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  • 光纤收发器是一种将以太网电信号转换成光...一、光纤收发器原理光纤收发器的原理,就是将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换。光纤收发器正是利用了光纤通信以其信息容量大、保密好、重量轻、体积小...

    光纤收发器是一种将以太网电信号转换成光信号或光信号转换成以太网电信号的光电转换设备,通过将电信号转换为光信号在多模或单模光纤上传输,突破了电缆传输距离短的限制,使得以太网在保证高带宽传输的前提下,利用光纤介质实现几公里甚至上百公里的远距离传输。

    一、光纤收发器原理光纤收发器的原理,就是将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换。光纤收发器正是利用了光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点,很好地解决了以太网在传输方面的问题。在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中得到了很好的应用。

    二、光纤收发器分类

    ①以太网光纤收发器按传输速率:可分为百兆和千兆光纤收发器按光纤来分:可分为单模和多模光纤收发器按所需光纤分类:还分为单纤和双纤收发器按结构来分:可以分为桌面式(独立式)光纤收发器和机架式光纤收发器按电源来分:可以分为内置电源和外置电源两种。

    ②TDM光纤收发器这类光纤收发器主要有T1/E1和T3/E3两种型号。3/E3光纤收发器符合T3(44.736Mbps)和E3(34.368Mbps)的标准,能够用于连接PBX(private branch exchange,专用分组交换机),多路转接器和路由器等设备。这类光纤收发器能够用于建筑之间的信号传输,并能扩展电信划分点。

    ③串口转光纤转换器这类光纤收发器是多功能的支持异步RS-232,RS-485通信接口的光纤MODEM,是连接远程终端单元(RTU)到主机(HOST)或分布式数据采集系统(SCADA)控制器的最佳选择。支持RS-232,RS-485多种异步通信协议,可以同时混合使用两个RS-232,RS-485接口,支持2线(半双工)RS-485工作方式。

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  • 文章目录传感器技术题型绪论基本概念物理基本定律和法则传感器的组成分类对传感器的要求传感器的选用原则地位作用发展趋势1传感器技术基础1.1数学模型1.2传感器的特性与指标静态特性不同的拟合直线的方法最小二乘法...

    传感器技术

    题型

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    • 选择
    • 简答
    • 综合:计算与设计

    绪论

    基本概念

    1. 国标:能感受规定的被测量(物理化学生物量)并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。
      1. 通常由直接响应于被测量的敏感元件Sensing Element和
      2. 产生可用信号输出的转换元件Transduction Element,
      3. (以及相应的信号调节转换电路,书上没有,ppt上说是转换电路Transduction circuit)组成。
    2. 广义:凡是利用一定的物质(物理化学生物)法则、定理、定律、效应等进行能量转换或信息转换,并严格一一对应的器件或装置均可称为传感器

    物理基本定律和法则

    1. 守恒定律
    2. 场的定律
      1. 静电场定律——电容式传感器
      2. 电磁感应定律——自感、互感、电涡流式传感器
      3. 运动定律和电磁感应定律——磁电式传感器
      4. NOTE: 利用场的定律构成的传感器,其形状、尺寸(结构)决定了传感器的量程、灵敏度等主要性能,故此类传感器可统称为“结构型传感器”
    3. 物质定律
      1. 半导体物质法则——压阻、热阻、磁阻、光阻、湿阻传感器
      2. 压电效应(压电晶体物质法则)——压电、声表面波、超声传感器
      3. NOTE:这类传感器统称为“物性传感器”
    4. 统计法制

    传感器的组成分类

    • 基本
      1. 自源型(无源型):无需外电源
      2. 辅助电源型:“能量转换型”结构,不需要变换(测量)电路即可有较大的电量输出
      3. 外源型:“能量控制(调制)型”。“变换(测量)电路”,“信号调理与转换电路”
    • 消除环境变化的干扰而被广泛采用的的线路补偿法构成型式
      1. 相同敏感元件的补偿
      2. 差动结构补偿型
      3. 不同敏感元件的补偿
      4. 反馈

    对传感器的要求

    1. 足够的容量
    2. 灵敏度高,精度适当
    3. 响应速度快,工作稳定、可靠性好
    4. 适用性和适应性强
    5. 使用经济

    传感器的选用原则

    1. 与测量条件有关的因素
    2. 与传感器有关的技术指标
    3. 与使用环境条件有关的因素
    4. 与购买和维修有关的因素

    地位作用

    发展趋势

    1. 不断提高和改善现有传感器的性能;
    2. 发现效应,开发新材料,新功能
    3. 传感器的多功能集成化和微型化
    4. 数字化、智能化和网络化
    5. 研究生物感官,开发仿生传感器

    1传感器技术基础

    1.1数学模型

    • 静态模型:在静态条件下(即输入量对时间t的各阶导数为零)得到的传感器数学模型(若不考虑滞后和蠕变,可用一代数方程表示)
    • 动态模型
      • 微分方程(常用线性常系数微分方程)
      • 传递函数

    1.2传感器的特性与指标

    静态特性

    1. 线性度Linearity又称非线性:
      • 表征传感器输出——输入校准曲线与所选定的拟合直线(作为工作直线)之间的吻合(或偏离)程度的指标
      • 通常用相对误差表示eL=±ΔLmaxyF.Se_L=\pm \frac{\Delta L_{max}}{y_{F.S}}
    2. **回差(滞后)**Hysteresis:
      • 反应传感器在正(输入量增加)反(输入量减小)行程过程中输入——输出曲线的不重合程度的指标
      • 通常使用最大差程表示:eH=ΔHmaxyF.S.e_H=\frac{\Delta H_{max}}{y_{F.S.}}
    3. 重复性Repeatability:
      • 衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向全量程连续多次变动时,所得的特性曲线间一致程度的指标
      • 重复性误差反映的是校准数据的离散程度,属于随机误差
      • eR=±aσmaxyF.S.e_R=\pm\frac{a \sigma_{max}}{y_{F.S.}}
    4. 灵敏度Sensitivity:传感器输出量增量与被测输入量增量之比K=ΔyΔxK=\frac{\Delta y}{\Delta x}
    5. 分辨力Resolution:在规定测量范围内能测出的输入量的最小值
    6. 阈值Threshold:能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力
    7. 稳定性stability,长期稳定性:用输出值与起始标定之间的差异来表示,也常用有效期来表示
    8. 漂移Drifting
      1. 零点偏移
      2. 灵敏度漂移
      3. 零点漂移或者灵敏度漂移又分别都可以分为
        1. 时间漂移(时漂)
        2. 温度漂移(温漂)
    9. 静态误差eSe_S(精度)Accuracy:综合性能指标
    不同的拟合直线的方法
    1. 理论直线法
    2. 端点直线法
    3. 最佳直线法:保证传感器校准曲线对它的正、负偏差相等并且最小
    4. 最小二乘法
    最小二乘法

    k=nxiyixiyinxi2(xi)2b=xi2yixixiyinxi2(xi)2 k=\frac {n\sum{x_iy_i} -\sum{x_i}\sum{y_i}} {n\sum{x_i^2}-(\sum{x_i})^2} \\ b=\frac {\sum{x_i^2}{\sum{y_i}-\sum{x_i}\sum{x_iy_i}}} {n\sum{x_i^2}-(\sum{x_i})^2}

    最小二乘法的拟合精度很高,但是校准曲线相对拟合直线的最大偏差绝对值并不一定最小,最大正、负偏差的绝对值也不一定相等。

    动态特性

    • 动态灵敏度
    • 频率响应特性
      • bode 图 Nyquist图
      • 固有频率等
    • 阶跃响应特性
      1. 时间常数τ\tau
      2. 上升时间trt_r
      3. 响应时间TsT_s
      4. 超调量a1a_1
      5. 衰减率ψ\psi
      6. 稳态误差esse_{ss}

    互换性

    1.3 改善传感器性能的技术途径

    • 结构、材料与参数的合理选择
    • 差动技术
      • 设一传感器,其输出为:y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+……用另一相同传感器,但使其输入量符号相反:y2=a0-a1x+a2x2-a3x3+……,使两者相减,即△y=y1-y2=2(a1x+a3x^3+……)
      • 作用
        1. 消除零位输出和偶次非线性项,得到了对称于原点的相当宽的近似线性范围,减小非线性
        2. 使灵敏度提高了一倍,抵消了共模误差。
        3. 补偿了温度误差
    • 平均技术
    • 稳定性处理
    • 屏蔽、隔离与干扰抑制
    • 零示法、微差法与闭环技术
    • 补偿、校正与“有源”化
    • 集成化、智能化与信息融合

    1.4 合理选择传感器的基本原则和方法

    1.5 传感器的标定与校准

    1. 静态标定:主要用于检测、测试传感器(或传感器系统)的静态性能指标,如静态灵敏度、非线性、回差、重复性
      1. 经验标定系统的关键在于被测非电量的标准发生器及标准测试系统
    2. 动态标定:主要用于检验、测试传感器(或传感器系统)的动态特性,如动态灵敏度、频率响应和固有频率
      1. 绝对标定法
        • 精度较高,但所需设备复杂,标定不方便
        • 常用于高精度传感器和标准传感器标定
      2. 比较法(背靠背法)
    为什么要进行标定与校准 - 新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的鉴定
    - 经过一段时间储存或使用的传感器也需对其性能进行复测 标定和校准的概念 - 通常,在明确输入——输出变换对应关系的前提下,利用某种标准量或者标准器具对传感器的量值进行标度称之为**标定**
    - 将传感器在使用中或储存后进行性能的复测称之为**校准**
    - 两者本质相同 标定的基本方法 利用标准装备产生已知的非电量作为输入量,输入待标定的传感器,然后将传感器的输出量与输入的标准量作比较,获得一系列校准数据或曲线。 有时输入的标准量是利用一标准传感器检测而得,这时的标定是待标定传感器与标准传感器之间的比较。
    标定系统组成:
    (1)标准发生器
    (2)标准测试系统
    (3)待标定传感器所配接的信号调节器和显示、记录器等

    2电阻式传感器

    应变电阻效应

    导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时,
    其电阻值发生变化, 这种现象称为“应变效应”。

    dRR=(1+2μ)ϵ+dρρΔRR=K0ϵ \frac{dR}{R}=(1+2\mu)\epsilon+\frac{d\rho}{\rho} \\ \frac{\Delta R}{R}=K_0\epsilon

    • 金属丝材料的应变电阻效应以结构尺寸变化为主
      • dρρ=CdVV\frac{\mathrm{d}\rho}{\rho}=C\frac{\mathrm{d}V}{V}
      • Km=1+2μ+C(12μ)K_m=1+2\mu+C(1-2\mu)
    • 半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应
      • dρρ=σ=πEϵ\frac{\mathrm{d}\rho}{\rho}=\sigma =\pi E\epsilon
      • Ks=(1+2μ)+πEK_s=(1+2\mu)+\pi E
      • Ks100KmK_s \approx 100K_m

    电阻应变计

    • 分类:丝式,箔式,半导体
    • 电阻应变计组成:敏感栅,基底,引线,盖层,粘结剂
    • 电阻应变计的静态特性:
      • 灵敏系数K=ΔRR/ϵxK=\frac{\Delta R}{R}/\epsilon_x
      • 横向效应和横向效应系数(H):
        • 应变计既敏感纵向应变,同时又受横向应变影响而使灵敏系数相对电阻比减小的现象,称为横向效应
        • 克服: 采用短接式或者直角式横栅(箔式应变计据此设计)
      • 机械滞后(ZjZ_j)
      • 蠕变θ\theta和零漂P0P_0:
        • 粘贴在试件上的应变计,在恒温恒载条件下,指示应变量随时间单向变化的特性
        • 当试件空载时,应变计示值仍会随时间变化的现象。
      • 应变极限ϵlim\epsilon_{lim}:恒温条件下,使非线性误差达到10%时的真实应变值
    • 动态特性
      • 对正弦应变波的响应
      • 对阶跃应变波的响应
      • 疲劳寿命N:粘贴在试件上的应变计,在恒幅交变应力作用下,连续工作直至疲劳损坏时的循环次数

    减小非线性误差:差动电桥补偿法,恒流源补偿法

    温度效应

    温度效应:单纯由温度变化引起应变计电阻变化的现象。

    ΔRR=αtΔt+K(βsβt)Δt\frac{\Delta R}{R}=\alpha_t\Delta t +K(\beta_s-\beta_t)\Delta t

    • 前半部分为热阻效应造成
    • 后半部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起
    • 热输出:ϵt=ΔRRK\epsilon_t =\frac{\frac{\Delta R}{R}}{K}
    • 热输出补偿方法:
      • 温度自补偿法(单丝,双丝)
      • 桥路补偿法(双丝半桥式,补偿块式,差动电桥补偿法)

    测量电桥:应变电桥

    • 按电源分:直流电桥,交流电桥
    • 按工作方式分:平衡桥式电路(零位测量法),不平衡桥式电路(偏差测量法)
    • 按桥臂关系分:
      • 对输出端对称电桥(Z1=Z2,Z3=Z4)
      • 对电源端对称电桥(Z1=Z4,Z2=Z3)
      • 半等臂(Z1=Z2,Z3=Z4)和全等臂电桥(Z1=Z2=Z3=Z4)
    • 全等臂差动电桥:
      1. 相对臂应变片感受应变大小相同,方向相同
      2. 相邻臂应变片感受应变大小相同,方向相反
      3. 四臂差动工作时,不仅消除了非线性误差,而且输出比单臂工作提高了4倍

    电阻应变计式传感器

    • 测力传感器
      • 柱(筒)式,柱环式,悬梁式,轮辐式
    • 压力传感器
    • 位移传感器

    压阻式传感器

    压阻式传感器 压阻效应:半导体单晶硅、锗等材料在外力作用下电阻率将发生变化的现象。

    3变磁阻式传感器Variable Reluctive Transducer

    他们主要包括

    • 电感式:
      • 自感式
      • 互感式
    • 电涡流式
    • 压磁式
    • 磁致伸缩执行器

    自感式传感器

    1. 变气隙式自感传感器组成:线圈,铁心,衔铁
    2. 自感式传感器。
      1. 按磁路几何参数变化形式的不同:自感式传感器有
        1. 变气隙式
        2. 变面积式
        3. 螺管式
      2. 按组成方式,有单一式和差动式两种。

    自感式传感器的测量电路:

    1. 电桥电路:输出交流信号
    2. 谐振电路:灵敏度高,非线性严重
    3. 恒流源电路:抵消掉非线性部分,当la>l′后,灵敏度提高,线性改善,进入工作区域。
    4. 调频电路:抗干扰能力强
    5. 相敏检波电路(衔铁下移,输出信号总为负;“上正下负”)

    自感传感器的误差

    输出特性非线性
    零位误差
    • 定义:差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时,电桥输出理论上应为零,但实际上总存在零位不平衡电压输出,造成零位误差。
    • 组成:
      • 基波谐波:传感器两线圈的电气参数和几何尺寸不对称,以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。
      • 高次谐波:磁性材料磁化曲线的非线性。
    • 减小零位误差的措施
      1. 选择性能稳定均匀的磁性材料(磁滞小,保证均匀性,加工精度)
      2. 减少激励电流的谐波成分与利用外壳来进行电磁屏蔽
      3. 补偿电路
        • 串联电阻消除基波零位电压;
        • 并联电阻消除高次谐波零位电压;
        • 加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量
      4. 采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。
      5. 采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性,来减小零位电压。

    互感式传感器(差动变压器)

    1. 互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。
      • 互感式传感器和变压器的区别:
        1. 后者为闭合磁路,前者为开磁路;
        2. 后者初、次级间的互感为常数,前者初、次级间的互感随衔铁移动而变,且两个次级绕组按差动方式工作。
    2. 减小温度误差
      1. 提高品质因数
      2. 稳定激励电流
    3. 差动变压器零位电压补偿电路:
      1. 串联电阻用以减小零位电压的基波分量;
      2. 并联电阻、电容用以减小谐波分量;
      3. 加反馈支路用以减小基波和谐波分量。

    互感式传感器的测量电路:

    变磁阻式传感器输出为调幅波,为了辨识衔铁移动的方向需要解调。采用解调电路还可以消减零位误差,减小测量误差。12为常见的解调电路

    1. 差动相敏检波电路
    2. 差动整流电路
    3. 直流差动变压器电路

    差动式电感传感器测量电路为什么经常采用相敏检波(或差动整流)电路?试分析其原理。

    • 因为测量电路不具有判别信号相位和频率的能力,抗干扰能力弱。而相敏检波电路可以起到判别作用。
    • 原理:使高频调幅信号与高频载波信号相乘,经滤波后输出低频解调信号。

    应用

      1. 位移与尺寸的测量
      2. 压力测量
      3. 力和力矩
      4. 振动测量
    

    电涡流式传感器

    • 特点
      • 结构简单
      • 灵敏度高
      • 频响范围宽
      • 不受油污等介质影响
      • (被测导体是传感器的一部分)
    • 电涡流式传感器结构类型:
      1. 反射式:变间隙式,变面积式,螺管式
      2. 透射式:低频激励,贯穿深度大,适用于测量金属材料的厚度

    4电容式传感器Capacitance Transducer

    • 优点
      • 温度稳定性好
      • 结构简单
      • 动态响应好
      • 可以非接触测量,具有平均效应
    • 缺点
      • 输出阻抗高,负载能力差
      • 寄生电容影响大
    • 电容式传感器分类:
      • 变极距型:变极距型差动式结构(灵敏度提高一倍,非线性误差大为减小)
      • 变面积型
      • 变介质型。
    1. C=ϵ0ϵrAδC=\frac{\epsilon_0 \epsilon_r A}{\delta},真空介电常数ε_0=8.854*10^(-12)F/m,两极板距离δ
    2. 问题及改进措施
      1. 边缘效应
      2. 静电引力
      3. 寄生电容
        1. 驱动电缆法
        2. 整体屏蔽法
        3. 采用组合式与集成技术
      4. 温度影响

    电容式传感器测量电路:

    1. 耦合式电感电桥
      1. 紧耦合式电感电桥
      2. 变压器电桥:在负载阻抗极大时,其输出特性呈线性
    2. 双T二极管交流电桥
    3. 脉冲调宽电路
    4. 运算放大器电路

    应用

      1. 位移
      2. 加速度
      3. 力和压力
      4. 物位
         <!-- 分辨力极高,能测量低达10-7的电容值0.01μm 的绝对
         变化量和高达(ΔC/C)=100%~200%的相对变化量,因此尤
         适合微信息检测;
         (2)动极质量小,可无接触测量;自身的功耗、发热和迟滞极
         小,可获得高的静态精度和好的动态特性;
         (3)结构简单,不含有机材料或磁性材料,对环境(除高湿外)
         的适应性较强;
         (4)过载能力强 -->
    

    5磁电式传感器Magnetoelectric Transducer

    利用电磁感应原理,将输入运动速度或磁量的变化变换成感应电势输出的传感器。有较大输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定,工作频带一般在10~1000Hz

    • 自源传感器(电动式或感应式传感器)
    • 双向转换特性(逆转换效应:力(矩)发生器和电磁激振器)

    5.5霍尔传感器(Hall Sensor磁敏传感器)

    长L,宽w,厚d,在L两端制有面接触型输入电流极(控制电极),在w两端制有点接触型输出电压极(霍尔电极),即构成霍尔元件。

    UH=RHdIB U_H=\frac{R_H}{d}IB\\

    • 霍尔系数:RH=1enR_H=\frac{1}{en}
    • 霍尔元件灵敏度KH=RHd=UHIB(V/AT)K_H=\frac{R_H}{d}=\frac{U_H}{IB} (V/A\cdot T)
    1. 输入电阻Ri(两个电流电极之间的电阻)、输出电阻(两个霍尔电极之间的电阻)
    2. 不等位电势
      • 定义:无外磁场时,霍尔元件在额定控制电流下,两霍尔电极之间的开路电势
      • 产生原因:
        1. 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上
        2. 半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀。
        3. 控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布。
      • 补偿措施:在某一桥臂上并联一定电阻,使电桥达到平衡。P125图5-12
    3. 温度误差
      1. 采用温度系数小的元件
      2. 根据精度要求进行温度误差补偿(如桥路补偿)
    4. 霍尔开关
      1. 由霍尔元件、运放、斯密特触发器和晶体管组成
      2. 当有磁场作用时,传感器输出高电平
      3. 当没有磁场作用时,输出低电平。
    5. 无触点发讯&转速测量
      1. 当霍尔元件通以恒定的控制电流,且有磁体近距离接近然后离开时,元件将输出一个脉冲霍尔电压,利用这一特性可以进行无触点发讯(与位置有关,与速度无关)
      2. 转速测量P128
        1. 正负交变的周期电压
        2. 频率与转速成比例的单向电脉冲

    6压电式传感器Piezoelectic Sensor

    压电式传感器是以具有压电效应的压电器件为核心组成的传感器。由于压电效应具有自发电可逆性,因此压电器件是一种典型的双向无源传感器件。

    压电效应

    1. 正压电效应(力->电,机械能->电能)
      1. 电位移DD即电荷密度σ\sigma: D=dT\vec{D}=d \vec{T}
      2. d为压电常数矩阵
    2. 逆压电效应(电致伸缩,电能->机械能)
      1. 应变S=dtES=d_t E
      2. dtd_t为你压电常数矩阵,为d的转置矩阵
    • 压电材料的主要特性参数:
      • 压电常数:压电效应强弱,直接关系到压电输出灵敏度
      • 弹性常数:固有频率和动态特性
      • 介电常数:-固有电容-频率下限
      • 机电耦合系数:衡量压电材料继电能量转换效率的重要参数(输出与输入能量比的平方根)
      • 电阻:改善低频特性
      • 居里点:开始丧失压电性的温度
    • 压电材料分类:
      1. 压电晶体(单晶)
      2. 压电陶瓷(多晶半导磁)
      3. 新型压电材料(压电半导体 有机高分子压电材料两种)
    • 压电方程是压电效应的数学描述。
    • (力电分布)
      • 压电晶体的正压电效应和逆压电效应是对应存在的,哪个方向上有正压电效应,在此方向上必定存在逆压电效应,且力——电之间呈线性关系
      • 石英晶体不是在任何方向上都存在压电效应
      • 纵向压电效应1
      • 横向压电效应23
      • 剪切压电效应456
      • 体积压电效应(123同时)
       |z 3              /------/|       x电轴,y机械轴,z光轴
       | 6      5       |-------||
       /------y 2  width|       |/thickness
      / 4               ---------
    x 1                 length
    

    等效电路及测量电路

    • 当需要输出电压时,可把他等效成一个与电容串联的电压源
    • 当需要输出电荷时,可把它等效成一个与电容并联的电荷源
    • 测量电路:压电传感器的测量电路——前置放大器。必须具备两种功能:信号放大阻抗匹配
      • 电压放大器
        • 电压灵敏度:Kum=d33Ca+Cc+CiK_{um}^*=\frac{d_{33}}{C_a+C_c+C_i} (P146,图P145,d33:压电常数),只与回路等效电容C有关,而与被测量的变化频率无关,受电缆分布电容CcC_c影响
      • 电荷放大器
        • Ku=1CfK_u=- \frac{1}{C_f} ,只与反馈电容有关。
        • 由于放大器的非线性误差不进入传递环节,整个电路的线性也较好,因此,采用电荷放大器的压电传感器。
    1. 判断题:压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉力、压力和力矩测量场合,通常较多采用双片或多片石英晶片做压电元件。它刚度大,动态特性好;测量范围宽,可测10(-3)N~104KN范围的力;线性及稳定性高;可测单向力,也可测多向力。(反正这么长,考啥不知道)
    2. 何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应?
      • 某些电介质,当沿一定方向对其施力而使它变形时,其内部产生极化现象,同时在两个相应表面上产生极性相反的电荷,当外力拆除后,又重新恢复到不带电状态的现象。且作用力方向改变时,电荷极性也随着改变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。
      • 当在电介质的极化方向施加电场时,这些电介质就在相应方向上产生机械变形或机械压力,当外加电场撤去时,这些变形或应力也随之消失的现象。这种现象称为逆压电效应,或称电致伸缩。
      • 石英晶体沿电轴X-X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”:把沿机械轴Y-Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。

    7热电式传感器Thermoelectric Sensor

    1. 热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性,对温度和与温度有关的参量进行检测的装置。
      1. 其中,将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器。
        1. 金属热电阻式(热电阻):铂和铜
        2. 半导体热电阻式(热敏电阻)
          1. 负温度系数热敏电阻(NTC)普遍
          2. 正温度系数热敏电阻(PTC)
          3. 临界温度系数热敏电阻(CTR)
      2. 将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。
    2. 热电阻效应:物质的电阻随温度变化而变化的现象。

    利用温度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联,使热敏电阻在一定范围线性。

    热电效应

    1. 热电效应:将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路,若两节点处于不同的温度时,两者之间将产生一热电势,在回路中形成一定大小的电流。
    2. 热电效应由**接触电势(两种材料)温差电势(不同温度)**两部分组成。
      1. 结点处电子迁移扩散。接触电势大小与两种金属的性质、结点温度有关。EAB(T)=kTelnNANBE_{AB} (T)=\frac{kT}{e} \ln\frac{N_A}{N_B}
      2. 对单一金属,温度高端的自由电子向低端迁移。温差电势与金属材料性质、两端温差有关。EA(T,T0)=T0TσAdTE_A (T,T_0) =\int_{T_0}^{T}σ_A\mathrm{d}T
    3. 若热电偶两电极材料相同,即N_A=N_B,σ_A=σ_B,虽然两端温度不同,但,闭合电路的总热电势为零,因此,热电偶必须用两种不同材料做热电极。
    4. 若热电偶两电极材料不同,而热电偶两端的温度相同,即T=T_0,闭合回路中也不产生热电势。

    热电效应的工作定律:

    1. 中间导体定律:当引入第三导体时,保持两端温度相同,对回路总热电势无影响。
    • 应用:将第三导体换成毫伏表,只要保证两个结点温度一致,就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
    1. 连接导体定律与中间温度定律:
    • 应用:连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
    • 中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础
    1. 参考电极定律:
    • 应用:利用该定律可大大简化热电偶选配工作,只要已知有关电极与标准电极配对的热电势,即可求出任何两种热电极配对的热电势而不需要测定。

    热电偶传感器

    • 热电偶的温度补偿:0°C恒温法;补正系数修正法;延伸热电极法(即补偿导线法);补偿电桥法
    • 应用
      • 测量管道流量
      • 热电式继电器
      • 气体成分分析仪
      • 金属材质鉴别仪

    8光电式传感器Photoelectric Sensor

    1. 光电效应:物体吸收光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。
    2. 光电效应分类:
      1. 外光电效应:光的照射下
      2. 内光电效应:材料中处于价态的电子吸收光子能量
        1. 光电导效应
          1. 定义:光照后电阻率变化的现象。
          2. 器件:光敏电阻,反向偏置工作的光敏二极管,光敏三极管。
        2. 光生伏特效应
          1. 定义:光照引起PN结两端产生电动势的效应。
          2. 光电池。
    3. 基于外光电效应的光电器件:光电管,光电倍增管。
    4. 内光电效应:P181半导体能带图

    应用

    • 光电式数字转速表
    • 光电耦合器与光电开关
      1. 强弱电隔离
      2. 对系统内部噪声有很强的抑制作用
      3. 应用:同1 电路中的强弱电隔离

    10数字式传感器

    • 编码器(光栅)
      • 直线式编码器
      • 旋转式编码器
        • 增量编码器
        • 绝对编码器

    13传感检测技术

    • 超声波
    1. 超声波传感器主要采用直接反射式的检测技术。
    2. 超声波探头是实现声电转换的装置。能发射超声波和接收超声回波,并转换成相应的电信号。
    3. 超声波检测技术应用:
      1. 超声波测厚度(共振法,干涉法,脉冲回波法);
      2. 超声波测液位
      3. 超声波测流量;
        1. 时差法测流量
        2. 相位差
        3. 频率差
      4. 超声波探伤。

    14传感器新技术

    • 机器人
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