第四章检测方法 4.0传感器概述 1、传感器的基本概念 人的五官：眼睛耳朵鼻子 舌头皮肤 > 传感器 11111 感觉：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 功能 定义：传感器是一种把特定的被测信息量按照一定规律转换成为可用 信号输出的器件或装置。 被测量：物理量、化学量、生物量… 可用信号：便于处理和传输的非噪声信号（电信号、光信号..) 规律：确定规律，可以重复（线性、非线性、周期） 传感器：传-传递信息；感-感受被测量；器器件 例：热敏电阻-温度变化-电阻变化 R
4.0 传感器概述 1、传感器的基本概念 人的五官：眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤 视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 定义： 被测量：物理量、化学量、生物量 …… 规律：确定规律，可以重复（线性、非线性、周期） 可用信号：便于处理和传输的非噪声信号 （电信号、光信号……） 例：热敏电阻 --- 温度变化 ---- 电阻变化 R 传感器：传--传递信息；感--感受被测量；器--器件 传感器是一种把特定的被测信息量按照一定规律转换成为可用 信号输出的器件或装置。 感觉： 功 能 传感器 第四章 检测方法
2、传感器的构成型式 敏感元件：感受被测量变化，并输出相对应的电信号 又称“转换元件”或“变换元件” 例：电阻应变片（应变-电阻） 敏感元件是传感器的核心 几种典型的传感器构成方法： (1)自源型传感器： 不需外部能源；转换元件从被测对象获得能量，并 转换为电量；输出较弱。如热电偶、压电器件 输入 转换元件 输出
2、传感器的构成型式 敏感元件：感受被测量变化，并输出相对应的电信号 例：电阻应变片（应变---电阻） 又称“转换元件” 或 “变换元件” 敏感元件是传感器的核心 几种典型的传感器构成方法： （1）自源型传感器： 不需外部能源；转换元件从被测对象获得能量，并 转换为电量；输出较弱。如热电偶、压电器件 输入 转换元件 输出
(2)激励型传感器： 外部能源起激励作用，可以是电源、磁源、光源或 气源等；不需变换电路即可获较大输出。如磁电式、 霍尔传感器 输入 转换元件 输出 辅助能源 转换电路：把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显 示、处理和控制的可用信号的电路， 又称“信号调理电路”或“测量电路” 例：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。 上述两种为能源转换型传感器
转换电路： 例：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。 把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显 示、处理和控制的可用信号的电路， 又称“信号调理电路” 或 “测量电路” （2）激励型传感器： 外部能源起激励作用，可以是电源、磁源、光源或 气源等；不需变换电路即可获较大输出。如磁电式、 霍尔传感器 输入 转换元件 输出 辅助能源 上述两种为能源转换型传感器
(3)外源型传感器： 由利于被测量实现阻抗变换的转换元件组成，必须通 过带外接电源的测量电路才能获得电量输出。 如电阻应变片、电感式传感器 输入 转换元件 输出 电源
（3）外源型传感器： 由利于被测量实现阻抗变换的转换元件组成，必须通 过带外接电源的测量电路才能获得电量输出。 如电阻应变片、电感式传感器 输入 转换元件 输出 电源
3、传感器的分类 分类法 型式 说明 物理型 采用物理效应进行转换 按基本效应分类 化学型 采用化学效应进行转换 生物型 采用生物效应进行转换 按构成原理分类 结构型 以转换元件结构参数变化实现信号转换 物性型 以转换元件物理特性变化实现信号转换 按能量关系分类 能量转换型 传感器输出量直接由被测量能量转换而来 能量控制型 传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制 电阻式 利用电阻参数变化实现信号转换 电容式 利用电容参数变化实现信号转换 电感式 利用电感参数变化实现信号转换 按工作原理分 压电式 利用压电效应实现信号转换 磁电式 利用电磁感应原理实现信号转换 热电式 利用热电效应实现信号转换 光电式 利用光电效应实现信号转换 光纤式 利用光纤特性参数变化实现信号转换 长度、角度、振动、 按输入量分类 位移、压力、温度、 以被测量命名（即按用途分类） 流量、距离、速度等 按输出量分类 模拟式 输出量为模拟信号（电压、电流、…） 数字式 输出量为数字信号（脉冲、编码、…）
3、传感器的分类 输出量为模拟信号（电压、电流、……） 输出量为数字信号（脉冲、编码、……） 模拟式 数字式 按输出量分类 以被测量命名（即按用途分类） 长度、角度、振动、 位移、压力、温度、 流量、距离、速度等 按输入量分类 利用电阻参数变化实现信号转换 利用电容参数变化实现信号转换 利用电感参数变化实现信号转换 利用压电效应实现信号转换 利用电磁感应原理实现信号转换 利用热电效应实现信号转换 利用光电效应实现信号转换 利用光纤特性参数变化实现信号转换 电阻式 电容式 电感式 压电式 磁电式 热电式 光电式 光纤式 按工作原理分 传感器输出量直接由被测量能量转换而来 传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制 能量转换型 能量控制型 按能量关系分类 以转换元件结构参数变化实现信号转换 以转换元件物理特性变化实现信号转换 结构型 物性型 按构成原理分类 采用物理效应进行转换 采用化学效应进行转换 采用生物效应进行转换 物理型 化学型 生物型 按基本效应分类 分类法 型式 说 明
4.1长度量检测技术 长度及线位移是几何量中最基本的测试内 容 在工业在线检测、计量测试、检定标定等 领域中最为经常性的工作 传感器：机械式（杠杆、齿轮）、电感、 电容、光栅、磁栅、容栅、感应同步器、 光电式
在工业在线检测、计量测试、检定标定等 领域中最为经常性的工作 长度及线位移是几何量中最基本的测试内 容 4.1长度量检测技术 传感器：机械式（杠杆、齿轮）、电感、 电容、光栅、磁栅、容栅、感应同步器、 光电式
4.1.1位移检测技术
4.1.1位移检测技术
一、电感位移传感器 原理：利用传感器线圈的电感变化来检测非电量的 用途：主要用于检测位移，也可测量振动、力、应变、 流量和密度等 特点：结构简单，工作可靠，寿命长，性能良好， 适于恶劣环境使用 接触式测量 频响不高，不适于高频测试 冬测量范围仅零点几mm(测微仪) 线性度：0.5%，0.1%，0.05%， 0.02% 冬分辨力：0.1μm~0.01um,1nm 种类：自感式和互感式
一、电感位移传感器 特点： 分辨力：0.1 μm ~ 0.01 μm ，1nm 频响不高，不适于高频测试 线性度：0.5% ，0.1% ，0.05% ，0.02% 结构简单，工作可靠，寿命长，性能良好， 适于恶劣环境使用 接触式测量 自感式和互感式 测量范围仅零点几mm（测微仪） 原理：利用传感器线圈的电感变化来检测非电量的 用途：主要用于检测位移，也可测量振动、力、应变、 流量和密度等 种类：
1、自感式电感传感器 ◆变气隙型自感传感器 构成：线圈、铁芯和衔铁 原理： 线圈 衔铁随被测量上下移 动时，铁芯气隙、磁 路磁阻随之变化，引 铁心 起线圈电感量变化， 然后由测量电路转换 成与位移成比例的电 量输出 衔铁
1、自感式电感传感器 衔铁随被测量上下移 动时，铁芯气隙、磁 路磁阻随之变化，引 起线圈电感量变化， 然后由测量电路转换 成与位移成比例的电 量输出 构成：线圈 、铁芯和衔铁 原理： ◆变气隙型自感传感器
传感器线圈的等效电路 R。 线圈电感L、线圈铜耗电阻Rc、铁心涡耗电阻Re、 磁滞损耗电阻Rh()、线圈分布电容C
传感器线圈的等效电路 线圈电感 L、线圈铜耗电阻Rc、铁心涡耗电阻Re 、 磁滞损耗电阻 R h(f)、线圈分布电容 C