§2-1传感器与检测系统的构成
电感传感器 应变传感器
电容传感器
压电传感器 其他传感器
光电传感器
传感器与检测 系统
多传感器融合
温度传感器 磁敏传感器
基础知识 定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 检测技术
按照物理原理分类：
电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等； 磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等； 压电式传感器：声波传感器、超声波传感器； 光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、 光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等； 气电式传感器：电位器式、应变式； 热电式传感器：热电偶、热电阻； 波式传感器：超声波式、微波式等；
• 滑尺继续前进，移动到1/2节距时的c位置，感应 电势与a位置相同，极性相反。当到达3/4节距的d 点，又回到0
4.
5.
6.
力和力矩
硅压阻式 压力传感 器、力矩 传感器
光电传感器 其他传感器
光敏电阻、 光电二极 管和光电 三极管、 红外传感 器
温度传感器、 气敏传感器
检测系统的组成
被测物理量 （非电量）
变换
传
（F/V
感
）放
器
大保
存
控制装置 显示
图2-1 检测系统的构成简图
传感器和检测系统的基本要求
精度、灵敏度和分辨率高。
基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简 称转换电路），便可转换成电量输出。
表2-1 人体五感与传感器（电五官）
人体感觉 感官 传感器举例
物理量的变换
视觉 听觉
眼 CCD 编码器
耳 微音器
光电 位置、速度 电 声压 电
触觉
皮肤 应变计、压敏元件 压（力） 电阻 电
嗅觉
鼻 气味传感器
气体吸附 电阻 电
角位移。
缺点转测轴量与精衬度套较间低会，出以现及“转卡速死较”高现时象，
直线型电位器有滑线位移式和线绕位移式两种
• 其中滑线位移式电位器的 结构原往返运 动时，电刷在电阻丝上亦 往返滑动，并输出与位移 量成正比的电压 U0 。
• 直线型电位器结构简单、 性能稳定。
按照传感器的用途分类 ：
1.
2.
3.
位移
速度
电位器、感应 同步器、光栅、 光电编码器、 超声波传感器、 电涡流传感器、 光纤传感器
测速发电机、光纤多 普勒速度计、霍尔式 转速传感器、电容式 转速传感器、光电式 转速传感器、电涡流 式转速传感器、空间 滤波器
加速度
压电式加速度 传感器、倾斜 镜式光纤加速 计
射线式传感器：热辐射式、γ射线式； 半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻； 其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。
有些传感器的工作原理具有两种以上原理的复 合形式；
如不少半导体式传感器，也可看成电参量式传 感器。
按照传感器的用途分类 ：
位移 速度 加速度 力和力矩传感器 视觉传感器 色彩传感器 光电传感器 其他传感器
U0
W
W/4
定 尺
滑尺
US
UC
图2-4 直线感应同步器的结构原理
Us -正弦绕组电压；Uc -余弦绕组电压
直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器
• 其结构如图，定尺和滑尺的基板采用与机床热膨 胀系数相近的钢板制成
• 钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的办 法做成图示的印刷绕组。
• 长尺叫定尺，安装在机床床身上，短尺为滑尺， 安装于移动部件上，两者平行放置，保持 0.25~0.05mm间隙。
• 直线感应同步器的工作原理如图2-6所示
定尺
V2
滑A
尺 B1 2 4
A M
E
N
正弦绕组
位
C
1 2
2
O
B
DP
θ
置
D
3 4
2
C 余弦绕组
E 2 感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系
图2-6 感应电压幅值与定尺滑尺相对位置关系
• 感应电势的大小取决于定尺和滑尺的空间相位角
• 滑尺移动，感应电势下降，当两者刚好错开1/4节 距时，到达b点，此时感应电势为0
味觉
舌 PH计、微生物传感器 化学变化 电
§2-2位移传感器
• 2.2.1电位器
➢ 电位器分直线型和旋转 型。
➢ 电位器的工作原理是将
直线位移、转角等机械
量转换成电阻变化，当
在电位器两固定端加上
电源电压后，则在电位 器电刷处就可得到电压
电位器
的变化。
结构简单、体积小，动态范围宽，输出信号
优点大较（高一等般特不 点必，放广大泛）用，于抗检干测扰各能种力回强转和角精度度和
• 缺点是分辨率不高，易磨 损。
拉杆
U0
电刷
Ui
电阻丝
图2-3 滑线位移式电位器的结构原理
2.2.2感应同步器
• 感应同步器是应用电磁感应原理来测量直 线位移和角位移的传感器。
• 感应同步器分直线式和圆盘式两种。 • 分别用来测量直线位移和角位移。
• 图2-4和图2-5所示分别是直线感应同步器和圆盘 式感应同步器的结构原理。
对传 感器和检测 系统的基本
要求
线形、稳定性和重复性好，工作可靠
静动态特性好，测量范围大 抗干扰能力强
体积小，质量轻，操作简便，价格便宜
传感器的组成
被测量 敏感元件
转换元件
基本转换电路
电 量
辅助电源
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定 关系的某一物理量的元件。
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入 转换成电路参量。
第2章 传感器与信息处理
传感器的地位与作用
•传感器是人类五官的延长，又称之为电五 1 官。
•传感器是获取信息的主要途径与手段。 •没有传感器，现代化生产就失去了基础。 •传感器是边缘学科开发的先驱。
传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发 2 、海洋探测、环境保护、资源调查、医学
诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其 广泛的领域。
•从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至 各种复杂的工程系统，几乎每一个 3 现代化项目，都离不开各种各样的 传感器。 •可见，传感器技术在发展经济、推 动社会进步等方面起着重要作用。
章节安排
2.1传感器与检测系统的构成 2.2位移传感器 2.3速度传感器 2.4加速度传感器 2.5力和力矩传感器 2.6视觉传感器 2.7色彩传感器 2.8光电传感器 2.9其他传感器 2.10信号处理
• 感应同步器两个单元绕组之间的距离为节距
• 滑尺和定尺的节距均为，这是衡量感应同步器精 度的主要参数。
• 标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm， 节距为2mm。
• 当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作 用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决 于滑尺和定尺的相对位置。