傳感器與檢測技術(shù)教案

教學目標教學分析教學過程課后小結(jié)教學目標教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)教學目的教學分析教學過程課后小結(jié)第1章傳感器與自動檢測技術(shù)的基本概念1．熟悉傳感器的定義與分類。2．掌握傳感器基本特性。3．了解傳感器的應用領(lǐng)域及發(fā)展。了解傳感器的分類及特性、傳感器的應用領(lǐng)域以及測量誤差的概念，掌握測量誤差的處理方法和測量數(shù)據(jù)的處理方法。1.1傳感器簡介教學目的：熟悉傳感器的定義與分類。掌握傳感器基本特性。了解傳感器的應用領(lǐng)域及發(fā)展。教學分析：重點難點：傳感器的定義及分類教學過程：1傳感器的定義與組成傳感器(狹義):能感應被測量的變化并將其轉(zhuǎn)換為其他物理量變化的器件.傳感器(廣義):是信號檢出器件和信號處理部分的總稱.組成:一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號調(diào)理電路組成.傳感器的分類按測量的性質(zhì)劃分:位移傳感器,壓力傳感器,溫度傳感器等.按工作的原理劃分:電阻應變式,電感式,電容式,壓電式,磁電式傳感器等.按測量的轉(zhuǎn)換特征劃分:結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器.按能量傳遞的方式劃分:能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器.2傳感器的基本特性a．線性度：指輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離直線的程度,又叫非線性誤差.b．靈敏度：指傳感器的輸出量增量與引起輸出量增量的輸入量的比值.c．遲滯：指傳感器在正向行程和反向行程期間,輸出-輸入曲線不重合的現(xiàn)象.d．重復性：指傳感器在輸入量按同一方向做全量程多次測試時,所得特性曲線不一致性的程度.f．分辨率：指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測輸入量的最小變化量.g．穩(wěn)定性：指傳感器在室溫條件下,經(jīng)過相當長的時間間隔,傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異.h．漂移：指傳感器在外界的干擾下,輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的變化,包括零點漂移和靈敏度漂移等.3傳感器的應用領(lǐng)域及其發(fā)展a．生產(chǎn)過程的測量與控制b．安全報警與環(huán)境保護c．自動化設(shè)備和機器人d．交通運輸和資源探測e．醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器f．微型傳感器(Microsensor)g．智能傳感器(Smartsensor)h．多功能傳感器(Multifunctionsensor)4傳感器的正確選用a．與測量條件有關(guān)的因素b．與使用條件有關(guān)的因素c．與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標此外,還要考慮購買和維修等因素.課后小結(jié)：1.2自動檢測系統(tǒng)簡述教學目的：掌握自動檢測系統(tǒng)的概念。掌握自動檢測系統(tǒng)的功能。教學分析：重點難點是自動檢測系統(tǒng)的功能。教學過程：1、檢測技術(shù)組成依照信息量的過程劃分：信息的獲取，信息的轉(zhuǎn)換，信息的顯示和信息的處理。2、檢測系統(tǒng)的功能變換功能，選擇功能，比較功能和顯示功能。課后小結(jié)：1.3誤差測量與精度教學目的：掌握測量誤差的概念掌握測量誤差的處理方法。教學分析：重點難點誤差概念。教學過程：誤差的基本概念：真值：被測物體所具有的真正值；約定值：由于真值是未知的，往往采用基準器代替真值，成為約定值；實際值：測量無限次時，測量結(jié)果的平均值。2．誤差分類：按表示方法進行分類絕對誤差：測量值與約定真值的比；相對誤差：實際相對誤差，標稱相對誤差，引用相對誤差等。按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類;系統(tǒng)誤差：分為真值誤差和變值誤差；隨機誤差：偶然因素造成的誤差；粗大誤差:測量結(jié)果明顯偏離實際值的誤差。按使用條件分類：基本誤差：系統(tǒng)標準情況下產(chǎn)生誤差；附加誤差：當使用條件拍那里標準情況時產(chǎn)生的誤差。3.儀器精度和測量精度儀表精度與測量精度的關(guān)系：儀表精度采用7個等級，從分利用儀表精度來獲得比較精確地測量結(jié)果。附加誤差對實際測量精度的影響：如果實際工作條件不是儀表規(guī)定的標準狀態(tài)，就要考慮附加誤差的影響了。課后小結(jié)：1.4檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件教學目的：掌握彈性敏感元件的概念及特性教學分析：重點難點彈性敏感元件的特性教學過程：基本概念：應變：物體在外部壓力或拉力作用下發(fā)生形變的現(xiàn)象。彈性應變：當外力去除后，物體能夠完全恢復其尺寸和形狀的應變。彈性元件：具有彈性應變特性的物體。彈性敏感元件的基本特性：剛度：使彈性敏感元件產(chǎn)生形變所需要的外部作用力。靈敏度：是剛度的倒數(shù)，表示彈性敏感元件在承受單位輸入量時所產(chǎn)生的形變大小。彈性敏感元件的形式與應用范圍輸入形式：力或者流體壓力；輸出形式：應變和位移。應用范圍:變換力的彈性敏感元件：等軸截面、環(huán)狀彈性敏感元件、懸梁臂、扭轉(zhuǎn)軸等。變換壓力的彈性敏感元件：彈簧管、波紋管、等截面薄板、波紋膜片和膜盒。課后小結(jié)：第二章參量傳感器1．掌握各種傳感器的工作原理。2．熟悉各種傳感器的測量電路。3．掌握各種傳感器的應用。各種參量傳感器的組成及工作原理2.1電阻應變式傳感器教學目的：掌握電阻應變式傳感器的工作原理教學分析：重點難點電阻應變式傳感器的工作原理教學過程：1.電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。工作原理：當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。結(jié)構(gòu)：應變式傳感器由彈性元件上粘貼電阻應變片構(gòu)成。應用：廣泛用于力、力矩、壓力、加速度、重量等參數(shù)的測量。2.電阻應變效應電阻應變片的工作原理是基于應變效應，即導體或半導體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應變效應”。3．電阻應變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應變片的結(jié)構(gòu)4．電阻應變式傳感器的應用（1）應變式力傳感器被測物理量：荷重或力主要用途：作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。力傳感器的彈性元件：柱式、筒式、環(huán)式、懸臂式等（2）應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質(zhì)的動態(tài)或靜態(tài)壓力應變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。（3）應變式容器內(nèi)液體重量傳感器感壓膜感受上面液體的壓力。（4）應變式加速度傳感器用于物體加速度的測量。依據(jù)：a=F/m。電阻應變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖課后小結(jié)：2.2熱電阻傳感器教學目的：掌握熱電阻的分類教學分析：重點難點熱電阻的應用教學過程：熱電阻定義：利用電阻隨溫度變化得特性制成的傳感器。熱電阻：利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度。熱敏電阻：按溫度系數(shù)可以分為三類熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTC）。應用：金屬熱電阻傳感器半導體熱電阻傳感器課后小結(jié)2.3氣敏、濕敏電阻傳感器教學目的：掌握氣敏、濕敏電阻傳感器分類教學分析：重點難點氣敏、濕敏電阻傳感器定義教學過程：氣敏電阻傳感器定義：把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量再轉(zhuǎn)換成電流、電壓信號的傳感器。濕敏電阻傳感器：濕度具有絕對濕度和相對濕度傳感器之分。陶瓷濕敏電阻傳感器核心是鉻酸鎂-氧化鈦等金屬氧化物以高溫燒結(jié)工藝制程的多孔陶瓷半導體。課后小結(jié)：2.3差分變壓式傳感器教學目的：掌握差分變壓器式傳感器的工作原理教學分析：重點難點差分變壓式傳感器的工作原理教學過程：1.電感式傳感器電感式傳感器的工作原理是基于電磁感應原理，它把被測量轉(zhuǎn)化為電感量變化的一種裝置。按照轉(zhuǎn)換方式的不同可分為自感式（包括可變磁阻式與渦流式）和互感式（差動變壓器式）兩種。a.自感式傳感器自感式電感傳感器主要有變間隙型、變面積型和螺管型三種類型。由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度δ發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。(1)．變間隙型電感傳感器(2)．變面積型電感傳感器(3)．螺管型電感傳感器(4)．差動式電感傳感器為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動式電感傳感器。(5)．自感式傳感器的測量電路電感式傳感器的測量電路有交流電橋式、變壓器式交流電橋以及諧振式等。b.互感式傳感器把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱差動變壓器式傳感器。差動變壓器結(jié)構(gòu)形式：變隙式、變面積式和螺線管式等。在非電量測量中，應用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1～100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點。(1)．互感式傳感器的工作原理互感式傳感器的工作原理類似變壓器的作用原理。(2)．差動變壓器的結(jié)構(gòu)類型螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)差動變壓器等效電路3．差動變壓器式傳感器測量電路為了達到能辨別移動方向和消除零點殘余電壓的目的，實際測量時，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。(1)差動整流電路這種電路是把差動變壓器的兩個次級輸出電壓分別整流，然后將整流的電壓或電流的差值作為輸出。(2)相敏檢波電路4.電感式傳感器的應用1．差動變壓器式力傳感器2．沉筒式液位計課后小結(jié)2.5電渦流式傳感器教學目的：掌握渦流效應教學分析：重點難點電渦流的工作原理教學過程：1、工作原理：金屬導體置于變化的磁場中，導體內(nèi)就有感應電流產(chǎn)生，這種電流在金屬導體內(nèi)自行封閉，稱為渦電流。我點瀏覽的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而使激勵線圈的阻抗發(fā)生變換，電渦流式傳感器基于這種渦流效應。2、電渦流式傳感器的應用a.位移測量；b.振幅測量；c.轉(zhuǎn)速測量;d,.電渦流探傷課后小結(jié)2.6電容式傳感器教學目的：掌握差電容式傳感器工作原理教學分析：重點難點電容式傳感器測量轉(zhuǎn)換電路教學過程：1、電容式傳感器的工作原理由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為當被測參數(shù)變化使得S、d或ε發(fā)生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種。a．變間隙型電容傳感器變間隙式電容式傳感器當傳感器的εr和S為常數(shù)，初始極距為d0時，初始電容量C0為若電容器極板間距離由初始值d0縮小了Δd，電容量增大了ΔC，則有在式中，若Δd/d0<<1時，則展成級數(shù)：此時C與Δd近似呈線性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感器只有在Δd/d0很小時，才有近似的線性關(guān)系。另外，在d0較小時，對于同樣的Δd變化所引起的ΔC可以增大，從而使傳感器靈敏度提高。但d0過小，容易引起電容器擊穿或短路。為此，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì),如圖所示，此時電容C變?yōu)椋菏街校害舋—云母的相對介電常數(shù)，εg=7；ε0—空氣的介電常數(shù)，ε0=1；d0—空氣隙厚度；dg—云母片的厚度。放置云母片的電容器云母片的相對介電常數(shù)是空氣的7倍，其擊穿電壓不小于1000kV/mm，而空氣僅為3kV/mm。因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20~100pF之間，極板間距離在25~200μm的范圍內(nèi)。最大位移應小于間距的1/10，故在微位移測量中應用最廣。b．變面積式電容傳感器被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積S改變，從而得到電容量的變化。當動極板相對于定極板沿長度方向平移Δx時，則電容變化量為式中C0=ε0εrba/d為初始電容。電容相對變化量為這種形式的傳感器其電容量C與水平位移Δx呈線性關(guān)系直線位移型電容傳感器原理圖c．變介質(zhì)式電容式傳感器此時變換器電容值為：電容式液位變換器結(jié)構(gòu)原理圖式中：C0——由變換器的基本尺寸決定的初始電容值,即可見：此變換器的電容增量正比于被測液位高度h。2．電容式傳感器的測量電路a．運算放大器電路由于運算放大器的放大倍數(shù)非常大，而且輸入阻抗Zi很高,運算放大器的這一特點可以作為電容式傳感器的比較理想的測量電路。如圖所示。由運算放大器工作原理可得：如果傳感器是一只平板電容，則Cx=εS/d，代入，可得式中“－”號表示輸出電壓Uo的相位與電源電壓反相。可見運算放大器的輸出電壓與極板間距離d成線性關(guān)系。運算放大器式電路雖解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題，注意條件：要求Zi及放大倍數(shù)足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓Ui的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。運算放大器式電路原理圖b．二極管雙T交流電橋e是高頻電源，它提供了幅值為U的對稱方波，VD1、VD2為特性完全相同的兩只二極管，固定電阻R1=R2=R，C1、C2為傳感器的兩個差動電容。二極管雙T交流電橋當傳感器沒有輸入時，C1=C2。電路工作原理：當e為正半周時，二極管VD1導通、VD2截止，于是電容C1充電，其等效電路如圖（b）所示；在隨后負半周出現(xiàn)時，電容C1上的電荷通過電阻R1，負載電阻RL放電，流過RL的電流為I1。當e為負半周時，VD2導通、VD1截止，則電容C2充電，其等效電路如圖（c）所示；在隨后出現(xiàn)正半周時，C2通過電阻R2，負載電阻RL放電，流過RL的電流為I2。電流I1=I2，且方向相反，在一個周期內(nèi)流過RL的平均電流為零。若傳感器輸入不為0，則C1≠C2,I1≠I2,此時在一個周期內(nèi)通過RL上的平均電流不為零，因此產(chǎn)生輸出電壓，輸出電壓在一個周期內(nèi)平均值為式中,f為電源頻率。當RL已知，式中則上式可改寫為可知，輸出電壓Uo不僅與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，而且與T形網(wǎng)絡(luò)中的電容C1和C2的差值有關(guān)。當電源電壓確定后，輸出電壓Uo是電容C1和C2的函數(shù)。電路的靈敏度與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，故輸入電源要求穩(wěn)定。c．調(diào)頻電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分,當輸入量導致電容量發(fā)生變化時，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化?？蓪㈩l率作為輸出量用以判斷被測非電量的大小，但此時系統(tǒng)是非線性的，不易校正，因此必須加入鑒頻器，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化，經(jīng)過放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來。3.電容式傳感器的應用a.壓力測量；b.加速度測量；c.固體料位測量；d.轉(zhuǎn)速測量。課后小結(jié)第三章發(fā)電傳感器掌握發(fā)電傳感器的分類及工作原理發(fā)電傳感器的分類及工作原理3.1熱電偶傳感器教學目的：掌握熱電偶傳感器的工作原理教學分析：重點是工作原理教學過程：1.熱電偶熱電偶作為溫度傳感器，測得與溫度相應的熱電動勢，由儀表顯示出溫度值。它廣泛用來測量-200℃~1300℃范圍內(nèi)的溫度，特殊情況下，可測至2800℃的高溫或4K的低溫。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，準確度高，測溫范圍廣等特點。由于熱電偶將溫度轉(zhuǎn)化成電量進行檢測，使溫度的測量、控制、以及對溫度信號的放大，變換都很方便，適用于遠距離測量和自動控制。2.熱電偶工作原理熱電效應：兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。由兩種導體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。熱電動勢是由兩種導體的接觸電勢（珀爾貼電勢）和單一導體的溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。熱電動勢的大小與兩種導體材料的性質(zhì)及接點溫度有關(guān)。接觸電動勢:由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。溫差電動勢:同一導體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。導體內(nèi)部的電子密度是不同的，當兩種電子密度不同的導體A與B接觸時，接觸面上就會發(fā)生電子擴散，電子從電子密度高的導體流向密度低的導體。電子擴散的速率與兩導體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NA＞NB，電子擴散的結(jié)果使導體A失去電子而帶正電，導體B則獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子的擴散，達到動平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，其大小為式中，k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；e——電子電荷量，e＝1.6×10-19C；T——接觸處的溫度，K；NA，NB——分別為導體A和B的自由電子密度。因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電勢。由于溫度梯度的存在，改變了電子的能量分布，高溫（T）端電子將向低溫端（T0）擴散，致使高溫端因失去電子帶正電，低溫端因獲電子而帶負電。因而在同一導體兩端也產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴散，于是電子擴散形成動平衡，此時所建立的電位差稱為溫差電勢即湯姆遜電勢，它與溫度的關(guān)系為式中σ為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1℃所產(chǎn)生的電動勢值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。導體A和B組成的熱電偶閉合電路在兩個接點處有兩個接觸電勢eAB(T)與eAB(T0)，又因為T＞T0，在導體A和B中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB(T,T0)應為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和，即：對于已選定的熱電偶，當參考溫度恒定時，總熱電動勢就變成測量端溫度T的單值函數(shù)，即EAB(Ｔ,T0)=f(T)。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。在實際測溫時，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導線和儀表。2．熱電偶基本定律（1）中間導體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導體，只要其兩端的溫度相等，該導體的接入就不會影響熱電偶回路的總熱電動勢。根據(jù)這一定則，可以將熱電偶的一個接點斷開接入第三種導體，也可以將熱電偶的一種導體斷開接入第三種導體，只要每一種導體的兩端溫度相同，均不影響回路的總熱電動勢。在實際測溫電路中，必須有連接導線和顯示儀器，若把連接導線和顯示儀器看成第三種導體，只要他們的兩端溫度相同，則不影響總熱電動勢。（2）中間溫度定律在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢eAB(t,tc)和eAB(tc,t0)的代數(shù)和，即eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0)（3）標準導體（電極）定律如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知，這個定律就稱為標準電極定律。（4）均質(zhì)導體定律由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導體的橫截面積，長度以及溫度分布如何均不產(chǎn)生熱電動勢。如果熱電偶的兩根熱電極由兩種均質(zhì)導體組成，那么，熱電偶的熱電動勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，與熱電偶的溫度分布無關(guān)；如果熱電極為非均質(zhì)電極，并處于具有溫度梯度的溫場時，將產(chǎn)生附加電勢，如果僅從熱電偶的熱電動勢大小來判斷溫度的高低就會引起誤差。3．熱電偶的材料與結(jié)構(gòu)（1）熱電偶的材料。適于制作熱電偶的材料有300多種，其中廣泛應用的有40~50種。國際電工委員會向世界各國推薦8種熱電偶作為標準化熱電偶，我國標準化熱電偶也有8種。分別是：鉑銠10-鉑(分度號為S)、鉑銠13-鉑(R)、鉑銠30-鉑銠6(B)、鎳鉻-鎳硅(K)、鎳鉻-康銅(E)、鐵-康銅(J)、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N)。（2）熱電偶的結(jié)構(gòu)普通型熱電偶：主要用于測量氣體、蒸氣和液體等介質(zhì)的溫度。鎧裝熱電偶：由金屬保護套管、絕緣材料和熱電極三者組合成一體的特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。薄膜熱電偶：用真空蒸鍍的方法，把熱電極材料蒸鍍在絕緣基板上而制成。測量端既小又薄，厚度約為幾個微米左右，熱容量小，響應速度快，便于敷貼。4．熱電偶冷端的溫度補償根據(jù)熱電偶測溫原理，只有當熱電偶的參考端的溫度保持不變時，熱電動勢才是被測溫度的單值函數(shù)。我們經(jīng)常使用的分度表及顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為0℃為先決條件的。但是在實際使用中，因熱電偶長度受到一定限制，參考端溫度直接受到被測介質(zhì)與環(huán)境溫度的影響，不僅難于保持0℃，而且往往是波動的，無法進行參考端溫度修正。因此，要使變化很大的參考端溫度恒定下來，通常采用以下方法：（1）0℃恒溫法（2）冷端溫度修正法（3）補償導線法5．熱電偶測溫線路和熱電偶熱電動勢的測量課后小結(jié)：3.2霍爾式傳感器教學目的：掌握霍爾式傳感器工作原理教學分析：重點霍爾效應教學過程：霍爾傳感器組成霍爾傳感器是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止狀態(tài)下，具有感受磁場的獨特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬(從直流到微波)、動態(tài)范圍大(輸出電勢變化范圍可達1000:1)、壽命長等特點，因此獲得了廣泛應用。例如，在測量技術(shù)中用于將位移、力、加速度等量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器；在計算技術(shù)中用于作加、減、乘、除、開方、乘方以及微積分等運算的運算器等。1．霍爾元件的工作原理霍爾元件賴以工作的物理基礎(chǔ)是霍爾效應。霍爾效應半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。流入激勵電流端的電流I越大、作用在薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可表示為：EH=KHIBkH為靈敏度系數(shù)，與載流材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，表示在單位磁感應強度和單位控制電流時的霍爾電勢的大小。2．霍爾元件的結(jié)構(gòu)及特性霍爾元件是一種四端元件。比較常用的霍爾元件有三種結(jié)構(gòu)：單端引出線型、臥式型和雙端引出線型。3．集成霍爾電路霍爾集成電路可分為線性型和開關(guān)型兩大類。a．線性型霍爾集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。b．開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。當外加磁場強度超過規(guī)定的工作點時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；當外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關(guān)型霍爾器件如UGN3020等。4.霍爾傳感器的應用霍爾電勢是關(guān)于I、B、三個變量的函數(shù)，即EH=KHIBcos。利用這個關(guān)系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。(1)．電流的測量(2)．位移的測量(3)．角位移及轉(zhuǎn)速的測量(4)．運動位置的測量另外還有霍爾特斯拉計（高斯計）、霍爾傳感器用于測量磁場強度、霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾式接近開關(guān)等。課后小結(jié)3.3壓電式傳感器教學目的：掌握壓電式傳感器工作原理教學分析：重點壓電效應教學過程：1.壓電效應某些電介質(zhì)，當沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，又重新恢復到不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱壓電效應。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨之改變。有時人們把這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，稱為“正壓電效應”。相反，當在電介質(zhì)極化方向施加電場，這些電介質(zhì)也會產(chǎn)生幾何變形，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應”（電致伸縮效應）。具有壓電效應的材料稱為壓電材料。a．單晶壓電晶體石英晶體化學式為SiO2，是單晶體結(jié)構(gòu)。圖示為天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形，它是一個正六面體。石英晶體各個方向的特性是不同的。其中縱向軸z稱為光軸，經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的x稱為電軸，與x和z軸同時垂直的軸y稱為機械軸。通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應”，而把沿機械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。而沿光軸z方向的力作用時不產(chǎn)生壓電效應。石英晶體(a)晶體外形；(b)切割方向；(c)晶片b．多晶壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，它有一定的極化方向，從而存在電場。在無外電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)。在陶瓷上施加外電場時，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向于按外電場方向的排列，從而使材料得到極化。外電場愈強，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度，即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時，當外電場去掉后，電疇的極化方向基本變化，即剩余極化強度很大，這時的材料才具有壓電特性。2．新型壓電材料新型壓電材料主要有有機壓電薄膜和壓電半導體等。3．等效電路由壓電元件的工作原理可知，壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時，它也是一個電容器，晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)，則其電容量為式中：A——壓電片的面積；d——壓電片的厚度；εr——壓電材料的相對介電常數(shù)。因此，壓電傳感器可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源。如圖（a）所示，電容器上的電壓Ua、電荷量q和電容量Ca三者關(guān)系為壓電傳感器也可以等效為一個電荷源。如圖（b）所示。壓電元件的等效電路（a）電壓源（b）電荷源壓電傳感器在實際使用時總要與測量儀器或測量電路相連接，因此還需考慮連接電纜的等效電容Cc，放大器的輸入電阻Ri,輸入電容Ci以及壓電傳感器的泄漏電阻Ra。這樣，壓電傳感器在測量系統(tǒng)中的實際等效電路，如圖所示。壓電傳感器的實際等效電路（a）電壓源（b）電荷源4.壓電式傳感器的測量電路壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗前置放大器。其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號。壓電傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。a.電壓放大器（阻抗變換器）下圖（a）、(b）是電壓放大器電路原理圖及其等效電路。在圖（b）中，電阻R=RaRi/(Ra+Ri)，電容C=Cc+Ci，而ua=q/Ca，若壓電元件受正弦力f=Fmsinωt的作用，則其電壓為式中：Um——壓電元件輸出電壓幅值，Um=dFm/Ca；d——壓電系數(shù)。電壓放大器電路原理及其等效電路圖（a）放大器電路（b）等效電路b．電荷放大器電荷放大器常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個反饋電容Cf和高增益運算放大器構(gòu)成。由于運算放大器輸入阻抗極高，放大器輸入端幾乎沒有分流，故可略去Ra和Ri并聯(lián)電阻。式中：uo——放大器輸出電壓；ucf——反饋電容兩端電壓。電荷放大器等效電路5.壓電式傳感器的應用a．壓電式測力傳感器主要由石英晶片、絕緣套、電極、上蓋及基座等組成。b．壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預壓彈簧、基座及外殼等組成。整個部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。課后小結(jié)第四章光電傳感器掌握光電效應掌握光電元件掌握光電傳感器的應用重點難點：光電效應及光電元件4.1光電效應及其光電元件教學目的：掌握光電效應原理及其所用的光電元件教學分析：重點難點光電元件優(yōu)缺點教學過程：光電效應：在光線作用下，物體吸收光能量二產(chǎn)生相應電效應的一種物理現(xiàn)象。分為內(nèi)光電效應：光電管外光電效應：光敏電阻，光敏晶體管，光電池。光電元件及特性光電管：在外光電不大時，光電特性基本是一條直線。光敏電阻：特性主要有：暗電阻，亮電阻，伏安特性，光電特性，光譜特性，響應時間，溫度特性等。光敏晶體管：主要有光譜特性，伏安特性，光電特性，溫度特性和相應時間等性質(zhì)。光電池：主要有光譜特性，光電特性，頻率特性，溫度特性等。課后小結(jié)4.2光電傳感器應用教學目的：掌握光電傳感器應用領(lǐng)域教學分析：重點難點光電傳感器的應用類型教學過程：光電傳感器的應用類型被測物體是光源被測物體遮擋部分光源被測物體吸收光通量被測物具有反射功能光電傳感器的應用光電傳感器的模擬量檢測光電傳感器的數(shù)字量檢測課后小結(jié)第五章數(shù)字傳感器1．了解各種數(shù)字式傳感器的分類、結(jié)構(gòu)及特點。2．熟悉各種數(shù)字式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路。3．掌握各種數(shù)字式傳感器的應用。重點難點各種數(shù)字式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路5.1光柵式傳感器教學目的：掌握光柵式傳感器的結(jié)構(gòu)及類型教學分析：重點難點光柵式傳感器的應用教學過程：.1光柵的分類按原理和用途分為：a.物理光柵，利用光的衍射現(xiàn)象，用于光譜分析和波長的測量。b.計量光柵，利用莫爾現(xiàn)象，用于長度、角度、速度等的測量，又可分為透射式光柵和反射式光柵。2光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理a.光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光柵傳感器由光源、光柵副、光敏元件三大部分組成。b.光柵測量原理把兩塊柵距相等的光柵（光柵1、光柵2）面向?qū)ΟB合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一個很小的夾角θ，如圖所示，這樣就可以看到在近于垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這些條紋叫莫爾條紋。由圖可見，在d-d線上，兩塊光柵的柵線重合，透光面積最大，形成條紋的亮帶，它是由一系列四棱形圖案構(gòu)成的；在f-f線上，兩塊光柵的柵線錯開，形成條紋的暗帶，它是由一些黑色叉線圖案組成的。因此莫爾條紋的形成是由兩塊光柵的遮光和透光效應形成的。光柵莫爾條紋的形式莫爾條紋有如下特征：（1）莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，對光柵的刻劃誤差有平均作用，從而能在很大程度上消除光柵刻線不均勻引起的誤差。（2）當指示光柵沿與柵線垂直的方向作相對移動時，莫爾條紋則沿光柵刻線方向移動（兩者的運動方向相互垂直）；指示光柵反向移動，莫爾條紋亦反向移動。（3）莫爾條紋的間距是放大了的光柵柵距，它隨著指示光柵與主光柵刻線夾角而改變。由于θ很小，所以其關(guān)系可用下式表示L＝W/sinθ≈W/θ（4）莫爾條紋移過的條紋數(shù)與光柵移過的刻線數(shù)相等。3光柵傳感器的測量電路光柵傳感器作為一個完整的測量裝置包括光柵讀數(shù)頭、光柵數(shù)顯表兩大部分。光柵讀數(shù)頭利用光柵原理把輸入量（位移量）轉(zhuǎn)換成響應的電信號；光柵數(shù)顯表是實現(xiàn)細分、辨向和顯示功能的電子系統(tǒng)。a．光柵傳感器的常用光路（1）垂直透射式光路（2）透射分光式光路（3）反射式光路（4）鏡像式光路b．光柵傳感器的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)光柵傳感器的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由聚光鏡和光敏元件組成，光敏元件可以將光量的變化轉(zhuǎn)換成電阻或電能的變化。c．光柵傳感器的辨向處理如果傳感器只安裝一套光電元件，則在實際應用中，無論光柵作正向移動還是反向移動，光敏元件都產(chǎn)生相同的正弦信號，是無法分辨移動方向的。為此，必須設(shè)置辨向電路。d．光柵傳感器的細分原理細分電路能在不增加光柵刻線數(shù)（線數(shù)越多，成本越昂貴）的情況下提高光柵的分辨力。常用的細分方法有兩大類：機械細分和電子細分，電子細分的兩種最常用方法為：倍頻細分法和電橋細分法。（1）倍頻細分法（2）電橋細分法4光柵傳感器的應用由于光柵具有測量精度高等一系列優(yōu)點，若采用不銹鋼反射式光柵，測量范圍可達十幾米，而且不需接長，信號抗干擾能力強，因此在國內(nèi)外受到重視和推廣，但必須注意防塵、防震問題。a．光柵數(shù)顯表b．光柵傳感器在位置控制中的應用課后小結(jié)5.2光電編碼器教學目的：掌握光電編碼器的結(jié)構(gòu)及類型教學分析：重點難點光電編碼器的應用教學過程：編碼器定義：將機械轉(zhuǎn)動的模擬量（位移）轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號，這類傳感器稱為編碼器。編碼器以其高精度、高分辨率和高可靠性被廣泛用于各種位移的測量。編碼器的種類很多，主要分為脈沖盤式（增量編碼器）和碼盤式編碼器（絕對編碼器）。脈沖盤式編碼器又稱為增量編碼器，它不能直接產(chǎn)生幾位編碼輸出。1．脈沖盤式編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理2．脈沖盤式編碼器的辨向方式3．脈沖盤式編碼器的應用2碼盤式編碼器碼盤式編碼器又稱為絕對編碼器，它將角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，能方便地與數(shù)字系統(tǒng)連接。碼盤式編碼器按結(jié)構(gòu)可分為接觸式、光電式和電磁式三種，后兩種為非接觸式。a．接觸式編碼器：由碼盤和電刷組成。b．光電式編碼器：是一種絕對編碼器，即幾位編碼器其碼盤上就有幾位碼道，編碼器在轉(zhuǎn)軸的任何位置都可以輸出一個固定的與位置相對的數(shù)字碼。c．電磁式編碼器：是近年發(fā)展起來的一種新型電磁敏感元件，主要優(yōu)點是對潮濕氣體和污染敏感，體積小，成本低。課后小結(jié)5.3磁柵式傳感器教學目的：掌握光柵式傳感器的結(jié)構(gòu)及類型教學分析：重點難點光柵式傳感器的應用教學過程：1磁柵傳感器結(jié)構(gòu)：磁柵、磁頭和信號處理電路等。2磁柵的結(jié)構(gòu)和種類磁柵分類：長磁柵和圓磁柵兩大類。用途：長磁柵主要用于直接位移測量，圓磁柵主要用于角位移測量。3磁頭的結(jié)構(gòu)和種類a．動態(tài)磁頭b．靜態(tài)磁頭4磁柵傳感器的信號處理a．鑒幅方式b．鑒相方式5磁柵傳感器的應用鑒相式磁柵數(shù)字位移顯示裝置課后小結(jié)5.4感應同步器教學目的：掌握感應同步器的結(jié)構(gòu)及類型教學分析：重點難點感應同步器的應用教學過程：1感應同步器的類型和結(jié)構(gòu)感應同步器根據(jù)用途的不同可分為兩類：直線式同步器和旋轉(zhuǎn)式同步器a．直線式感應同步器（1）標準型（2）窄型（3）帶型b．旋轉(zhuǎn)式感應同步器2感應同步器的信號處理由感應同步器組成的檢測系統(tǒng)，可采取不同的勵磁方式，并對輸出信號采取不同的處理方式。根據(jù)對輸出感應電動勢信號的處理方式不同，可把感應同步器的檢測系統(tǒng)分成相位式和幅值式。a．鑒相處理：就是根據(jù)輸出感應電動勢的相位來鑒別感應同步器定、滑尺間相對位移量的方法。b．鑒幅處理：采用同頻率、同相位、不同幅值的交流電壓，對感應同步器滑尺兩相繞組進行激勵磁，就可以根據(jù)定尺繞組輸出感應電動勢的幅值來鑒別定、滑尺間相對位移量，叫做感應同步器輸出信號的鑒幅處理。3.感應同步器的應用鑒幅型數(shù)顯表課后小結(jié)第六章傳感器信號的處理1．掌握直流電橋和交流電橋電路。2．掌握各種放大器的結(jié)構(gòu)及特點。3．掌握信號的變換形式。重點難點1．直流電橋、交流電橋的平衡條件2．各種放大器的特點及應用6.1傳感器信號的預處理教學目的：掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成教學分析：重點難點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成教學分析：組成：信號調(diào)整電路，多路模擬開關(guān)，采樣保持電路，接口電路及控制邏輯傳感器信號的預處理方法傳感器輸出信號的特點：種類多，輸出信號弱，輸出阻抗比較高，動態(tài)范圍寬，輸入和輸出不是線性關(guān)系，輸出量受溫度的影響傳感器的預處理方法：阻抗變換電路，放大電路，電流電壓轉(zhuǎn)換電路，頻率電壓變化，電橋電路，電荷放大器，交直流轉(zhuǎn)換電路，濾波電路，非線性校正電路，對數(shù)壓縮電路。課后小結(jié)6.2測量放大器教學目的：掌握放大器的分類教學分析：掌握測量放大器的分類教學過程：從傳感器來的信號有許多是毫伏級的弱信號，須經(jīng)放大才能進行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對放大器的主要要求是：精度高、溫度漂移小、共模抑制比高、頻帶寬至直流。目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高精度、低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號放大器，以及一個高隔離的DC/DC電源。運算放大器a．反相放大器b．同相放大器測量放大器a．測量放大器的結(jié)構(gòu)與特性具有高共模抑制比、高速度、高精度、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲的特點。b．測量放大器集成電路（自學）c．測量放大器的使用（1）差動輸入端的連接：要注意為偏置電流提供回路。（2）護衛(wèi)端的連接：電纜的屏蔽層應連接測量放大器的護衛(wèi)端。（3）R端、S端的連接：R端接電源地，S端接輸出。3程控測量放大器PGA程控測量放大器PGA是通用性很強的放大器，放大倍數(shù)可通過編程進行控制。1．浮點放大器型2．增益電阻切換型4隔離放大器1．AD277型雙隔離式放大器2．AD210型三隔離式放大器課后小結(jié)6.3信號的調(diào)制與解調(diào)教學目的：掌握信號的調(diào)制與解調(diào)教學分析：重點難點電橋調(diào)試教學過程：1.電橋電路a.直流電橋直流電橋平衡條件：相鄰兩臂電阻的比值應相等，或相對兩臂電阻的乘積應相等。按電阻應變片接入電橋電路的接法，電橋可分為：(1).單臂工作電橋：(2).等臂雙臂工作電橋(3).等臂全橋工作電橋三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實現(xiàn)溫度自補償。直流電橋b.交流電橋引入原因：由于應變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應變電橋多采用交流電橋。由于供橋電源為交流電源，引線分布電容使得二橋臂應變片呈現(xiàn)復阻抗特性，即相當于兩只應變片各并聯(lián)了一個電容。交流電橋課后小結(jié)6.4有源濾波器及傳感器信號的非線性校正教學目的：掌握有源濾波器的種類及傳感器的非線性校正教學分析：重點難點：有源濾波器的種類教學過程：濾波器可以容許某一頻率范圍的電信號，從而阻止或濾掉此頻率范圍外的電信號，可以分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等。1.有源帶通濾波器可以分為正反饋和負反饋兩種類型。2.有源帶阻濾波器正反饋和負反饋之分。傳感器信號的非線性校正主要分為三種方式：校正曲線的求?。荒M量的非線性校正；數(shù)字量的非線性校正；課后小結(jié)6.5教學目的：掌握A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標教學分析：重點難點：A/D轉(zhuǎn)換器的選擇教學過程：1.A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標分辨率，轉(zhuǎn)換時間，轉(zhuǎn)換頻率，精度等2.選擇要求：a.數(shù)字輸出的方式；b.對啟動信號的要求；c.轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間；d.穩(wěn)定性及抗干擾能力等。課后小結(jié)第七章現(xiàn)代新型傳感器1．熟悉各種新型傳感器的類型。2．了解各種新型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。3．熟悉各種新型傳感器的應用。重點：各種新型傳感器的原理及應用7.1集成傳感器教學目的：掌握集成傳感器的發(fā)展方向；教學分析：重點難點集成傳感器的組成電路教學過程1.集成電路對傳感器的影響：a從固體化、半導體化和集成化發(fā)展；b制造工藝的更新；c集成傳感器的形成。2.集成傳感器的特點a成本低；b小型化；c改善性能；d提高可靠度；e增加接口靈活性。3.集成傳感器a各種調(diào)節(jié)電路和補償電路與傳感器集成；b信號放大和阻抗變換電路與傳感器集成；c信號數(shù)字化電路與傳感器集成；d多傳感器的集成；e信號發(fā)送和接收電路與傳感器集成；課后小結(jié)7.2智能傳感器與光纖傳感器教學目的：掌握智能傳感器的定義與其技術(shù)途徑掌握光纖傳感器的概念及應用教學分析：重點、難點：智能傳感器的組成及光纖傳感器的應用教學過程：智能傳感器的定義：具有消除異常值和例外值，具有信號處理功能，具有隨機整定和自適應功能具有一定程度的存儲、識別和自診斷功能，內(nèi)涵特定算法并可根據(jù)需要改變的功能。智能化的技術(shù)途徑：功能集成化是實現(xiàn)傳感器智能化的主要途徑；基于新的檢測原理和結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)信號處理的智能化；研制人工智能材料是最新手段和最新學科。光纖傳感器光纖傳感器是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一種新技術(shù)，它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。光纖傳感器和傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一定的優(yōu)點，如不受電磁干擾，體積小，重量輕，可繞曲，靈敏度高，耐腐蝕，高絕緣強度，防爆性好，集傳感與傳輸于一體，能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等。a光纖結(jié)構(gòu)光導纖維簡稱光纖，它是一種特殊結(jié)構(gòu)的光學纖維，由纖芯、包層和護層組成。b光纖傳感器的工作原理眾所周知，光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨著光纖能傳送很遠的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。光纖傳感器原理實際上是研究光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號（溫度、壓力、應變、位移、振動、電場等）與光的相互作用，即研究光被外界參數(shù)的調(diào)制原理。外界信號可能引起光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等光學性質(zhì)的變化，從而形成不同的調(diào)制。光纖傳感器一般分為兩大類：一類是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器，稱為功能型（FunctionalFiber，縮寫為FF）傳感器，又稱為傳感型傳感器；另一類是光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化，這類傳感器稱為非功能型（NonFunctionalFiber，縮寫為NFF）傳感器，又稱為傳光型傳感器。c光纖傳感器的特點(1)抗電磁干擾,電絕緣,耐腐蝕。(2)靈敏度高。(3)重量輕,體積小,可彎曲。(4)測量對象廣泛。(5)對被測介質(zhì)影響小。d光纖傳感器的應用舉例1.光纖加速度傳感器2.光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓力傳感器而被廣泛使用的光纖傳感器。根據(jù)工作原理它可分為相位調(diào)制型、光強調(diào)制型和偏振光型等。3.光纖旋渦流量傳感器光纖旋渦流量傳感器是將一根多模光纖垂直地裝入管道，當液體或氣體流經(jīng)與其垂直的光纖時，光纖受到流體渦流的作用而振動，振動的頻率與流速有關(guān)。課后小結(jié)第八章檢測儀表概述掌握檢測儀表的基本概念；重點：故障判斷的方法8.1檢測儀表的基本概念教學目的：掌握檢測儀表的組成教學分析：重點難點：檢測儀表的分類教學過程：.1.檢測儀表的組成：傳感部分，轉(zhuǎn)換放大部分，顯示記錄部分，數(shù)據(jù)處理部分等。2.檢測儀表的分類：a按照被測參數(shù)分數(shù)溫度測量儀表，壓力測量儀表，流量測量儀表等。b按照檢測原理或檢測元件分類活塞式壓力計、彈簧管壓力表等c按照儀表輸出信號的特點與形式分類開關(guān)報警式、模擬式、數(shù)字式、遠傳變送式等。變送器氣動變送器、電動變送器等。課后小結(jié)8.2常用檢測儀表和常用物理量檢測的故障診斷教學目的：掌握常用的檢測儀表教學分析：重點難點：物理量檢測的故障診斷教學過程：常用的檢測儀表：溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、物位檢測儀表等診斷：溫度檢測故障的判斷：檢查，檢查熱電偶接線盒，測量毫伏信號，檢查熱電偶，檢查冷端溫度變化，價差補償導線，檢查工藝因素。流量監(jiān)測故障的診斷：檢查顯示儀表輸入信號，檢查差壓變送器零位，檢查三閥組的平衡閥是否內(nèi)漏，檢查導壓管，對其進行校正，檢查工藝原因。壓力檢測故障的判斷：檢查，檢查壓力變送器零位，檢查取壓變送器，檢查壓力變送器，檢查工藝因素。液位檢測故障的診斷：檢查，檢查浮筒液位計零位，檢查玻璃液位計，檢查工藝原因。課后小結(jié)第九章自動檢測技術(shù)的綜合應用掌握抗干擾技術(shù)及自動檢測系統(tǒng)的可靠性等重點難點：抗干擾技術(shù)及自動檢測系統(tǒng)的可靠性9.1抗干擾技術(shù)教學目的：掌握抗干擾的相關(guān)技術(shù)；教學分析：重點抗干擾方法教學過程：一、噪聲干擾的形成干擾與噪聲：在非電量測量過程中，往往會發(fā)現(xiàn)總是有一些無用的背景信號與被測信號疊加在一起，這稱為干擾，有時也采用噪聲這一習慣用語。噪聲對檢測裝置的影響必須與有用信號共同分析才有意義。在測量過程中應盡量提高信噪比，以減少噪聲對測量結(jié)果的影響。噪聲源1．機械干擾機械干擾是指機械振動或沖擊使電子檢測裝置中的元件發(fā)生振動，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對機械干擾，可選用專用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。2．濕度及化學干擾當環(huán)境相對濕度增加時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕，并產(chǎn)生原電池電化學干擾電壓；在較高的溫度下，潮濕還會促使霉菌的生長，并引起有機材料的霉爛。某些化學物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)由海風帶到岸上的鹽霧也會造成與潮濕類似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來加以保護：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。3．熱干擾熱量，特別是溫度波動以及不均勻的溫度場對檢測裝置的干擾主要體現(xiàn)在以下幾個方面：元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢干擾、元器件長期在高溫下工作時，引起壽命和耐壓等級降低等?？朔岣蓴_的防護措施有：選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補償措施，選用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的前置輸入級遠離發(fā)熱元件，加強散熱、采用熱屏蔽等。4．固有噪聲干擾在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機性、寬頻帶的噪聲稱為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機中反映出來，但更多的時候是反映在輸出電壓的無