传感器与检测技术复习资料.doc

第一章 概述
1、传感器的组成：敏感元件、转换元件、基本转换电路。（基本转换电路可以不要）
2、传感器的分类：①按被测对象分：内部信息传感器和外部信息传感器。
②按工作机理分：物性型（光电式、压电式）和结构型（电感式、电容式、光栅式）。
③按能量源分类：无源型（能量转换型，如压电式、光电式、热电式、磁电感应式）和有源型（能量控制型，如电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。
④按输出信号分：开关型（1和0）、模拟型和数字型。
3、传感器的特性：指输出和输入之间的关系，有静态特性（线性度、灵敏度、重复性）和动态特性（输出量对于随时间变化的输入量的响应特性。如幅频、相频、时间常数、阻尼比）之分。传感器的动态特性取决于传感器本身及输入信号的形式。
4、传感器的主要性能指标：测量范围及量程、灵敏度、线性度、重复性、稳定性、精确度、动态特性、环境参数。
1）测量范围及量程：测量范围是指传感器在允许误差范围内，其被测量值的范围；而量程则是指传感器在测量范围内的上限值和下限值之差。
2）灵敏度：指传感器的输出量的变化量△Y和引起此变化的输入量的变化量△X之比。总灵敏度为各环节的灵敏度乘积K0=K1 x K2 x K3……Kn。
3）线性度：以一定的拟合直线为基准与校准曲线比较，其不一致程度即为线性度。取最大偏差△Lmax与理论满量程输出值Y（Y=Ymax-Ymin）的百分比进行计算，δL=I△Lmax I / Y x 100%。
4）重复性：在同一条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的不一致程度的指标。
5）稳定性：相同条件下，相当长的时间内，输入、输出特性不发生变化的能力。影响稳定性的因素是时间和环境。
6）精确度：表示传感器的输出结果和被测量的实际值之间的符合程度，是测量值的精密程度和准确程度的综合反映。
5、传感器的主要性能要求：高精度、低成本；高灵敏度；动态特性好；稳定性好；抗干扰能力强。
6、传感器的标定和校准：在明确传感器输入/输出变换关系的前提下，利用某种标准器具产生已知的标准非电量输入，确定其输出电量与输入量之间关系的过程，称为标定。传感器在使用一段时间后，对其性能参数作必要的调整，以保证其测量精度，这个过程即为校准。

第二章 位移检测传感器
1、位移分类：线位移、角位移。位移测量方法：电测法、机械法、光测法。
2、电测法是利用传感器将位移量转换成电量（电压量、电流量、电荷量）或电参数（电阻量、电容量、电感量）。
一、参量型位移传感器：将被测量转换成电参数（电阻量、电容量、电感量）。
3、位移检测传感器类型：电阻式、电容式、涡流式、压电式、光电式、磁栅式、感应同步器式。

4、电阻式位移传感器：根据导体的电阻率、长度及横截面积的变化引起电阻变化的原理制成，其特点是结构简单、输出信号大、性能稳定。如电位计、应变片
电阻R = 电阻率ρ X 导体长度L / 导体横截面积S
电阻灵敏度KR = 电阻R / 导体长度L = 相应电阻Rx / 电刷位移x
电压灵敏度KU = 电压Ui / 导体长度L = 输出电压Uo / 电刷位移x
5、 电容式位移传感器：利用电容量的变化来测量线位移或角位移的装置。包括：变极距δ型、变介质ε型、变面积S型。
特点：对输入能量的要求低，且具有较高的动态响应特性；介质损耗小，发热影响小，能在高频范围内工作。
电容式位移传感器选用的绝缘材料的特点：绝缘电阻高、膨胀系数低、吸湿性低和几何尺寸的长期稳定性。
两平行板间的电容量C = 极板间介质的介电常数ε X 极板间的覆盖面积S / 极板间距离δ（ε=ε0*εr, ε0为真空介电常数，εr为极板间相对介电常数，在空气中εr=1）
变极距δ型的灵敏度K = - 极板间介质的介电常数ε X 极板间的覆盖面积S / 极板间初始距离δ02
6、电感式位移传感器：将被测量位移转化为自感L、互感M的变化，并通过测量电感量的变化确定位移量。包括：自感式（铁芯上的线圈中的交变电流形成磁通回路）、互感式（基本结构原理类似变压器，在一次侧通过交流电流，在二次侧产生感应电动势）、涡流式（利用电涡流效应被测量转化为线圈阻抗的变化，分类：高频反射和低频透射）和压磁式。特点：功率大、灵敏度高、稳定性好。

二、发电型位移传感器：将被测量转换成电源性参量（电动势、电荷等），是一种能量转换型传感器。包括：磁电型、压电型。压电式位移传感器是将位移量转化为力的变化，然后利用压电效应将力的变化转换为电信号。
三、大位移传感器
7、磁栅式位移传感器：长磁栅（测量线位移）、圆磁栅（角位移）
容栅式位移传感器与电容式位移传感器相比，由于多极电容及平均效应，具有更高的分辨力、精度和更大的量程。
长容栅式位移传感器的最大电容量Cmax= n*ε*a*b/δ (n_可动容栅的栅极数；ε_极板间介质的介电常数；a、b_栅极的长度和宽度；δ_极板间距离)。
8、光栅式位移传感器：长光栅（线位移）、圆光栅（角位移）
两块光学玻璃制成的光栅：标尺光栅（长由量程决定）、指示光栅（短）
长光栅的莫尔条纹间距BH = 光栅栅距W / 栅线间夹角θ （弧度=θ * π/ 180 ）
9、感应同步器：直线式（线位移）、旋转式（角位移）
鉴相式：根据感应电动势的相位来鉴别位移量
鉴幅式：根据感应电动势的幅值来鉴别位移量
特点：精度高、大位移、工作可靠、抗干扰能力强、维护简单、寿命长。
10、 激光式位移传感器：由激光器、光学元件和光电转换元件组成。
特点：精度高、测试时间短、测量范围大、非接触、易数字化、效率高
分类：单频激光干涉传感器、双频激光干涉传感器
11、 小位移测量传感器有：磁电型位移传感器、压电型位移传感器、电阻式位移传感器、电阻应变式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器。
大位移测量传感器有：激光式位移传感器、同步感应器、光栅式位移传感器、容栅式位移传感器。

第三章 压力传感器
一、应变式测力传感器
1、电阻应变式测力传感器：弹性元件在力的作用下产生应变，利用贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化。然后利用电桥将电阻变化转换成电压变化，再送入放大电路测量。
2、弹性元件的形式：柱形（圆柱形、圆筒形、方柱形）、薄壁环形、梁形（悬臂梁式、两端固定梁式）。
3、应变片：非电量电测中一种常见的转换元件。其工作原理是：一根导线在轴向拉力F作用下，其长度L、横截面积S和电阻率ρ都会发生变化。
①丝式电阻应变片:电阻系数高、温度系数小、弹性极限高、加工和焊接性能好、对铜的热电动势小、电阻应变灵敏度系数较大且为常数。
②箔式电阻应变片：面积大散热条件好、灵敏度高、输出功率为丝式应变片的100~400倍、尺寸可以做准、便于成批生产。
金属丝应变片组成：引出线、金属丝（敏感栅）、绝缘底基（纸基70oC、胶基100~300oC、玻璃纤维400~500oC）、绝缘保护片。
金属丝应变片优点：价格便宜，柔软，易于粘帖；缺点：耐潮湿性和耐热性差。
③半导体应变片：工作原理是基于压阻效应。（压阻效应是指固体受到压力作用时，其电阻率发生变化），优点：灵敏度高，机械滞后性小，横向效应小；缺点：应变灵敏系数离散性大，温度系数大，非线性误差大，机械强度低。
4、电桥的工作方式（R1=R2=R3=R4）
ε=△L/L ε1=-ε2=ε3=-ε4
①半桥单臂（R1）：输出电压Uo=输入电压Ui*应变片的灵敏系数K*应变值ε/4
特点：电压灵敏度正比低，功耗小，无温度补偿，易粘帖。
②半桥双臂（R1、R2）：输出电压Uo=输入电压Ui*应变片的灵敏系数K*应变值ε/2
特点：电压灵敏度正比较高，功耗中，有温度补偿。
③全桥四臂（R1、R2、R3、R4）：输出电压Uo=输入电压Ui*应变片的灵敏系数K*应变值ε
特点：电压灵敏度正比最高，功耗大，有温度补偿，不易粘帖。
二、压电式力传感器：基于压电元件的压电效应而工作。材料：石英
适用于动态参数测量。安装时，要使传感器的敏感方向和受力方向一致。
正压电效应：因受力两个相应表面产生极性相反的电荷，去掉外力后，又恢复到不带电状态。
逆压电效应：晶体的极化方向施加外电场，晶体本身产生机械变形，去掉外电场后，变形消失。
5、 压电式传感器的等效电路和前置放大器
(1)等效电路：压电式传感器等效电路可以分为电荷源等效电路（电荷输出）和电压源等效电路（电压输出）
两者关系为：电压Ui=电荷Q/电容量Ca
电容量Ca=介电常数ε*极板面积S/极板距离δ
(2) 前置放大器：①电压放大器（输出电压与输入电压成正比，电缆影响大，注意电缆接线的屏蔽，更换电缆须重新标定，放大器的输入阻抗尽可能地高）
②电荷放大器（输出电压与输入电荷成正比，电缆影响小，输入阻抗高。测量低频信号时，放大器的输入阻抗高于1012Ω）
6、 压电式力传感器的选用原则：
①传感器的量程超过所测力的大小，传感器的工作频带能覆盖待测力的频带。
②选用低噪声电缆。
③测量低频信号时，要求电荷放大器的输入阻抗高于1012Ω，低频响应为0.001Hz。
三、压磁式力传感器：基于压磁元件的压磁效应而工作。材料：硅钢片、坡莫合金
压磁效应：机械力作用下，铁磁材料内部产生应力，使磁导率发生变化，磁阻相应发生变化的现象。外力是拉力时，作用力方向磁导率提高，垂直作用力方向磁导率降低；作用力是压力时，则反之。
压磁式力传感器的结构：主要由压磁元件、弹性钢架、传力钢球和基座组成。
四、扭矩传感器：①应力应变式：如电阻应变式扭矩传感器（轴线45度方向有最大应力）
②相对转角式：如光电式、电容式扭矩传感器
光电式扭矩传感器的工作原理：通过轴上透光窗口的转动改变光信号的强弱，然后利用光电效应将光信号转换成电信号进行测量，在微安表上显示。
电容式扭矩传感器的工作原理：利用机械结构，将轴受扭矩作用后的两端相对转角变化转换成电容的极板面积的变化，从而引起电容量的变化来测量扭矩。
7、集流环的分类：电刷-滑环式、水银式、感应式
五、压力传感器：根据弹性变形原理工作。
8、弹性元件有：波登管、膜片、波纹管。（材料用磷铜）
9、电量式压力传感器：①电容式（灵敏度高、频响好、抗干挠能力强、适合测微压）②应变式（体积小、重量轻、精度高、抗干挠强）③压阻式（频响宽、动态响应好、适合爆炸冲击压力测量）④涡流式（动态响应好、适合在爆炸等极其恶劣环境工作）⑤电感式（频响低、适合测静态或缓变压力）⑥霍尔式（频响低、适合测静态或缓变压力）⑦压电式（体积小、重量轻、频响宽、可测范围大、可测多向压力）

第四章 速度传感器
由定子和转子组成，转子绕组因励磁电压而旋转时，定子绕组产生与转速成正比的感应电动势。
一、测速发电机分类：直流测速发电机（他励式和永磁式）、交流测速发电机（永磁式、感应式和脉冲式）。
1、直流测速发电机电枢感应电动势Es=感应电动势与转速的比例系数Ce*转速n
直流测速发电机有负载时输出电压VCF=电动势Es-电枢电流Is*电枢电阻rs
VCF=输出电压与转速的比例系数C*转速n
感应电动势与转速比例系数Ce=输出电压与转速比例系数C*(1+电枢电阻rs/负载电阻RL）
电枢电流Is=输出电压VCF/负载电阻RL
2、永磁式交流测速发电机的转速n=60*电动势的频率f/电机极对数p
感应式交流测速发电机的转速n=60*电动势的频率f/转子齿数Zr
角速度n2π*电动势的频率f /电机极对数p
脉冲式测速发电机适用于鉴频锁相的速度控制系统。
3、机电一体化系统对测速发电机的主要要求：①输出电压对转速应保持较精准的正比关系；②转动惯量小；③灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应要灵敏。
二、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器
4、变磁通式：①开磁路式（结构简单、体积小、输出信号弱、不能测高转速）
②闭磁路式（可连续使用、方便可靠、测量范围广）
5、霍尔式传感器的工作原理：由磁钢块、霍尔元件、被测物组成，在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附件。当被测物转动时，每当小磁钢转过霍尔元件，霍尔元件就输出一个相应的脉冲。测得单位时间内的脉冲个数，即可以求得被测物的转速和角速度。
三、陀螺式角速度传感器：转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺
基本功能：敏感角位移和角速度。
6、 转子陀螺：利用陀螺原理工作。Y轴为输入轴，X轴为输出轴。是一种惯性传感器，使用方便，质量大，寿命低。
7、 压电陀螺：利用压电晶体的压电效应工作。分类：振梁型（稳定可靠、适用于恶劣环境）；双晶片型（体积小、寿命长、响应快、线性度好、功耗小、可抑制振动和加速度干扰）；圆筒型（可靠性高、成本低、易批量生产、适用于精度要求不高的稳定系统）。
8、 激光陀螺：利用环形干涉原理工作
9、 光纤陀螺特点：无机械传动部件、对加速度不敏感、体积小、动态范围宽、灵敏度高、无需预热时间。
四、 流速传感器：
半导体硅流速传感器的工作原理：依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率与流体流速相关原理制成。
五、加速度传感器
工作原理：利用惯性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种效应，进一步转化成电量来度量被测量的加速度。
常用类型：压电式、应变式、磁致伸缩式。
10、 压电式加速度传感器原理：利用压电陶瓷的压电效应可以构成不同要求的振动加速度传感器。三种结构：压缩型、剪切型、弯曲型。
压电式加速度传感器特点：频率范围广、动态范围宽、灵敏度高、重量轻。
压电传感器本身的内阻抗很高，输出能量很小，故需要接高输入阻抗的前置放大器（电荷放大器）。

第五章 视觉、触觉传感器
一、视觉传感器
1、视觉传感器的作用：位置检测；图像识别；物体形状、尺寸缺陷的检测
2、视觉传感器的组成：照明部；接受部；光电转换部；扫描部。
3、固体半导体摄像机的组成：摄像元件（CCD）、信号处理电路、驱动电路、电源。
4、CCD是一种MOS型晶体管开关集成电路，全称电荷耦合器件，具备光电转换、信息存储和传输功能。具有集成度高、功耗小、分辨率高、动态范围大等特点。
5、激光式视觉传感器（条形码扫描）：激光器的激光束经高速旋转的多面棱镜反射到被测物体的条形码上作一维扫描，条形码的反射光束被光电转换及放大元件接收并放大，再传输给信息处理装置，从而对条形码进行识别。
6、红外图像传感器：把波长（2~20）um的红外光图像变换成如同电视图像的时序扫描信号输出的传感器。通常由红外敏感元件和电子扫描电路组成。
7、人工视觉系统的硬件组成：图像输入、图像处理、图像存储、图像输出。
图像处理的方法：微分法和区域法。
Sobel公式： |A+2B+C-G-2H-I|+|A+2D+G-C-2F-I|。
8、人工视觉的物体图像识别原理：图像输入通过视觉传感器将对象物体变为二维或三维图像，再经光电转换将光信号变为电信号，通过扫描采样将图像分解成许多像素，再把表示各个像素信息的数据输入计算机进行图像处理。
图像前处理：将全部像素的集合进行再处理，以构成线段或区域等有效的像素组合，从所需要的物体图像中去掉不必要的像素。
二、触觉传感器
9、人工触觉传感器包括：接触觉、压觉、力觉、滑动觉、冷热觉、通觉。
10、接触觉传感器的工作原理：通过在一定接触力下，控制通-断状态，输出高或低的电平信号，以表示是否发生接触。

第六章 温度传感器
测量温度的方法：接触式（热传导）和非接触式（热辐射）。
热电动势由接触电动势和温差电动势组成。
摄氏温度t（oC）=绝对温度T（K）-273.15
一、 热电偶式温度传感器：属于接触式热电动势型传感器，工作原理是热电效应（把两种不同的金属导体两端连接在一起组成一个闭合电路，当两个接触点温度不同，回路中将产生热电动势，形成电流，这种热能转换成电能的现象就叫热电效应）。
1、热电偶的组成：热电极、绝缘材料、接线盒、保护套。
热电偶的种类：普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、并联热电偶、串联热电偶。
①普通热电偶：用于测量液体和气体的温度。
②铠装热电偶：测量空间温度，特点是热容量小、热惯性小、动态响应快、强度高、抗震性好。
③薄膜热电偶：测量固体表面小面积瞬时变化温度，特点是热容量小、时间常数小、反应速度快。
④并联热电偶：同一型号的热电偶参考端并联，测量结处于不同温度下，其输出电动势为各热电偶的热电动势的平均值。
⑤串联热电偶：同一型号的热电偶串联起来，所有测量结处于同一温度下，所有连接点处于另一温度T0下，则输出电动势是每个电动势之和。
2、 热电偶测温差基本定律：
①均质导体定律：相同材质的导体组成热电偶不产生电动势（用于检查热电偶的材质）。
②中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体C，只要C两端的温度都为T0，则对总热电动势无影响。（用于实际测温的引出线）
③参考电极定律：Eab(T、T0）=Eac(T、T0）+Ecb(T、T0）。 （用于选配热电偶
3、 热电偶的参考端温度T0要求恒为0oC。温度补偿方法：恒温法、温度修正法、电桥补偿法、冷端补偿法、电位补偿法。
二、 电阻式温度传感器：金属热电阻式、热敏电阻式。
4、金属热电阻式传感器：敏感元件是电阻体，有铂电阻、铜电阻、镍电阻等。
通过测量电阻值而获得温度的方法：电桥测量法（平衡、不平衡电桥法）
采用双线无感绕制法，可以使通过导线的电流方向相反，从而使其产生的磁通相互抵消，不产生感应电动势。
测温机理：在金属导体的两端加电压后，使其内部杂乱无章运动的自由电子形成有规律的定向运动，而使导体导电。
铂电阻（PT100）的温阻特性：在（0~850）oC时：Rt=R0(1+α1t+α2t2)
Rt——温度为toC时的电阻值；R0——温度为0oC时的电阻值；
5、热敏电阻式传感器：敏感元件是热敏电阻，材料是陶瓷半导体，其导电性取决于电子_空穴的浓度。热敏电阻的测温方法——电桥测量法。
测温机理：在低温下，电子_空穴浓度很低，故电阻率很大，随着温度升高，电子_空穴的浓度按指数规律增加，电阻率迅速减小。
温阻特性：RT=R0eB(1/T-1/T0)
RT——温度为ToC时的电阻值；R0——温度为20oC时的电阻值；T——热力学温度（K）（T=273.15+toC）；T0=273.15+20=293.15（K）；B——热敏电阻常数（与热敏电阻材料和工艺有关）。
正温度系数：B<0，在测量温度范围内，其阻值随温度增加而增加。通常不超过140oC。
负温度系数：B>0，其阻值随温度增加而降低，一般适用于（-50~300oC）的温度测量。
6、 热敏电阻的温阻特性呈较强的非线性，使其测温范围和精度受到限制。常利用温度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻阻值在一定范围内呈线性关系。
7、 热敏电阻的结构分类：柱形、珠状、片状、探头式。
8、 热敏电阻的特点：温度系数比金属热电阻大，而且体积小、重量轻，适用于小空间温度测量；又由于它热惯性小，反应速度快，故适用于测量快速变化的温度。
三、 非接触式温度传感器
工作机理：当物体受热后，电子运动的动能增加，有一部分热能转化为辐射能，辐射能量的多少与物体的温度有关。
分类：全辐射式温度传感器、亮度式温度传感器、比色式温度传感器。
9、 全辐射式温度传感器：利用物体在全光谱范围内总辐射能量与温度的关系测量温度。全辐射式温度传感器所测得温度总是低于物体的真实温度。适用于远距离、不能直接接触的高温物体，测温范围为（100~2000oC）。辐射温度
10、 亮度式温度传感器：利用物体的单色辐射亮度随温度变化的原理，并以被测物体光谱的一个狭窄区域内的亮度与标准辐射体的亮度进行比较来测量温度。亮度温度，总小于物体的真实温度。量程宽，测量精度较高，测温范围（700~3200oC）。
11、 比色式温度传感器：以测量两个波长的辐射亮度之比为基础。绝对黑体的温度被称为该黑体的比色温度。灰体的比色温度等于真实温度，金属的比色温度高于真实温度。反应速度快、测量范围宽（800~2000oC），测量精度0.5%。
四、 半导体温度传感器
12、 半导体温度传感器是以半导体P-N结的温度特性为理论依据基础。

第七章 气敏、湿度、水份传感器
一、 气敏传感器：一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。分类：烧结型、薄膜型、厚膜型。
1、 氧气、氮氧化合物倾向于负离子吸附（吸附分子将从材料夺取电子而变成负离子吸附），称为氧化性气体。氧化性气体使N型半导体的电阻率增大。
氢气、一氧化碳、碳氢化合物和酒精倾向于正离子吸附（吸附分子将向材料释放电子而变成正离子吸附），称为还原性气体。还原性气体使N型半导体的电阻率减小。
二、 湿敏传感器：利用湿敏元件吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化的原理制成。湿敏元件的特点：灵敏度高、体积小、寿命长、可以进行遥测和集中控制。
2、 绝对湿度：一定大小空间内水蒸气的绝对含量（kg/m3),也称水气浓度（密度）、或水的蒸气压。
相对湿度：某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压比值的百分数，常用%RH表示，是一个无量纲值。
绝对湿度给出了水份在空间的绝对含量，而相对湿度则给出了大气的潮湿程度。
3、 湿敏元件分类：氯化锂湿敏元件、半导体陶瓷湿敏元件、热敏电阻湿敏元件、高分子膜湿敏元件。
氯化锂湿敏元件：利用吸湿性盐类潮解，离子导电率变化的原理制成的。吸湿时，浓度降低，电导增高，电阻率下降；脱湿时，浓度增加，电导降低，电阻率增加。
半导体陶瓷湿敏元件：负特性湿敏陶瓷（电阻率随湿度增加而减小），正特性湿敏陶瓷（电阻率随湿度增加而增大）如Fe3O4。特点：热稳定性好、响应快、抗污能力强、可热清洗。
热敏电阻湿敏元件：用于测量绝对湿度。2个珠型热敏电阻，一个密封在干燥空气中，另一个作为湿敏元件暴露在空气中，共同组成湿度传感器。先在干燥空气中调整电桥元件，使电桥输出为零，当暴露在湿气中时，由于空气中的水蒸气，湿度传感元件R1的电阻值发生变化，从而电桥平衡被破坏。此不平衡电压即为绝对湿度的函数。
高分子膜湿度传感器：利用高分子膜吸收或释放水分而引起电导率或电容变化来测量环境的相对湿度的传感器。常用于工业湿度计。
金属氧化物陶瓷湿敏元件：以稳定的AL2O3原料为主体的湿敏元件。常用于空调机。
结露传感器：由树脂和导电粒子组成的膜状结构的结露传感器吸收水分后，导电粒子的间隔增大，电阻增大。结露传感器的电路具有开关特性。常用于磁带录像机。
三、 水份传感器：直流电阻型、高频电阻型、电容率型、气体介质型等。

第八章 传感检测系统的构成
1、传感检测系统的组成：1）传感器（获取原始信号）； 2）中间转换电路（将传感器的输出信号转换成电压或电流信号）； 3）信息传输接口； 4）信号分析、处理电路（对信号进行阻抗匹配、微分、积分、线性化及温度补偿等处理）； 5）控制（对执行机械的控制）、显示及记录。
显示分类：模拟显示（指针对标尺，易引入主观误差）；数字显示（十进制显示，消除主观误差）；图像显示（动态的曲线）。
一、 电桥：把电阻、电容及电感转换成电压或电流的一种测量电路。
2、 直流电桥：
输出电压U0=输入电压Es*(-)
当R2*R3R1*R4时，输出电压U0为零，称为直流电桥平衡。
3、交流电桥平衡的条件：1）电阻调平衡 │Z2│*│Z3│=│Z1│*│Z4│
2）电容调平衡 φ2+φ3=φ1+φ4
4、 电桥的分类及应用：1）平衡电桥：基于零测法（输出电压为零），电源电压Es的波动及指示仪器的误差不影响测量结果，可以获得较高精度，适用于测量静态值。
2）不平衡电桥：基于偏差测量法，输出电压或电流的大小反映被测量的变化情况，测量精度受电源稳定性和检流计精度的影响，既可以测静态值又可以测动态值。
5、 电桥的工作特性指标：电桥灵敏度（单位输入量时的输出的变化量）、电桥的非线性误差（输出电压线性化后的相对误差）。
1）单臂电桥：电桥灵敏度为Kus= =1/4
非线性误差δf=(Uos-Uo)/Uo=ε/2
2）差动电桥：电桥灵敏度为Kus=1/2
非线性误差δf=0
3）有源电桥：电桥灵敏度为Kus=-1/2
非线性误差δf=0
有源电桥中的运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗和高增益特点。
6、 电桥调零：测量前输出电压调整为零。分为串联调零和并联调零，调零电位器的阻值远小于桥臂阻值。
二、 调制和解调
7、 将直流信号变换成交流信号的过程，称为调制。经调制的输出电压频率是开关每秒钟开断次数。晶体管调制器
8、 当直流信号被调制成交流信号后，再将该交流信号还原成直流信号的过程，称为解调。二极管解调器、三极管解调器。
三、 滤波器:允许或阻止某一频带信号通过的装置。
9、 滤波方式有无源滤波、有源滤波和数字滤波。
无源滤波特点：优点电路简单；缺点是带负载能力差。
有源滤波特点：不用电感线圈，便于集成；提高隔离性能，提供所需增益；可以使低频截止频率达到很低范围。
数字滤波特点：不需要硬件，可靠性高，稳定性好，灵活方便。
无源滤波器由电阻、电容或电感组成。有源滤波器由运算放大器和RC网络组成。数字滤波是用数字模型来实现滤波。
10、 低通滤波器：具有低频信号容易通过并抑制高频信号的滤波器。(无源一阶低通滤波器负载能力差，仅适用于精度不高场合；有源一阶低通滤波器相比负载能力强，但对截止频率以外的信号衰减较慢，选择性差）。
高通滤波器：具有高频信号容易通过并抑制低频信号的滤波器。
带通滤波器：用于通过某一频段信号，而将此频段以外的信号加以抑制或衰减。
带阻滤波器：抑制某个频率范围内的频率分量，使其衰减，而让此频带以外频率顺利通过。
低通和高通串联=带通；低通和高通并联=带阻
构成高阶滤波器的方法：1）低阶滤波器串联；2）由RC网络和集成放大器直接构成。
11、角频率ω0=1/RC=2π*固有频率f0
截止频率fc=0.707A0
中心频率f0=sqrt(fc1*fc2)
带宽B=上截止频率fc2-下截止频率fc1
品质因素Q=中心频率f0/带宽B （是衡量带通滤波器工作特性好坏的重要指标，在中心频率f0一定的情况下，品质因素Q越高带宽B越窄，选择性越好）。
倍频程n: 上截止频率fc2=2n*下截止频率fc1
等效品质因素Q’=1/【3-（RF+Rf)/Rf】 适用于二阶低通或高通滤波器（在二阶高通滤波器中，为防止自激振荡，要求【3-（RF+Rf)/Rf】>0)。
电阻并联的阻值RF//Rf=RF*Rf/(RF+Rf)
12、有源带通滤波器的带宽B=【3-（RF+Rf)/Rf】*固有频率f0
品质因素Q=1/【3-（RF+Rf)/Rf】
13、有源带阻滤波器的带宽B=2*【2-（RF+Rf)/Rf】*固有频率f0
品质因素Q=1/（2*【2-（RF+Rf)/Rf】） （品质因素Q越高带阻越窄，抑制选择性越好）。
14、 数字滤波的方法：限定最大偏差法、算术平均值法、加权平均滤波法。
1)限定最大偏差法:主要用于变化缓慢的参数。偏差值选的大，干扰信号无法滤除；选的小，会滤掉某些有用信号。
2）算术平均值法：适用于压力测量、流量测量。k值影响滤波效果，k值大，滤波效果好，反应速度慢；k值小，滤波效果差，反应速度快。
四、 数/模和模/数转换
数/模（D/A）转换：数字量转换为模拟量
模/数（A/D）转换：模拟量转换为数字量。
15、 数/模转换电路的形式：T型电阻网络数/模转换器。DAC0832（八位）。
用戴维南定理和叠加原理可以计算数码为任一值的输出电压：
Uo=-[(RF*UR)/(3*R*2n)] *(2n-1*dn-1+2n-2*dn-2+…+20*d0)
16、 数/模转换器的技术指标：
1）分辨率=1/（2n-1） (n——转换器二进制的位数)。位数越多，分辨率越高，误差越小。
2）精度：输出模拟电压的实际值和理想值之差。误差由参考电压的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差等因素引起。
3）线性度：通常非线性误差的大小表示。输出电压和输入数字不可能是线性关系。
4）输出电压（或电流）的建立时间：从数字信号输入开始，到输出电压或电流达到稳定值需要一定的时间（不超过1us）。
17、模/数转换器的芯片ADC0804(八位逐次逼近型)。组成：电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器。
18、模/数转换器的技术指标：（选择模/数转换器的主要指标是转换位数及转换速率）
1）分辨率=最大输入信号Umax/2n (n——转换器二进制的位数)。位数越多，分辨率越高，转换精度也越高。
2）相对精度：实际转换值与理想特性之间的最大偏差，除以输入转换值。
3）转换速度：从接到转换信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号为止所需要时间。
五、自动检测系统的各环节：1）被测量经传感器转换成电信号；2）放大与滤波环节；3）多路模拟开关环节；4）采样保持环节；5）模/数转换环节。
19、集成运算放大器的特点：漂移和噪声很低，增益和共模抑制比很高，且输入阻抗高输出阻抗低。对于理想运算放大器，输入电阻=∝，输出电阻=0，开环增益=∝，没有零点漂移。 常用集成放大器有AD521（高输入阻抗、低失调电流、高共模抑制比、增益可调、具有输入/输出保护功能、较强的过载能力）、AD522（有数据保护端）。
20、采样保持器的工作原理：开关闭合时，输入电压通过限流电阻对电容充电，输出电压随输入电压变化而变化；当开关断开，输出电压则保持电容在开关断开时的电压值。
采样环节的作用：采样期间输出随输入变化而变化，保持状态使输出值保持不变。
采样保持器的主要指标精度、采样时间、下降速率。电容对采样保持精度的影响很大。
采样开关被接通的时间称为采样时间，断开时间为保持时间，接通和断开的时间之和为采样周期。
采样定理：采样频率fs>2*fH (fH——采样信号频谱中的最高频率分量）。如不满足，则会出现信息丢失或信号失真。
六、 传感检测系统中的抗干扰问题：系统内部和系统外部
21、 信噪比：指信号通路中，有用信号功率PS与噪声功率PN之比。S/N=10lg(PS/PN)
22、 形成干扰的三个条件：干扰源、干扰的耦合通道、干扰的接收电路。
干扰的耦合通道即耦合方式有：电容性耦合、互感性耦合、公共地线的耦合、辐射电磁场耦合。
23、抑制干扰的方法：单点接地、屏蔽、隔离、滤波。
四种接地系统：安全地、信号源地、数字信号地和模拟信号地
屏蔽方法：静电屏蔽、低频磁感应屏蔽、高频磁感应屏蔽
隔离电路：变压器隔离电路、光电耦合电路
滤波种类：电源滤波、退耦滤波器、有源滤波、数字滤波
24、 典型噪声干扰的方法：
1）电火花干扰——采用RC吸收电路
2）共模噪声——差分放大器
3）串扰——信号线、数据线、控制线尽可能分开；走线尽可能短；电源线和地线尽可能粗而短。
25、 微机接口方式：开关量接口方式（通过三态缓冲器传给微机）、数字量接口方式（直接给微机）、模拟量接口方式（通过模/数转换器给微机）。
26、 A/D转换又叫ADC，CPU其控制方式有：延时等待式、中断式、查询式。
七、 温度补偿及线性化
27、 温度补偿的方法：计算机软件补偿（公式法、表格法）、硬件电路补偿。
28、 线性化处理方法：硬件、软件。 温度补偿前须先进行线性化处理。
公式法（曲线拟合法）：最佳一致逼近法、最佳平方逼近法。
线性化公式：E=0.01-0.02I+0.01I2
表格法（分段线性插补法）

第九章 信号分析及应用
1、 信号是某一特定信息的载体。有静态信号（其量值与时间无关）、动态信号（其量值随时间变化，是时间t函数）
2、 信号分类的方法依据信号波形特征来划分。从信号是否可以用明确的时间函数关系来表达划分为：确定性信号（能用明确数学关系式或图表来描述）、非确定性信号（不能用数学关系式来描述，只能用概率统计方法来描述）
确定性信号分为：周期信号（简单周期、复杂周期）、非周期信号（准周期信号、瞬态信号）。
非确定性信号（随机信号）分为：平稳随机信号、非平稳随机信号。描述随机信号的主要特征参数有：信号均值、方差、均方差、概率密度函数、自相关函数、功率谱密度函数。
模拟信号（连续时间信号）；离散信号（数字信号，二进制编码表示）。
3、 均值μx:是信号x(t)在整个时间坐标的积分平均，表示信号中的常值分量或直流分量。
=
方差σx2:描述信号的波动范围，反应了信号绕均值的波动程度。其正平方根称为信号的标准差。
σx2=
均方值Ψ2x:表达了信号强度，表示信号的平均功率。其正平方根称为有效值（RMS）。
Ψ2x=
Ψ2x=u2x+σx2。
概率密度函数p(x):描述了信号x(t)对指定幅值的取值机会。
4、自相关函数：Rx()=
①当时延=0时，信号的自相关函数就是信号的均方值：Rx() ==Ψ2x
②Rx()Rx()，在=0处有峰值。
③Rx()=Rx()，是偶函数。
④周期信号的自相关函数必呈周期性。x(t)=x(tnT)
5、互相关函数：Rxy()=
①Rxy()通常不在=0处取峰值，其峰值偏离原点的位置为d，它反映了两个函数相互有d时移时，相关程度最高。
②Rxy()=Ryx(),两个函数关于坐标轴对称。
③两个均值为0的统计独立的随机信号x(t)和y(t)的互相关函数Rxy()=0。
6、互相关系数：xy()==
①xy()=1说明x(t)和y(t)完全相关。
②xy()=0说明x(t)和y(t)完全不相关。
③0