：热电偶通常由热电极,绝缘材料，接线盒和保护套组 成。9：
47、热电偶可分为：（1）普通热电偶：主要用于测量液体和 气体的温度。（2）铠装热电偶（缆式热电偶）：特点是测量结热容量 小，热惯性小，动态响应快，挠性好，适用于普通热电偶不 能测量的空间温度。（3）薄膜热电偶：主要用于测量固体表面小面积瞬时变化 的温度，特点是热容量小，时间常数小，反应速度快。并联热点偶：它是把儿个同一型号的热电偶的同性电极 参考端并联在一起。适用于测量平均温度。串联热电偶：（热电堆）10：热电偶参考端电位补偿法有:恒温法，温度修正法，电 桥补偿法，冷端补偿法，电位补偿法。11：电位补偿法是在热电偶回路中接入一个自动补偿的电动 势。12：热电阻式传感器可分为金属热电阻式和热敏电阻式。13：金属热电阻式温度传感器是电阻体,电阻体是由金属导 体构成的。14：热电阻的结构主要由不同材料的电阻丝绕制而成，为了 避免通过交流电时产生感抗，或TF交变磁场时产生感应电动 势，在绕制时采用双线无感绕制法。15：热敏电阻式温度传感器的感温元件是对温度非常敏感的 热敏电阻，所用材料是陶瓷半导体，其导电性取决于电子- 空穴的浓度。其特点是热敏电阻的温度系数比金属热电阻 大，体积小，重量轻，很适用于小空间温度测量，它的热惯 性小，反应速度快，适用于测量快速变化的温度。16：非接触式温度传感器采用热辐射和光电检测的方法。K 工作机理是当物体受