傳感器復習要點復習進程

1、、根據(jù)傳感器的示意圖，指出傳感器的類型自感式傳感器、差動變壓器、渦電流式傳感器、動鐵式磁電 傳感器、動圈式磁電傳感器、磁敏電阻、光電管、光電倍增管、 光電池、光敏電阻、光敏二極管、光纖光柵、感應同步器、增量 式編碼器、絕對式編碼器0螺管式自感傳感器變氣隙式自感傳感器動鐵式磁電傳感器動圈式線速度磁電動圈式角速度磁電Z汕磁敏電阻光電管光電倍增管光電池更丄咋廉理光敏二極管光敏電阻hi滑尺i i 亠絕對編碼器町輛強H lifts直線式感應同步器旋轉(zhuǎn)式感應同步器增量編碼器（一般只需三條碼道）移動光柵光纖傳感器光纖光柵應變傳感器光纖光柵溫度傳感器zlMRM二、傳感器與所依據(jù)的物理定律及相關聯(lián)的術語或名詞、

2、代號變磁阻式傳感器、磁電式傳感器、磁敏電阻、光電式傳感器、光纖傳感器、光纖光柵、感應同步器、熱電偶、熱敏電阻、微電子機械系統(tǒng)、數(shù)字溫度傳感器、2L LVDT、 e W e Blvsin Rt = F0 （1 + AT）、熱電 Rmdt效應、NTC PTC紅限頻率 斯乃爾定律數(shù)值孔徑值NA連續(xù)繞組、斷續(xù)繞組（正弦繞組、余弦繞組）、PtIOO、DS18B20MEMS變磁阻式傳感器一一電感式傳感器：1、自感式2、互感式3、電渦流式輸出電 雖：電壓AV 電流AA 頻率M變磁阻（山感式傳感器工作原理S- -= = s- s-= s- -= -=變磁阻式!；測量電路|:傳感器-;!ARm - -* AIt

3、I 14 _上匚- I 被扁雖應用：常用來檢測位移、按動、力*應變、 流量比重等物理量磁電式傳感器：基本原理 一電磁感應定律。結(jié)構型式：恒磁通式 e W dt變磁通式 e Blv sin磁敏電阻：理論基礎為磁電阻效應（物理磁阻效應和幾何磁阻效應）光電式傳感器：以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件，光的特性-波長、頻率、能量光電傳感器的工作原理：光電效應（分為外光電效應和內(nèi)光電效應）光纖傳感器：基本原理幾何光學的基本定義和定律折射定律：n 1sin 1=n2sin 2、光的全內(nèi)反射:sin（斯乃爾定律ni1 c,2 90，在界面上發(fā)生全反射 ）紅限頻率fO :對應某一種物質(zhì)的光頻閥值,f 0（A0為物體的表面

4、逸出功A0）0 = hC/ A0紅限波長：對應紅限頻率的波長稱為臨界波長，e c =NA數(shù)值孔徑值 NA sin c . ni2 n； sinn。光纖光柵：一段光纖，其纖芯具有周期性變化的折射率：R|（z） nnmaxCOSZ）A光纖光柵的周期（柵距），n 纖芯的平均折射率 感應同步器：由連續(xù)繞組和斷續(xù)繞組組成。工作原理：相當于變壓器的初、次級繞組的平面形矩形線圈，次級線圈中 的感應電壓隨檢測位移量變化。斷續(xù)（曲相）ZTs、媲SM!R /4Bs=k1Ik=k感應同出器的勵磁方式ifsm（算萇丿1 ）單相輸出is（單棚）斷卿組刪瞞岀氣輸岀信號的處理方式 鑒4H注、鑒鬧注乂 H（神調(diào)賽法阻值溫度關

5、系函數(shù)：Rt = RO (1+ At)增量式：Rt = RO A t = RO A t其中： 鉑 A= 3.92 X 10-3 / C、銅 A= 4.25 X 10-3 / C熱電阻的分度號一一0 C時的電阻值R0,例：Pt50、Pt100、Pt500、Pt1000、Cu50、Cu100, Cu500 Cu1000 比值 W100 R100/R0(=1.3850 )溫度系數(shù) TCR=(R100-R0) /(R0 X 100)例：Pt100查分度表：R0= 100Q , R100= 138.5 Q ,貝U:R100/R0=1.3850TCR=(R100- R0) / (R0 X 100 ) =

6、0.003850熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC 電阻值隨溫度升高而增大 的電阻器、負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC 電阻值隨溫度升高而下降 的熱敏電阻器負 NTC Rt = R0 exp B*(1/T-1/T0)Rt 絕對溫度T(K)下的零功率電阻值T(K) = t( C ) + 273.15R0 絕對溫度T0(K)下的零功率電阻值B 材料常數(shù)B值MEM傳感器：采用微電子技術和微機械加工技術制造出來的新型傳感器 微電子機械系統(tǒng)是指運用微制造技術在一塊普通的硅片基體上制造出集 機械零件、傳感器執(zhí)行元件及電子元件于一體的系統(tǒng)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20內(nèi)部結(jié)構1、64位光刻RO

7、M 2、溫度傳感器；3、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL; 4、配置寄存器。DSI8B20工作過程中的協(xié)議：復位操作、ROM操作命令、存儲器操作命令、 數(shù)據(jù)處理三、1、根據(jù)差動變壓器位移測量原理示意圖、 已知輸入信號波形,以及對應圖示的測量位置，畫出輸出信號波形2、分析磁敏電阻的物理磁阻效應和幾何磁阻效應磁阻效應是指某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現(xiàn)象。同 霍爾效應一樣，磁阻效應也是由于載流子在磁場中受到洛倫茲力而產(chǎn)生的。 在達到穩(wěn)態(tài)時，某一速度的載流子所受到的電場力與洛倫茲力相等，載流子 在兩端聚集產(chǎn)生霍爾電場，比該速度慢的載流子將向電場力方向偏轉(zhuǎn)，比該 速度快的載流子則向洛倫

8、茲力方向偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)導致載流子的漂移路徑增 加?；蛘哒f，沿外加電場方向運動的載流子數(shù)減少，從而使電阻增加。這種 現(xiàn)象稱為磁阻效應。若外加磁場與外加電場垂直，稱為橫向磁阻效應；若外 加磁場與外加電場平行，稱為縱向磁阻效應。一般情況下，載流子的有效質(zhì) 量的馳豫時時間與方向無關，則縱向磁感強度不引起載流子偏移，因而無縱 向磁阻效應3、熱電效應（概念）兩種不同成分的導體（或半導體） A和B的兩端分別焊接或絞接在一起，形 成一個閉合回路，如果兩個接點的溫度不同，則回路中將產(chǎn)生一個電動勢， 稱之為熱電勢，這種效應稱為熱電效應4、金屬熱電阻和半導體熱敏電阻的主要特點，作圖說明利用熱敏 電阻Rt實現(xiàn)電感線圈

9、R-溫度補償?shù)墓ぷ髟怼犭娮柚饕攸c：測量精度高，性能穩(wěn)定熱敏電阻的主要特點是：（1）靈敏度高，約為熱電阻的10倍。（2）體積 小，能測量點溫度。 （3）熱慣性小，適宜動態(tài)測量。 （4）無需冷端補償 以及引線方式的考慮，易于維護和進行遠距離控制。（5）制造簡單，使用壽命長。to -w a W o ciRT熱敏電阻r電阻溫度系數(shù)近于零的錳銅分路電阻RL被補償?shù)碾娮桡~線圈RB補償器電阻TA到TB是最佳補償范圍5、已知冷端溫度為TO,在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下進行測量，顯示儀表指示值為T，利用熱電偶分度表計算實際溫度t例：用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補償 的情況下

10、，顯示儀表指示值為 500 r，而這時冷端溫度為60 C。試問：實際溫度應T為多少？E (500, 0)= 20.64mvE (60, 0)= 2.436mvE (T, 0)= E (T, 60)+ E (60, 0)=20.64 + 2.436 = 23.076mv=E (557, 0) T 為 557 C=2.456mv=23J)76mv =E (557, (I)A=20.64nivi = E (5(Hh 0)丁0： (T, 二(60f 0)E T, 0)E (1 60) + E (6lh 0)如果熱端溫度不變，設法使冷端溫度保持在20 r，此時顯示儀表的指示值應為多少？E(557,20

11、) =E(557,0) - E(20,0)=23.076 - 0.798=22.278mV=E ( 538.4 , 0)顯示儀表指示值應為538.4 C。 顯示誤差為18.6 C=23.076H1V = -0J98in，(557?0? 氏已“ 20)1557 V IE (557, 2(0= E ( T , 0)=22.27SmV = E ( 538，0)即：2 =90 o則臨界入射角:7TK型銀鑄鶴硅（踝鑄銀鋁）棘電謂分度泰*j；薦舐wM W (JJG351-B4)masSoC| 0123456894.889-1925-L961-1.99632-2.067-2.102Tot吃173加p04),

12、03S4I0T90418-0.1571J70.23G-ft 275-0.314-fl. 35o |00.03909oTiFf0.1580.1S80.2380.277Lffl70.3S1100.3970.4J703TT0.55T0.SST0,63?0.677WT180.75!200.838歷9oFflO-b000LOUL0811J221,16；30|1/03h測L 285L3251.366L4071J48L489L5291.57(40|14111.652HIjF!LT34 |1.776|伽LS5SL8$9LMO1.S81502.0M!W21歹|2.188T22Tr2.27#13121K3龍鈾60

13、2做2.4T715192. W02.601丄2,684冊2.80Sn18501892Tsb-)2.S753.01：rTisFi3.1001M1 -rr8DX36fism3.3TsTf3.432| MAS :3.5153.S56:、題3.639Q |X6813.T223JHX3Q53.8473.9303,971T I8rr49|加21420.25720.29920.3122(). 385M20.4T020?51220.5552訛ErQ12|3: 45 |6T8pr切1oTO20.72530.7S8 肌8112d 85320.396汕93820.981麗615 f2L0662UM2115!21加2

14、1.23T21.28021.322!1J521酗2L45520 f21 祇21.53S21.57821.62121.66321J0621.149214121.8342LS?530LS1921.95222.0M22.04722.090S132 22. ITS0822.26022.30加462238822.4 JIam f22.5162155922.60122曲22.68T22. m22.81522.85?22.922.942眾咖j23.02823.023.11323.1513AX2X202UMOS23.36923.5396、根據(jù)光纖纖芯和包層的折射率 ni,n2,外部介質(zhì)為空氣no=1 計算該光

15、纖的數(shù)值孔徑值、最大入射角說明NA的意義。最大入射角：max arc sin（ . n； n；）光線剛好不發(fā)生折射,. 1 :_22sin c . ni n； n。sin 0 c =NA 定義為“數(shù)值孔徑” NA(Numerical Aperture)。數(shù)值孔徑的意義是：乏論光源發(fā)射功率有多大，只有2 0 c張角之 內(nèi)的光功率被光纖接受傳播。7、光纖位移傳感器的測量原理及輸入輸出特性如下圖所示，當用于振動測量時應選擇 段，當用于轉(zhuǎn)速測量時應選用的段。(b)位移-輸出特性曲線1) 前坡區(qū)輸出信號的強度增加得非?？?，這一區(qū)域可以用來進行微米級的位移測量。2) 后坡區(qū),信號的減弱約與探頭和被測表面之

16、間的距離平方成反比，可用于距離較遠而靈敏度、線性度和精度要求不高的測量。3) 光峰區(qū),信號達到最大值，其大小取決于被測表面的狀態(tài)。所以這個區(qū)域可用于對表面 狀態(tài)進行光學測量。8光纖光柵概念、分布式測量原理光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形 成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。分布式光纖傳感系統(tǒng)原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì)，采用先進的OTD戲術，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。9、識別編碼器碼盤，計算角度分辨率，識別絕對編碼器不同碼制的碼盤絕對編碼器碼制：二進制碼、十進制碼、循環(huán)碼(格雷碼)等二進制碼道：數(shù)量等于二

17、進制碼的位數(shù)n,碼盤的分辨率：a =360 /2n ,例如：4位二進制碼盤，其最小分辨的角度：a =360 /2422.5 n位格雷碼碼盤，與n位二進制碼盤一樣，有2n種不同編碼，最小分辨率a=360 /2n。10、分析增量式編碼器的四倍頻細分原理 四倍頻細分原理nAU1n(a)編碼器正向移動編碼器正向移動時，輸出的A相信號的相位超前B相90則在一個周期內(nèi)，兩相開關信號共有4次相對變化：00-10-11-01-00。每發(fā)生1次變化，可逆計數(shù)器便實現(xiàn)1次加計數(shù)，1個周期內(nèi)共可實現(xiàn)4次加計數(shù)，從而實現(xiàn)正轉(zhuǎn)狀態(tài)的四倍頻計數(shù)。當編碼器反向移動時，輸出的A相信號的相位滯后于B相信號90一個周期內(nèi)兩相信號

18、也有4次相對變化：00-01-11-10-00 。同理，如果每發(fā)生1次變化，可逆計數(shù)器便實現(xiàn)1次減計數(shù)，在1個周期內(nèi)，共可實現(xiàn)4次減計數(shù)，就實現(xiàn)了反轉(zhuǎn)狀態(tài)的四倍頻計數(shù)。綜合上述分析，可以做出處理模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖所示。丸 LTkHLTI(b)反向 004)1*11-10)0-=r LKLnj-LBnjrLrTTT其中“ +”、a(a) iE 向移動 00-10-11-0100分別表示計數(shù)器加/減1,“ 0”表示計數(shù)器不動作11、DS18B2C的基本特點和分布式溫度測量原理1. 集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，數(shù)字量輸出，可直接與微機接口。2. 測量溫度范圍為-55 C+125 C,可以程序設定

19、912位的分辨率，3. 用戶設定的報警溫度存儲在 EEPRO中，掉電后依然保存。4. 單總線結(jié)構，并支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的總 線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)格式：經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值，以二字節(jié) 16位符號擴展的補碼形式存放在高 速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。讀取時低位在前，高位在后， 溫度表示有：9位，10位，11位，12位，四種形式，對應精度（分辨率）分別為：0.5=2e-1，0.25=2e-2，0.125=2e-3， 0.0625=2e-4，位數(shù)=1位符號位+7位整數(shù)位+小數(shù)位；最高位為符號位，并擴展至MSb 的所有位形成16位溫度數(shù) 未編

20、程時默認為12位精度bit 7bit 6bitsbit 4bit 3bit 2binbit 0bit15bit 14bit 13bit 12bitbit 10bit 9bit 8LS bMS b9 位10 位11 位12 位以12位轉(zhuǎn)化為例：12=1位符號位+7位整數(shù)位+4小數(shù)位,分辨率 0.0625=1/（2%）用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式，前面5位是符號位，以0.0625 C /LSB形式表達，溫度大于0時，5符號位均為0,只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可 得到實際溫度； 當溫度小于0時，5符號位均為1,測到的數(shù)值需要取反加1,再乘以0.0625，即可得到溫度（絕對）值。?32-2172_-JljkLSBMSb( unit 二C)LSbSsSSsJ24MSBTI.MPJJ