傳感器與傳感器技術(shù)課件

《傳感器原理與應(yīng)用》

內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性）；傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)方法；各類傳感器的轉(zhuǎn)換原理；特性分析及其設(shè)計(jì)方法；測(cè)量電路；實(shí)際應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)。參考學(xué)時(shí)：

56或64學(xué)時(shí)，其中講課44~50學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)12~14學(xué)時(shí)。考核方法：平時(shí)(作業(yè)、考勤)15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試70%《傳感器原理與應(yīng)用》

內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：1Chapter1

1．明確傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用及其發(fā)展趨勢(shì)；2．掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法；3．掌握傳感器動(dòng)態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)（一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，二階傳感器的固有頻率n和阻尼比）的意義；4．掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)（階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)）的分析方法；5．掌握傳感器動(dòng)態(tài)誤差的意義及其計(jì)算方法；6．了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。Chapter11．明確傳感器的定義、組成及其分類；2一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動(dòng)態(tài)誤差主要計(jì)算公式一階傳感器3

Chapter2

被測(cè)量應(yīng)變（）電阻變化（R）電壓(U)1．掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理（電阻-應(yīng)變效應(yīng)，K=(R/R)/）及特性：2．掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其應(yīng)用；

Chapter2被測(cè)量應(yīng)變（）4

Chapter2

3．掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量線路（直流惠斯通電橋）的結(jié)構(gòu)形式（特別是差動(dòng)結(jié)構(gòu)）及特點(diǎn)，一般情況下，電橋輸出電壓為4．掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法；彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器；彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系：=/E；彈性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。5．了解電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)和基本特性（自學(xué)）。Chapter23．掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)5

Chapter3

被測(cè)量L，M電磁感應(yīng)自感式傳感器（電感式傳感器）電感式傳感器—差動(dòng)變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測(cè)量L，M6

Chapter3

1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性：

變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量

靈敏度

非線性誤差差動(dòng)結(jié)構(gòu)：靈敏度加倍；非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原7

Chapter3

2.掌握電感式傳感器的電橋測(cè)量電路的輸出特性：交流電橋輸出：差動(dòng)電阻平衡臂電橋：或差動(dòng)變壓器電橋：或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋8

Chapter3

3．掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路的工作原理，輸出信號(hào)：4．掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其基本特性；5．掌握各類電感式傳感器的典型應(yīng)用（位移型傳感器）。Chapter33．掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)9

Chapter4

被測(cè)量（d，S，）CU(I,f)1．掌握不同類型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途，并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)電容式傳感器：平行板電容器電容量：

柱式電容器電容量：Chapter4被測(cè)量（d，S，10

Chapter4

空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：靈敏度：非線性誤差：具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：線位移變面積式電容傳感器：

Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳11

Chapter4

角位移變面積式電容傳感器：

變介電常數(shù)式電容傳感器：(線性)

2．分析各種電容式傳感器測(cè)量電路特點(diǎn)：交流不平衡電橋，二極管檢波電路，差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路，運(yùn)算法測(cè)量電路等；3．了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法；4．明確電容式差壓變送器結(jié)構(gòu)原理，掌握分析計(jì)算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器12

Chapter5

力(F)電荷(Q)1．掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF)；2．掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機(jī)理及其壓電特性；3．掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca=S/h，或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca）及測(cè)量電路的特點(diǎn);分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：Chapter5力(F)電荷(Q13

Chapter5

電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度：輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況：幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器14

Chapter5

測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)：，n=1/，幅值比，

相位差；低頻響應(yīng)動(dòng)態(tài)誤差：

電荷前置放大器輸出電壓：與之間的相位差：Chapter5測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)：15

Chapter5

4．學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性及其應(yīng)用頻率范圍的確定方法。加速度計(jì)微分方程：靈敏度與頻率關(guān)系：

Chapter54．學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)16

Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)

1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)（恒定磁通式和變磁通式）及其工作原理（電磁感應(yīng)原理e=NdΦ/dt）；2．掌握磁電式傳感器的設(shè)計(jì)方法和典型應(yīng)用（速度型傳感器）；3．掌握磁電式振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分析。Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)17

Chapter7

溫度電信號(hào)（電阻、電壓、電流等）1.掌握金屬熱電阻的測(cè)溫原理（電阻溫度效應(yīng)），明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測(cè)溫范圍、百度電阻比（W(100)＝R100/R0）、分度號(hào)（Pt100、Pt50和Cu100、Cu50）和分度表；2.了解熱敏電阻的三種基本類型和NTC熱敏電阻的基本特性；3.掌握PN結(jié)型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器）的測(cè)溫原理及特性；Chapter7溫度電信號(hào)（電阻、18

Chapter7

4.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電效應(yīng)，明確熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分構(gòu)成；5.掌握熱電偶的測(cè)溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法；6.了解熱電偶的基本定律及其分度號(hào)和分度表；7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測(cè)量和控制中的基本應(yīng)用方法和電路特點(diǎn)。

Chapter74.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電19

Chapter8

光電信號(hào)

1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成；2.熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng)，即外光電效應(yīng)（h=mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)）；3.掌握主要光電元件（光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等）的結(jié)構(gòu)和主要特性(特別是光譜特性、光電特性）；4.理解發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機(jī)理：電子空穴復(fù)活，所釋放出的光子能量h，即為PN結(jié)禁帶寬度Eg，所以Eg=h=hc/，從而，=hc/Eg，禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色；明確LED的伏安特性和光譜特性；Chapter8光電信號(hào)20

Chapter8

5.熟悉光電傳感器的四種基本類型和主要應(yīng)用；6.熟悉光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理（全反射原理）；7.掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)類型，明確光纖在傳感器中的作用；8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場(chǎng)合的應(yīng)用方法；9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應(yīng)用；10.了解電荷耦合器件（CCD）的圖像感光原理及圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本21Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工作原理，KH=RH/d=1/ned；2.熟悉霍爾傳感器的應(yīng)用方法；3.了解磁敏電阻的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用方法；4.了解磁敏二極管、三極管的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用方法。Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)22Capter10被測(cè)量數(shù)字、頻率

1．掌握光柵傳感器結(jié)構(gòu)（照明系統(tǒng)、光柵副、光電元件）及莫爾條紋的形成機(jī)理和特性；2.掌握測(cè)量光柵傳感器位移的辨向原理及提高測(cè)量精度的細(xì)分技術(shù)；3.了解感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)原理及其信號(hào)處理方法；4.掌握碼盤式角數(shù)字編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理；5.掌握幾種主要的頻率式數(shù)字傳感器（振筒式、振膜式、振弦式傳感器等）的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及頻率信號(hào)的檢測(cè)方法和應(yīng)用。Capter10被測(cè)量數(shù)字、頻率23Capter11氣體成分、濃度電信號(hào)1．了解熱導(dǎo)式、熱線式、熱敏電阻式氣體傳感器的測(cè)量原理和基本檢測(cè)電路；2．掌握接觸燃燒式氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的氣體報(bào)警器；3．紅外氣體傳感器和濕式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理。Capter11氣體成分、濃度電信號(hào)24Capter12濕度電阻、電容等

1.明確濕度的定義及其表示方法：絕對(duì)濕度V=mV/V(mg/m3)；相對(duì)濕度=(V/W)T100%RH2．熟悉濕度傳感器的類型（水分子親和力型和非水分子親和力型）及濕敏元件的主要特性參數(shù)；3．掌握電解質(zhì)濕度傳感器、半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器、高分子材料濕度傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、感濕原理及其感濕特性。4.了解非水分子親和力型濕度傳感器的測(cè)濕原理和特點(diǎn)；5.熟悉濕度傳感器的應(yīng)用方法及其濕度控制電路的設(shè)計(jì)。Capter12濕度電阻、電容等25Capter13（自學(xué)）

1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳輸特性，熟悉超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；2.了解微波的基本特性及微薄傳感器的的檢測(cè)應(yīng)用；3.了解超導(dǎo)效應(yīng)及超導(dǎo)傳感器的應(yīng)用；4.了解智能傳感器基本概念及其實(shí)現(xiàn)方法，明確傳感器的發(fā)展方向。Capter13（自學(xué)）1.了解超聲波的產(chǎn)生及其傳26Capter14

1.明確傳感器標(biāo)與校準(zhǔn)的意義；2.掌握測(cè)量誤差和儀表誤差的基本概念；3.掌握傳感器靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)定方法和步驟；4.熟悉壓力、溫度、振動(dòng)等傳感器的標(biāo)定裝置與標(biāo)定方法。Capter141.明確傳感器標(biāo)與校準(zhǔn)的意義；27《傳感器原理與應(yīng)用》

內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：傳感器的基本概念及其基本特性（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性）；傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)方法；各類傳感器的轉(zhuǎn)換原理；特性分析及其設(shè)計(jì)方法；測(cè)量電路；實(shí)際應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)。參考學(xué)時(shí)：

56或64學(xué)時(shí)，其中講課44~50學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)12~14學(xué)時(shí)?？己朔椒ǎ浩綍r(shí)(作業(yè)、考勤)15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試70%《傳感器原理與應(yīng)用》

內(nèi)容提要和基本要求教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)：28Chapter1

1．明確傳感器的定義、組成及其分類；傳感器技術(shù)的特點(diǎn)；傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用及其發(fā)展趨勢(shì)；2．掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法；3．掌握傳感器動(dòng)態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)（一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，二階傳感器的固有頻率n和阻尼比）的意義；4．掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)（階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)）的分析方法；5．掌握傳感器動(dòng)態(tài)誤差的意義及其計(jì)算方法；6．了解機(jī)-電模擬的基本方法和意義。Chapter11．明確傳感器的定義、組成及其分類；29一階傳感器二階傳感器微分方程傳遞函數(shù)頻率特性幅頻特性相頻特性動(dòng)態(tài)誤差主要計(jì)算公式一階傳感器30

Chapter2

被測(cè)量應(yīng)變（）電阻變化（R）電壓(U)1．掌握金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、原理（電阻-應(yīng)變效應(yīng)，K=(R/R)/）及特性：2．掌握壓阻式傳感器工作原理，固態(tài)壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其應(yīng)用；

Chapter2被測(cè)量應(yīng)變（）31

Chapter2

3．掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量線路（直流惠斯通電橋）的結(jié)構(gòu)形式（特別是差動(dòng)結(jié)構(gòu)）及特點(diǎn)，一般情況下，電橋輸出電壓為4．掌握電阻應(yīng)變式傳感器的組成、應(yīng)用及其分析方法；彈性敏感元件+電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變式傳感器；彈性敏感元件的應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系：=/E；彈性敏感元件的泊松比：Δd/d=l/l=。5．了解電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)和基本特性（自學(xué)）。Chapter23．掌握電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)32

Chapter3

被測(cè)量L，M電磁感應(yīng)自感式傳感器（電感式傳感器）電感式傳感器—差動(dòng)變壓器互感式傳感器—電渦流式傳感器Chapter3被測(cè)量L，M33

Chapter3

1.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及其基本特性：

變氣隙型電感式傳感器螺管式電感傳感器電感量

靈敏度

非線性誤差差動(dòng)結(jié)構(gòu)：靈敏度加倍；非線性誤差減小。Chapter31.掌握電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原34

Chapter3

2.掌握電感式傳感器的電橋測(cè)量電路的輸出特性：交流電橋輸出：差動(dòng)電阻平衡臂電橋：或差動(dòng)變壓器電橋：或Chapter32.掌握電感式傳感器的電橋35

Chapter3

3．掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路的工作原理，輸出信號(hào)：4．掌握高頻反射式電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其基本特性；5．掌握各類電感式傳感器的典型應(yīng)用（位移型傳感器）。Chapter33．掌握差動(dòng)變壓器組成結(jié)36

Chapter4

被測(cè)量（d，S，）CU(I,f)1．掌握不同類型的電容傳感器構(gòu)成原理及其用途，并結(jié)合應(yīng)用設(shè)計(jì)電容式傳感器：平行板電容器電容量：

柱式電容器電容量：Chapter4被測(cè)量（d，S，37

Chapter4

空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：靈敏度：非線性誤差：具有固體介質(zhì)的變間隙式電容傳感器：線位移變面積式電容傳感器：

Chapter4空氣介質(zhì)的變間隙式電容傳38

Chapter4

角位移變面積式電容傳感器：

變介電常數(shù)式電容傳感器：(線性)

2．分析各種電容式傳感器測(cè)量電路特點(diǎn)：交流不平衡電橋，二極管檢波電路，差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路，運(yùn)算法測(cè)量電路等；3．了解雜散電容產(chǎn)生原因及減少或消除雜散電容影響的方法；4．明確電容式差壓變送器結(jié)構(gòu)原理，掌握分析計(jì)算電容變送器初始電容及靈敏度變化的方法。Chapter4角位移變面積式電容傳感器39

Chapter5

力(F)電荷(Q)1．掌握壓電材料壓電效應(yīng)的意義及描述方法(Q=dijF)；2．掌握石英及壓電陶瓷材料的壓電機(jī)理及其壓電特性；3．掌握壓電式傳感器的等效電路（等效電容器Ca=S/h，或電荷源Q=dijF、電壓源Ua=Q/Ca）及測(cè)量電路的特點(diǎn);分析電壓前置放大器與電荷前置放大器的特性及區(qū)別：Chapter5力(F)電荷(Q40

Chapter5

電壓前置放大器傳感器的電壓靈敏度：輸入電壓Ui與作用力之間的相位差:理想情況：幅值比電壓靈敏度Chapter5電壓前置放大器41

Chapter5

測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)：，n=1/，幅值比，

相位差；低頻響應(yīng)動(dòng)態(tài)誤差：

電荷前置放大器輸出電壓：與之間的相位差：Chapter5測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)：42

Chapter5

4．學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性及其應(yīng)用頻率范圍的確定方法。加速度計(jì)微分方程：靈敏度與頻率關(guān)系：

Chapter54．學(xué)會(huì)分析壓電式加速度計(jì)43

Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)

1.掌握磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)（恒定磁通式和變磁通式）及其工作原理（電磁感應(yīng)原理e=NdΦ/dt）；2．掌握磁電式傳感器的設(shè)計(jì)方法和典型應(yīng)用（速度型傳感器）；3．掌握磁電式振動(dòng)傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)和特性分析。Chapter6被測(cè)量電動(dòng)勢(shì)44

Chapter7

溫度電信號(hào)（電阻、電壓、電流等）1.掌握金屬熱電阻的測(cè)溫原理（電阻溫度效應(yīng)），明確鉑熱電阻和銅熱電阻的熱電特性、測(cè)溫范圍、百度電阻比（W(100)＝R100/R0）、分度號(hào)（Pt100、Pt50和Cu100、Cu50）和分度表；2.了解熱敏電阻的三種基本類型和NTC熱敏電阻的基本特性；3.掌握PN結(jié)型溫度傳感器（晶體二極管、三極管和集成溫度傳感器）的測(cè)溫原理及特性；Chapter7溫度電信號(hào)（電阻、45

Chapter7

4.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電效應(yīng)，明確熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分構(gòu)成；5.掌握熱電偶的測(cè)溫原理及其冷端溫度補(bǔ)償方法；6.了解熱電偶的基本定律及其分度號(hào)和分度表；7.熟悉各種熱電式傳感器在溫度測(cè)量和控制中的基本應(yīng)用方法和電路特點(diǎn)。

Chapter74.熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)和熱電46

Chapter8

光電信號(hào)

1.明確光電傳感器由光源、光學(xué)元件和光電元件組成；2.熟悉光電元件的光-電轉(zhuǎn)換原理是光電效應(yīng)，即外光電效應(yīng)（h=mv02/2+A0）和內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)）；3.掌握主要光電元件（光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管、光電池等）的結(jié)構(gòu)和主要特性(特別是光譜特性、光電特性）；4.理解發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機(jī)理：電子空穴復(fù)活，所釋放出的光子能量h，即為PN結(jié)禁帶寬度Eg，所以Eg=h=hc/，從而，=hc/Eg，禁帶寬度Eg決定LED發(fā)射光的顏色；明確LED的伏安特性和光譜特性；Chapter8光電信號(hào)47

Chapter8

5.熟悉光電傳感器的四種基本類型和主要應(yīng)用；6.熟悉光纖傳感器所用光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及其傳光原理（全反射原理）；7.掌握光纖傳感器結(jié)構(gòu)類型，明確光纖在傳感器中的作用；8.了解光纖傳感器在位移、壓力、流量、液位、溫度、等不同場(chǎng)合的應(yīng)用方法；9.了解紅外傳感器的基本原理及其主要應(yīng)用；10.了解電荷耦合器件（CCD）的圖像感光原理及圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)移原理。Chapter85.熟悉光電傳感器的四種基本48Capter9磁場(chǎng)電信號(hào)1.掌握霍爾效應(yīng)及霍爾元器件的工作原理，KH=RH/d=1/ned；2.熟