搜索
第四章1、传感器一般由敏感元件和其他辅助元件组成2、结构型传感器是依靠其结构参数的变化来实现信号转换，例如，电容式传感器将其极板间距离的变化转换为电容量的变化；电感式传感器是基于位移引起自感或互感变化等。物性型传感器不改变其结构参数，而是靠其敏感元件物理性能的变化实现信号转移。例如，压电式力传感器通过石英晶体的压电效应，把力转换成电荷。3、能量转换型传感器并不具备能源，而是靠从被测对象输入能量使其工作4、选择传感器应主要考虑以下方面：输入与输出之间成比列关系，直线型好，灵敏度高；动态特性优良；滞后，漂移误差小；内部噪声小，且抗干扰能力强；横向灵敏度，交叉灵敏度小；测量时对被测对象影响小5、电阻式传感器是一种把被测的量转换成电阻变化的传感器，按原理分为变阻器式和电阻应变式两种6、变阻器式：R=ρl除以A变阻器式传感器为一三端电阻器件，调节动触点位置，可将被测位移等变换为电阻变化7、传感器灵敏度：S=（dR）除以(dX)=kx8、电阻应变式传感器分为金属电阻应变片式和半导体应变片式9、金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作原理都是基于在发生机械变形时，电阻值发生变化10、箔栅采用光刻技术，大批量生产。线条均匀，尺寸准确，阻值一致性好。粘贴性能、散热性能均优于丝栅，允许通过较大电流11、应变片电阻相对变化与应变成正比，灵敏度：S=1+2ν=常数12、半导体材料的压阻效应，即受力变形时电阻率ρ发生变化13、单晶半导体受力变形时，原子点阵拍排列规律发生变化，导致载流子浓度和迁移率改变，引起其电阻率变化14、半导体应变片的灵敏度：S=（dR／R）／ε=λE15、半导体应变片的特点是灵敏度高、机械滞后和横向效应小、测量范围大、频响范围宽。其最大的缺点是温度稳定性差、灵敏度分散性较大以及在大应变作用下非线性误差大等。16、电感式传感器一电磁感应为基础，吧被测量转换为电感量变化。常分为可变磁阻式、涡流式和差动变压式等类型。17、涡流式传感器有高频反射和低频透射式两种类型。，18、涡流传感器实际上是一个固定在框架内的扁平线圈，工作原理是基于金属导体在交流磁场中的涡电流效应19、当δ改变，可用于位移振动测量；当μ或ρ值改变时，可作为材质鉴别或探伤等20、涡流式传感器的测量电路有分压式调幅电路和调频电路21、差动变压器利用电磁感应中的互感现象进行信号转换22、差动变压器需要采用既能反映铁心移动方向，又能补偿零点残余电压的中间变换电路23、相敏检波器根据差动变压器输出的调幅波的相位变化判别位移的方向和大小，可调电阻R与差动直流放大器的作用是消除传感器零点残余电压24、差动变压器式电感传感器的稳定性好，使用方便，其最大优点是线性范围大，可达到300mm，被广泛用于大位移的测量。测量频率上限受到其机械部分固有频率的限制25、电容式传感器是一种能把被测物理量的变化转换成电容量变化的传感器。根据可变参数不同，可分为极距变化型，面积变化型和介质变化型三种类型。对于极距变化型，灵敏度不是常数，而与极距平方成反比，极距越小，灵敏度越高，但非线性误差影响其实际应用。为减少误差，规定其在极小范围内工作。在实际应用中，为提高传感器的灵敏度和线性度。消除外界条件对测量精度的影响。常采用差动式。对于面积变化型灵敏度为一常数，输入与输出成正比。但与极距变化型相比，灵敏度低，适用于较大直线位移及角位移测量。26、两种测量电路。差动脉冲宽度调制电路和运算放大器式电路。差动脉冲调宽电路输出电压与输入位移成线性关系。运算放大器式电路，放大器输出电压与电容传感器极距成线性关系。运算放大器是一种高增益，高输入阻抗和低输出阻抗，采用深度负反馈控制其影响特性的直流放大器。27、压电式传感器。工作原理：基于压电材料的压电效应。石英，钛酸钡等晶体，当外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，一些表面出现电荷，形成电场，当外力去掉时，表面又重新恢复到原来不带电的状体。这种现象称为压电效应。如果把压电材料置于电场中，当其几何尺寸发生变化，这种外电场作用导致压电材料机械变形的现象称为逆压电效应或电致伸缩效应。28、当压电晶片受外力作用时，在两个电极上聚集数量相等，极性相反的电荷，形成电场，因此压电式传感器可以看做是一个电荷发生器，也可以看做是一个亿压电材料为介质的平行板电容器。压电晶片上所受作用力与由此产生的电荷量成正比。29、负载响应对输出电荷很微弱，输出阻抗很高的压电式传感器影响很大。因此其测量电路的重要性比其他传感器都更为突出。30、测量电路。压电式传感器的前置放大器的主要作用有两点：一是将传感器的高输出阻抗变换成前置放大器的低阻抗输出。实现与一般测试装置或中间变换器的阻抗匹配。二是对传感器的微弱输出信号进行预防大。前置放大器有两种类型，一种是电压放大器，或称阻抗变换器，其输出电压与输入电压成正比，另一种是电荷放大器，其输出与输入电荷成正比。31、第五章32、电桥：一般按激励电源的性质把电桥分为直流电桥和交流电桥。33、直流电桥的平衡条件是两相对桥臂阻值的乘积相等。34、直流电桥可分为半桥单臂式，半桥双臂式和全桥式三种接法。当激励电压稳定不变时，电桥输出电压与相对电阻增量之间是线性关系，电阻的变化通过电桥变换成电压，这就是直流电桥的变换原理。电桥接法不同，其灵敏度也不同。全桥式接法可获得最大的输出。35、交流电桥的平衡条件：两相对桥臂阻抗之模的乘积相等，且他们的阻抗角之和相等。为了满足上述平衡条件交流电桥的接法可有下面组合方式如果相邻桥臂接入电阻，则另两臂应接入性质相同的阻抗。如果相对两臂接入电阻则另两臂应接入性质不同的阻抗。各桥臂均接入电阻元件。36、调制:由被测的缓变信号控制调节高频震荡的某个参数，幅值，频率或者相位，使其按被测的缓变信号的规律变化。调制分为，调幅，调频和调相。37、解调：解调是对已调波进行响应处理，以恢复调制信号。38、交流电桥的调幅是调制信号与载波相乘。39、调幅波的频谱：调幅波的频谱相当于原信号的频谱幅值减半，然后平移到载波频谱的一对脉冲谱线处。40、同步解调：载波与解调时所使用的信号具有相同的频率和相位，故称为同步解调。41、载波频率必须高于调制信号频带的最高频率，这样可使频谱不产生混叠，从而可减小时域波形的失真。42、相敏检波器利用调幅波与载波之间的相位关系进行检波，使检波后波形包络线与调制信号波形相似，经过低通滤波器后可得调制信号。43、调频原理：调频是利用调制信号的幅值变化控制盒调节载波的频率。通常由一个振荡频率可控的振荡器来完成。44、鉴频：调频波的解调又称为鉴频。是将频率变化的等幅调频波按其频率变化复现调制信号波形的变化。45、滤波器的作用是：是信号中特定频率成分通过，而抑制或极大衰减其他频率成分。根据选频特性，一般将滤波器分为低通，高通，带通和带阻滤波器。46、滤波器的基本参数：最重要的性能指标：选择性。描述选择性的参数有两个，倍频程选择性和滤波器因数。倍频程选择性值越大，选择性越好。滤波器因数越接近一越好。；带宽B和中心频率F0.带宽越大，分辨率越低。滤波器的中心频率F0是上下两截止频率的几何平均值。；品质因数，中心频率带宽之比用Q表示。品质因数值越高，选择性越好。；波纹幅度d，d与A0相比应该远远小于-3db。；截止频率，幅频特性值等于A0/根号2时，所对应的频率成为截止频率。47、RC低通滤波器：不失真条件，w远小于1/RC。截止频率Fc2=1/（2лRC）改变RC参数就可改变低通滤波器的截止频率。W远大于套分之一就是频率很高时起积分器作用。RC高通滤波器。W远大于套分之一时，幅值接近一，相位接近零。不失真。当w远小于套分之一高通滤波器起微分器作用。RC带通滤波器是高低通滤波器的串联。48、常用的横带宽滤波器有两种:跟踪滤波器和相关滤波器两种。这两种滤波器的中心频率都由参考信号控制连续调节。49、数模转换器。将数字信号转换成模拟信号的装置，D/A。数字量是二进制数，最高位是符号位。0为正，1为负。D/A转换器的输出电压时采样时刻的瞬时值，在时间域仍然是离散量。饶瑶恢复原来的波形，还需要经过波形复原处理，一般采用保持电路来实现。如果采样频率足够高，量化增量足够小，则D/A转换器可以相当精确的恢复原形。50、模数转换器，把模拟信号转为数字信号A/D.在模数转换器转换的过程中，输入的模拟信号在时间上连续的。而输出的数字量是离散的。所以，模数转换是在一系列选定的瞬时对输入的模拟信号的采样。对采样值进行量化，从而转换成相应的数字量。51、采样：是将模拟信号t（x）和一个等间隔的脉冲序列g（t）相乘。52、第七章：时域采样，混叠和采样定理。53、时域采样是通过将采样脉冲p（t）与时间信号相乘来实现的。根据采样脉冲序列的形状可分为理想脉冲采样和矩形脉冲采样。分析表明，一个连续信号经过理想脉冲采样或者矩形脉冲采样后，采样信号的频率将沿着频率轴，每隔一个采样频率重复出现一次，即频谱产生了周期延拓，其幅值被加权。54、频混现象：频混现象又称频谱混叠效应，它是由于采样后采样信号频谱发生变化，而出现高低频成分发生混淆的一种现象。55、采样定理（只保证不发生频率混叠）如果ws大于等于2wm则不发生混叠现象。否则就会发生混频现象。这就要求对采样脉冲序列的间隔Ts加以限制，使得采样频率ws（2п/Ts）必须大于或者等于信号x（t）中最高频率的两倍。即ws大于等于2wm或fs大于等于2fm，此即为采样定理。为了保证采样处理后仍有可能准确的恢复原信号，工程上采样频率一般选为（3到4）fm。56、截止，泄露和窗函数。57、截止就是将无限长的时间函数乘以时间宽度优先的窗函数，又称加窗。58、泄露：信号一经截断就必然引起混频现象，从而导致一些误差，这一现象成为泄露。59、窗函数决定了能量的泄露。能量的泄露老师解释的版本是原来集中在f0出的能量被分散到比较宽的频域中，成为能量泄露。在测试过程中，人们总希望测试装置具有比较好的线性，为此，总要设法消除或减少测试装置中的非线性因素。例如，改变气隙厚度的电感传感器和变极距型电容式传感器，由于它们的输出与输入成双曲线关系，从而造成较大的非线性误差。因此，在实际应用中，通常做成差动式，以消除其非线性得到改善。又如，为了减小非线性误差，非线性元件之后引用另一个非线性元件，以使整个系统的特性曲线接近于直线。采用高增益负反馈环节消除非线性误差，也是经常采用的一种有效方法，高增益负反馈环节不仅可以用来消除非线性误差，而且还可以用来消除环境来的影响试说明二阶测试系统的阻尼度大多采用的原0.6~0.7的原因在ζ=0.6~0.8时，可获得较合适的综合特性。当ζ=0.7时，在(0~0.58)wn的频率范围中，幅频特性A（w）的变化不超过5%，同时，相频特性Φ（w）也接近于直线，因而所产生的相位失真很小。但如果输入的频率范围较宽，则由于失真的关系，仍会导致一定程度的波形畸形。