傳感器基本原理和測(cè)量電路

匯報(bào)人：AA2024-01-31傳感器基本原理和測(cè)量電路目錄傳感器概述傳感器基本原理測(cè)量電路基礎(chǔ)典型測(cè)量電路分析傳感器與測(cè)量電路應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與操作指導(dǎo)傳感器概述01傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。定義傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。作用傳感器定義與作用傳感器分類及特點(diǎn)傳感器按其工作原理可分為物理型傳感器和化學(xué)型傳感器。物理型傳感器又包括結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器，結(jié)構(gòu)型傳感器利用物理學(xué)場(chǎng)的定律構(gòu)成，包括力學(xué)傳感器、熱學(xué)傳感器、電學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、磁學(xué)傳感器等；物性型傳感器則是利用物質(zhì)物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)隨外部條件變化而呈現(xiàn)的不同物理效應(yīng)制成的。分類傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。特點(diǎn)微型化：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器正朝著微型化方向發(fā)展。微型傳感器利用微機(jī)械加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上，具有體積小、價(jià)格便宜、便于集成等特點(diǎn)。智能化：傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及思維等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器。多功能化：多功能化是指一個(gè)傳感器能檢測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理量或化學(xué)量，而將多個(gè)傳感器功能集成在一起，形成傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的多功能化。無(wú)線化：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器發(fā)展趨勢(shì)傳感器基本原理02當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料受到外力作用時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變效應(yīng)通常由敏感柵、基底、引線等部分組成，敏感柵是傳感器的核心部分，用于感知被測(cè)物理量的變化。電阻式傳感器結(jié)構(gòu)將被測(cè)物理量（如力、壓力、位移等）轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。工作原理電阻式傳感器原理電容式傳感器結(jié)構(gòu)通常由兩個(gè)金屬電極和介質(zhì)組成，金屬電極是傳感器的敏感部分，用于感知被測(cè)物理量的變化。電容效應(yīng)當(dāng)兩個(gè)平行金屬板之間的介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，其電容值會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電容效應(yīng)。工作原理將被測(cè)物理量（如位移、壓力、液位等）轉(zhuǎn)換成電容值的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。電容式傳感器原理

電感式傳感器原理電磁感應(yīng)原理當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。電感式傳感器結(jié)構(gòu)通常由線圈、鐵芯和銜鐵等部分組成，線圈是傳感器的敏感部分，用于感知被測(cè)物理量的變化。工作原理將被測(cè)物理量（如位移、振動(dòng)等）轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電感值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。當(dāng)某些晶體受到外力作用時(shí)，其表面會(huì)產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)通常由壓電元件、質(zhì)量塊和基座等部分組成，壓電元件是傳感器的核心部分，用于感知被測(cè)物理量的變化。壓電式傳感器結(jié)構(gòu)將被測(cè)物理量（如力、壓力、加速度等）轉(zhuǎn)換成壓電元件表面的電荷量，再通過(guò)測(cè)量電路將電荷量的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。工作原理壓電式傳感器原理當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)也會(huì)在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流，這種現(xiàn)象稱為磁電效應(yīng)。磁電效應(yīng)通常由線圈、磁鐵和彈簧等部分組成，線圈是傳感器的敏感部分，用于感知被測(cè)物理量的變化。磁電式傳感器結(jié)構(gòu)將被測(cè)物理量（如轉(zhuǎn)速、角速度等）轉(zhuǎn)換成線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電動(dòng)勢(shì)的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)輸出。工作原理磁電式傳感器原理測(cè)量電路基礎(chǔ)0303數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對(duì)調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編碼等處理，最終輸出數(shù)字信號(hào)或進(jìn)行顯示、記錄、控制等操作。01傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，其性能直接影響測(cè)量精度和穩(wěn)定性。02信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、線性化等處理，以便于后續(xù)電路或系統(tǒng)處理。測(cè)量電路組成要素放大電路根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的放大電路，以提高信號(hào)幅度和驅(qū)動(dòng)能力。濾波電路針對(duì)傳感器輸出信號(hào)中的噪聲和干擾，設(shè)計(jì)低通、高通、帶通等濾波電路，以濾除無(wú)用信號(hào)，提高信噪比。線性化電路對(duì)于非線性輸出的傳感器，需要設(shè)計(jì)線性化電路進(jìn)行校正，以便于后續(xù)處理和顯示。信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)對(duì)傳感器和測(cè)量電路進(jìn)行電磁屏蔽，以減少外部電磁場(chǎng)的干擾。電磁屏蔽接地處理隔離技術(shù)合理設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)，避免地環(huán)路和共模干擾等問(wèn)題。采用光電隔離、電磁隔離等技術(shù)，切斷干擾傳播途徑，提高抗干擾能力。030201噪聲干擾與抑制措施線性化方法通過(guò)硬件電路或軟件算法對(duì)傳感器輸出進(jìn)行線性化處理，如采用分段線性化、插值法、最小二乘法等方法。非線性校正方法對(duì)于某些無(wú)法線性化的傳感器輸出，可以采用查表法、函數(shù)擬合法等非線性校正方法進(jìn)行處理，以提高測(cè)量精度和可靠性。同時(shí)，還可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和需求，選擇合適的校正方法和算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。線性化與非線性校正方法典型測(cè)量電路分析04123電阻應(yīng)變片基于應(yīng)變效應(yīng)，將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，通過(guò)測(cè)量電阻變化推算出應(yīng)變值。工作原理包括電阻應(yīng)變片、電橋電路、放大電路和濾波電路等部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量。測(cè)量電路組成廣泛應(yīng)用于力、壓力、扭矩等物理量的測(cè)量，如材料力學(xué)性能測(cè)試、航空航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等。應(yīng)用領(lǐng)域電阻應(yīng)變片測(cè)量電路工作原理包括電容傳感器、交流電橋、放大電路和相敏檢波電路等部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移信號(hào)的高精度測(cè)量。測(cè)量電路組成應(yīng)用領(lǐng)域適用于精密機(jī)械加工、自動(dòng)化設(shè)備位移監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床刀具磨損監(jiān)測(cè)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門間隙調(diào)整等。電容位移計(jì)利用電容變化來(lái)測(cè)量位移，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，電容極板間距或面積發(fā)生變化，導(dǎo)致電容量改變。電容位移計(jì)測(cè)量電路工作原理壓電加速度計(jì)基于壓電效應(yīng)，將加速度轉(zhuǎn)換為電荷量或電壓輸出，通過(guò)測(cè)量電荷量或電壓推算出加速度值。測(cè)量電路組成包括壓電傳感器、電荷放大器、高通濾波器和電壓放大器等部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于振動(dòng)、沖擊等加速度測(cè)量場(chǎng)合，如地震監(jiān)測(cè)、航空航天飛行器振動(dòng)測(cè)試等。壓電加速度計(jì)測(cè)量電路霍爾元件基于霍爾效應(yīng)，將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓輸出，通過(guò)測(cè)量電壓推算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。工作原理包括霍爾元件、放大電路、濾波電路和補(bǔ)償電路等部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量。測(cè)量電路組成適用于磁場(chǎng)強(qiáng)度、電流等物理量的測(cè)量，如電機(jī)控制、磁傳感器等領(lǐng)域。應(yīng)用領(lǐng)域霍爾元件磁場(chǎng)測(cè)量電路傳感器與測(cè)量電路應(yīng)用實(shí)例05利用熱電效應(yīng)測(cè)量溫度，具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。熱電偶傳感器利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性測(cè)量溫度，廣泛應(yīng)用于家電、汽車等領(lǐng)域。熱敏電阻傳感器通過(guò)測(cè)量物體輻射的紅外能量來(lái)推算物體溫度，適用于非接觸式溫度測(cè)量。紅外溫度傳感器將溫度傳感器與測(cè)量電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警和控制等功能。溫度檢測(cè)系統(tǒng)溫度傳感器與溫度檢測(cè)系統(tǒng)ABCD壓力傳感器與壓力檢測(cè)系統(tǒng)電容式壓力傳感器利用電容變化來(lái)測(cè)量壓力，具有靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。振弦式壓力傳感器利用振弦的頻率變化來(lái)測(cè)量壓力，適用于長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合。壓阻式壓力傳感器利用壓阻效應(yīng)將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域。壓力檢測(cè)系統(tǒng)將壓力傳感器與測(cè)量電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示和記錄等功能。電感式位移傳感器利用電感變化來(lái)測(cè)量位移，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。電容式位移傳感器利用電容變化來(lái)測(cè)量位移，適用于微小位移的高精度測(cè)量。光電式位移傳感器利用光電效應(yīng)測(cè)量位移，具有非接觸式測(cè)量、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。位移檢測(cè)系統(tǒng)將位移傳感器與測(cè)量電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和反饋等功能。位移傳感器與位移檢測(cè)系統(tǒng)磁電式速度傳感器利用磁電感應(yīng)原理測(cè)量速度，具有測(cè)量精度高、可靠性好等特點(diǎn)。光電式速度傳感器利用光電效應(yīng)測(cè)量速度，適用于高速運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)量。多普勒速度傳感器利用多普勒效應(yīng)測(cè)量速度，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)測(cè)速、超聲波測(cè)速等領(lǐng)域。速度檢測(cè)系統(tǒng)將速度傳感器與測(cè)量電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示和記錄等功能。速度傳感器與速度檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與操作指導(dǎo)06通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)掌握傳感器的基本原理和測(cè)量電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。學(xué)生能夠獨(dú)立搭建傳感器測(cè)量電路，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)器材：傳感器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表、電阻、電容、面包板等。實(shí)驗(yàn)器材和步驟實(shí)驗(yàn)步驟1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇合適的傳感器和測(cè)量電路元件。2.搭建傳感器測(cè)量電路，確保電路連接正確、穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)器材和步驟實(shí)驗(yàn)器材和步驟013.使用信號(hào)發(fā)生器為傳感器提供激勵(lì)信號(hào)，觀察示波器上的輸出波形。024.調(diào)整電路參數(shù)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5.重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲取多組數(shù)據(jù)以進(jìn)行結(jié)果分析。03數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要